CST低频仿真应用（一）——电磁炉涡流损耗仿真

作者 | Wang Jieyu

电磁炉，相信大家都不陌生。从北方的涮肉，西南的火锅，闽粤的打边炉，就可以看出在美丽富饶的中国大地上，美食千姿百态，但却又莫名地统一。因此电磁炉作为清洁、便捷、高效安全的炉具，迅速走进了人们的生活。

笔者随机采访了两个朋友盼盼和丹丹。

问题：什么样的锅具适合电磁炉使用

盼盼：锅底是平的。

丹丹：能够在燃气灶上加热的金属锅。

通过采访笔者发现，虽然电磁炉的应用非常普及，但大家对于电磁炉给食物加热的原理却并不清楚。那么究竟什么样的锅具更适合电磁炉使用，今天我们就通过CST低频仿真来一探究竟。

【电磁炉的工作原理】：电磁炉的炉面是耐热陶瓷板，交变电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，磁场内的磁力线穿过铁锅、不锈钢锅等底部时，产生涡流，令锅底迅速发热，达到加热食品的目的。（摘自百度百科）

仿真案例使用CST低频工作室LF求解器

【CST仿真模型】模型参考CST—>Component Library—>Induction cooker

【仿真设置】

感应线圈Coil 的设置

工作电流——Current：10A

线圈电阻——Resistance：0.05Ω

圈数——n_turns：100

LF求解器的设置

【仿真结果对比与分析】

使用LF求解器，我们可以在1D result中得到损耗的相关结果，包括线圈自身的损耗，也包括锅体金属上的涡流损耗。

同时，在2D/3D result中可以得到关于磁感应强度B-Field、传导电流密度 Cond. Current Dens.、电损耗密度El. Loss Dens.等分布式的结果。

仿真对比一：金属电导率对涡流损耗的影响

改变锅身金属材料的属性，通过仿真对比金属电导率对涡流损耗的影响。

1D Result——涡流损耗对比

下图为锅底的涡流损耗结果，可以得知钢loss > 铝loss > 铜loss

2D/3D result——传导电流密度对比

同样地，通过仿真可以对比三种不同金属的传导电流密度，如下图所示结论：当三种金属的相对磁导率都设为1时，电导率高的金属铜涡流最大。

既然金属铜的涡流最大，那么是不是铜的损耗也最大呢？答案是否定的，因为三种金属中铜的涡流最大，但电阻率最小。因此并不能简单地判断出涡流损耗的大小。

2D/3D result——电损耗密度对比

结论：通过仿真可知，当三种金属的相对磁导率都设为1时，钢的涡流损耗是三种金属最大的。

仿真对比二：相对磁导率对涡流损耗的影响

接下来，我们改变锅体金属材料的相对磁导率（mue），使两种金属电导率相同，而相对磁导率差异较大，进而来验证金属相对磁导率对涡流损耗的影响。

由于钢属于铁磁性材料，因此其相对磁导率远大于1，假设为mue=100。

1D Result——涡流损耗对比

同样从1D result得到锅底的涡流损耗结果，可以得知钢（mue=100）loss > 钢（mue=1）loss。由此可知高磁导率金属的涡流损耗较大。

2D/3D result——传导电流密度/电损耗密度对比

结论：从仿真结果可知，在电导率相同的情况下，磁导率大的金属，涡流更大，电损耗密度也更大。

总结：仿真对比了几种家中常用的金属锅具，通过仿真结果得知，具有高磁导率的不锈钢锅是最适合配合电磁炉使用。同时，市场上还出现了适用于电磁炉使用的复合锅底的锅具，其锅底是由涡流损耗大的不锈钢，以及导热性更好的铜、铝等材料复合而成，这样就能够集耐腐蚀，导热快，热分布均匀，节省能源等优点于一身。

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