电磁力互动柱塞泵电磁力特性研究

为研究齿轮联动电磁泵中电磁铁输出电磁力的动态特性,本文以电磁场理论为基础,考虑电压、匝数、结构尺寸等建立了直线电磁铁电磁力仿真模型,得到电磁力随衔铁位移的关系曲线,并进行实验验证。验证结果表明,电磁铁在衔铁低位移段,输出电磁力较大,但不稳定,随着位移增大,电磁力迅速下降;电磁铁在衔铁中等位移时,输出的电磁力较小,但随着衔铁位移的增大,电磁力下降缓慢。同时,通过设计制做电磁力检测装置,对电磁力进行实验研究,仿真结果和实验结果之间误差小于6.3%,主要是由于仿真模型的简化所致。该模型可用于后续电磁力互动柱塞泵的设计仿真。     

基于ANSYS的电磁轴承径向磁场分布及特性分析

基于ANSYS软件对电磁轴承径向磁场分布和磁场力进行仿真与计算,得出径向磁感应强度、磁位矢量以及电磁力的数据,并将其导入到建模输入程序,再采取电磁场逆问题的方法,实现全永磁体的结构模型设计.     

基于ANSYS的电力变压器三维磁场分析

采用有限元软件ANSYS对三相电力变压器进行了三维有限元仿真.通过建立三维的简化模型,划分网格和求解后对其在额定工况下做三维谐性磁场分析,获取了相关的数据及三维磁场分布图形,并阐述了分析的过程.结果表明,磁场分布等结果与理论相符合.该方法有助于精确地了解变压器内部磁场、电场问题,并有助于为设计人员获取更准确的设计依据.     

耐高压双向比例电磁铁的研究

针对传统比例电磁铁仅具备单向驱动能力的不足，提出了一种耐高压具有双向驱动能力的比例电磁铁.采用永久磁铁产生的极化磁场与线圈产生的控制磁场形成差动磁路作用于衔铁，使之实现双向驱动.在有限元模型的基础上分别仿真分析了该比例电磁铁在相同位置.不同激励安匝以及相同激励安匝、不同位置时的磁场分布，探讨了该比例电磁铁的位移-力输出特性成因及特性，仿真结果与实验结果吻合.该双向比例电磁铁能够有效消除零位死区，并具有良好的线性度、较小的滞环和较低的功耗.     

伺服比例阀的非线性建模与实验验证

针对伺服比例阀中存在的多种非线性因素,提出包含滞环、磁饱和、时变参数、摩擦、液动力等特征在内的阀整体模型.基于非线性电路原理,建立比例电磁铁的集中参数模型.在多个不同固定气隙下进行电磁铁的阶跃电压动态测试,获取一系列磁化特性曲线,通过曲线拟合和数据插值等方法建立电感、电磁力增益和耗散电阻等电磁铁关键参数的非线性函数式.根据动力学方程建立阀体机械运动部件的模型,采用直接测量和间接估算相结合的方法确定各项参数值.通过实验获取恒定压差下稳态液动力与阀芯开度的关系曲线,并提供拟合后的数学表达式.为验证伺服比例阀综合模型的准确性,设计开环和闭环2种测试方法.开环时直接给电磁铁施加恒定电压,并采集电流与阀芯位移的阶跃响应曲线;闭环时通过阀芯位置PID控制器,分别测试空载与加载时的阀芯动态响应特性.仿真和实验结果表明,仿真模型在同样的参数和测试条件下获得与实验相吻合的响应曲线,验证模型的有效性,为后续针对伺服比例阀的控制器开发和故障诊断等工作提供有效的工具.     

Φ273管道的电磁励磁仿真模型分析与实验方法

针对永磁磁路优化及仿真模型不准确的问题,提出了一种以直流电磁铁为励磁源的仿真模型,分析在不同磁路特征下直流电磁励磁的磁化效果.利用COMSOL有限元分析软件建立Φ273管道电磁励磁模型,对管道缺陷特性进行分析.搭建Φ273管道漏磁内检测永磁励磁实验平台.结果表明:直流电磁铁与永磁体作为励磁源具有相同的磁场特性,电磁励磁仿真模型可以准确描述永磁磁路,为永磁磁路的优化设计及直流电磁励磁在管道缺陷检测的工程应用提供理论依据.     

带有高频谐波的电抗器磁场和热场分析

针对通入正弦电流的三相铁心电抗器绕组实际使用中出现高频谐波干扰的情况,本文基于Ansys软件,对电抗器铁心的电磁场和温度场进行研究。利用Ansys有限元软件,建立了电抗器铁心、线圈和空气的实体模型,并编写命令流程序,通过仿真得到铁心磁场分布,同时进行磁热耦合分析,将磁场分析中产生的涡流损耗作为热载荷导入热场分析单元,施加绕组生热率,给出电抗器正常工作状态下铁心温度分布。仿真结果表明,电抗器铁心中,磁感应强度最大值为2.708 27T,主要分布在U相铁心柱与铁心轭连接处;最小值为0.034 115T,主要分布在W相铁心最外层拐角处,而且电抗器铁心柱中间温度高,两边温度低,基本符合设计要求。该研究为三相铁心电抗器结构和工艺设计提供了理论依据。     

基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化

损耗和金属导体用量是干式铁心电抗器优化设计过程中需要考虑的关键因素,为有效降低损耗和成本,该文提出基于多物理场仿真和VIKOR决策的干式铁心电抗器多目标优化方法。首先以干式铁心电抗器为研究对象,建立磁场-流场-温度场模型,将磁场计算获得的铁心和线圈损耗密度作为热源,经过流-热耦合计算得到电抗器温度分布;建立磁场-结构场模型,将基于磁场计算得到的电磁力作为应力项,计算得到铁心及线圈振动位移分布,通过有限元仿真与拉丁超立方试验设计相结合的方法,得到不同结构参数下铁心电抗器温升与振动位移结果。为进一步简化优化流程,采用灵敏度分析方法进行参数降维,针对关键参数建立设计参数与温升、振动之间的代理模型,并采用多目标遗传算法得到满足电抗器性能要求的Pareto前沿解集。考虑到电抗器金属导体用量与损耗之间相互冲突,引入VIKOR综合决策方法,在确定优化目标权重的基础上,计算Pareto解集的利益比率大小,以最小利益比率确定最优设计参数组合,最后通过仿真验证优化设计方法的正确性。优化后的铁心电抗器与优化前相比,在损耗增加4.4%的情况下,铁心和线圈金属导体用量分别减少了3.0%和16.6%,同时温升及振动在满足设计要求的基础上分别降低了7.4%和16.7%。所提方法可以有效提升电抗器性能,为电抗器优化设计提供指导。     

大间隙混合悬浮系统结构设计与特性分析

研制了一种新型电磁悬浮系统装置,该装置利用电磁铁阵列与永磁铁来提供空间三维方向的悬浮驱动力.与传统的电磁悬浮系统相比,该系统具有悬浮力大、磁场分布规律、运动范围广等特点,可明显提高系统的使用效率.基于有限元数值方法对悬浮电磁力特性以及合成磁场特性进行了详细分析,并进行了相关实验.结果表明,新设计的电磁阵列悬浮系统装置可以在大气隙下使用,具有较好的稳定性和可控性.     

谐波激励下变压器振动特性分析

随着特高压直流输电以及晶闸管整流设备的全面发展,电力系统谐波出现并流入变电站,使变电站中电力变压器出现非正常工作状态,影响其稳定运行.谐波注入使变压器铁心硅钢片的磁特性包括磁化特性和磁致伸缩特性畸变,由于变压器铁心振动主要来源于交变磁场下硅钢片的磁致伸缩,因此谐波下磁致伸缩特性畸变会直接导致变压器振动特性异常.然而,对于这种谐波激励下变压器的异常振动特性,目前未见相关报道.本文在考虑磁致伸缩效应和麦克斯韦电磁应力的基础上,研究谐波入侵对变压器振动特性的影响.首先对叠加不同3次谐波磁场下取向硅钢片样片的磁化特性以及磁致伸缩特性进行测试;然后,根据测试数据建立单相变压器三维磁-机械耦合数值模型并进行空载下变压器振动仿真;根据仿真结果,分析谐波对变压器铁心应力分布、振动加速度及其频谱的影响,为分析变压器在谐波工况下振动特性奠定理论基础.     

潜艇标量磁场在探潜平面上的分布研究

本文运用ANSYS建立潜艇三维仿真模型,划分网格,利用简化磁标势法（RSP）求解,分别得到潜艇永久磁场和感应磁场的空间分布特性,并根据国内外相关研究结论,得到潜艇总磁场的标量分布情况,最后对反潜飞机在高空所能探测到的潜艇磁场特性进行了仿真分析。     

电抗器铁芯振动噪声多物理场研究

在磁致伸缩和麦克斯韦方程相关理论研究的基础上,采用有限元方法利用有限元软件COMSOL,在瞬态电磁场耦合、结构力场耦合以及声场耦合基础上建立了一台三相串联铁芯电抗器模型,针对三相串联铁芯电抗器在工频工作状态下的磁场分布、铁芯磁致伸缩位移、铁饼间的麦克斯韦力位移和声压级进行分析研究。根据仿真中电抗器的瞬态磁场分布,得到电抗器内部磁通密度分布、振动位移分布,进而得到声场分布。实验表明,多物理场仿真得到的结果与实测数据基本一致,证实运用多物理场耦合对噪声进行预估是一种有效的方法。     

聚磁参数对直流电磁泵磁场分布影响的数值模拟

直流电磁泵是镁合金铸造过程的重要设备,而电磁铁聚头长度和截面积是影响电磁泵效率的关键参数．作者采用ANSYS软件研究了聚磁头结构对电磁泵聚磁头间隙磁场分布的影响．模拟结果表明,由于聚磁效应,聚磁头结构能有效提高聚磁头间隙处磁感应强度,且随聚磁头长度的增加,磁感应强度分布均匀性有所提高;随着聚磁头截面特征长度的增大,聚磁头间隙处磁感应强度先增大后减小,聚磁头截面特征长度为20-30mm时聚磁效果最佳．研究结果对于深入认识直流电磁泵的磁场特性并对其优化具有理论价值和现实意义．     

铁心电抗器气隙等效导磁面积计算

以一台实际干式带气隙铁心电抗器为例,建立电抗器的三维电磁场仿真模型,给出仿真模型内的基本假设和边界条件;采用有限元分析,计算出了不同气隙下铁心电抗器的电感值和磁路中的磁感应强度矢量图,并与部分实测数据相对比,验证了仿真模型与仿真结果的正确性.然后,以铁心电抗器的电感量为主要研究对象,定量计算在不同气隙与不同铁心直径下电抗器的电感值,给出了电感值随气隙和铁心直径的变化曲线并对其拟合及定性分析.最后,结合铁心电抗器计算公式和基本假设,推算出气隙处磁通等效导磁面积扩大系数,研究气隙等效导磁面积扩大系数随气隙和铁心直径的变化关系.所得结论可以为此类电抗器的设计计算提供一定的技术支持.     

压应力对硅钢片磁特性的影响研究

并联电抗器是电站设备中噪音的主要来源,设计和研究低噪声电抗器具有重要意义。依据间隙铁心式电抗器铁心的结构特点,需要螺栓的紧固作用,在工作状态下电抗器的间隙式铁心部分受压应力作用。为了准确分析间隙铁心式电抗器的工作磁特性和电磁振动,开展了不同应力下多种铁心硅钢的磁化和磁致伸缩特性测量,并基于测量数据对电抗器样机电磁振动进行了分析计算。文中首先改进磁致伸缩测量系统,测量获取首钢3种典型铁心用硅钢在不同应力,特别是压应力下的磁化和磁致伸缩特性;考虑铁心磁致伸缩效应,对不同硅钢牌号制造的间隙电抗器铁心,分别对其不同应力下的磁场和机械场进行分析计算,获得了铁心磁通密度和应力的分布,以及不同位置的振动情况。本文的研究成果可为低噪声间隙铁心式电抗器的设计提供不同硅钢磁特性数据和理论分析方法。     

圆锥形磁悬浮轴承的三维有限元分析

圆锥形磁悬浮轴承只用一对径向轴承即可完成主轴的径向与轴向控制,但由于其定、转子铁心呈锥形结构,使轴向与径向间存在耦合,增加了分析计算的复杂性,同时对其电磁场的分析必须采用三维模型。利用ANSYS有限元软件对磁悬浮轴承进行三维电磁场计算,分析了磁感应强度的空间分布、轴承径向与轴向问的耦合效应,同时计算了电磁力随控制电流和轴承位置的变化关系,并与磁路法的结果进行了比较,在此基础上得出了磁悬浮轴承的电流刚度系数和位置刚度系数。     

基于新型正八边形励磁线圈的高精度电磁流量测量技术研究

受外界扰动和流速分布的影响,电磁流量计在进行流量测量过程中仍然存在测量精度不高的问题,改进电磁流量计励磁线圈结构是提高精度的重要手段之一.本文基于新型正八边形励磁线圈实现了电磁流量测量精度的提高,首先在研究权重函数优化原理的基础上,通过分析了正八边形线圈的磁场理论模型得出了基于均匀磁场理论的电磁流量计优化思路;其次,基于有限元分析软件建立了正八边形励磁线圈电磁流量计的仿真模型,确定了正八边形励磁线圈磁场分布最优的结构参数,并通过对比圆形和方形线圈同等条件下的权重函数分布,证明了正八边形线圈权重函数分布均匀性优势;最后搭建实验平台,进行磁场测试实验和流体测试实验进行验证.磁场测试结果表明,正八边形线圈电磁流量计磁感应强度在管道中心区域能够维持在2.063mT左右,总体磁感应强度波动范围在0.11mT以内,说明正八边形线圈磁场具有良好的均匀性;流体测试结果表明,当流量在0.743m/s-2.582m/s时,单点相对示值误差最大仅为0.950%,系统重复性误差在1.034%以下,经过优化后的系统提升了测量精度,对后续电磁流量测量计的励磁线圈设计具有指导意义.     

耐高压双向旋转比例电磁铁的静态力矩特性

针对传统旋转比例电磁铁不具备耐高压能力的不足，设计了一种新型耐高压双向驱动旋转比例电磁铁.永磁体产生的偏置磁通与线圈产生的控制磁通形成差动磁场作用于衔铁转子，使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩.通过建立二维有限元模型，仿真分析了该旋转比例电磁铁在不同控制电流和转角下的磁场分布，探讨了其双向驱动机理，并结合转角－力矩特性分析了该电磁铁的静态性能.试验结果与仿真结果基本吻合，该比例电磁铁具有正磁弹簧刚度、良好的线性度以及较小的滞环，静态力矩特性的非线性误差小于3％，滞环小于4.5％.     

主动控制磁悬浮球的磁场分析和测试

利用ANSYS 有限元分析软件对磁悬浮球的磁场分布进行了建模、求解和解后处理.计算了磁悬浮球的磁通密度、电磁力和磁力线等.使用Lakeshore 410型高斯计对磁悬浮系统的电磁铁和钢球气隙中的磁通密度进行了测量,并对有限元计算结果和测量数据进行了比较分析.结果表明,使用有限元法计算磁悬浮球的磁场分布精确度较高,而且可以考虑非线性B-H曲线、磁泄漏、边缘效应等问题,能真实准确地模拟磁悬浮球的磁场分布情况.     

电力变压器铁心饱和磁特性的测量

对电力变压器铁心材料磁特性的测量和模拟具有现实的意义.利用叠片铁心模型进行实验,更接近电力变压器运行的工况,采用WT3000功率分析仪测量数据,得到基本磁化曲线,特别是饱和后的数据,磁感应强度可达到2.058 T.本文对具体测量方案做了详细的介绍,测量结果对于计算饱和后的变压器损耗提供了有力的依据,对铁心材料的模拟提供了实验数据,对变压器过励磁的分析有很强的使用价值.