金属管件电涡流检测偏心效应的解析建模与仿真

电涡流方法是金属管道质量检测的一种有效手段,该方法要求探头和管道同轴。然而在实际工程应用中有很多干扰因素都会引起探头位置波动(即偏心),进而影响检测结果的精度和准确性。该文通过引入二阶矢量磁位,应用分离变量法建立了互感式探头偏心效应的解析模型;以此为基础仿真研究了不同材料、不同频率条件下偏心效应对探头信号的影响规律,并对偏心效应引入的误差进行评估。结果分析表明,偏心效应的阻抗变化近似为直线,且探头信号误差随着偏心量的增加显著增大,必须采取适当措施予以抑制。研究结果为研究偏心效应抑制算法提供了理论指导,有助于提高金属管道无损检测与评估的精度。     

球和线圈共轴的涡流问题解析解

导电导磁球和轴对称线圈的共轴电磁系统可用于球的涡流无损检测。文章利用磁矢量位和洛化兹规范,建立了均匀导电导磁珠和圆环线圈共轴电磁系统的时谐场边值问题,用分离变量法解得到了球的散射场解析解。在此基础上,导出了球和空芯圆柱线圈共轴电磁系统的电磁场解析解上,导出了球和空芯圆柱线圈共轴电磁系统的电磁场解析解和线圈的阻抗增量解析式。为便于计算,给出了复宗量的球贝塞尔函数的计算方法。实验表明,阻抗增量的理论计     

整体式双层永磁体涡流联轴器的设计与研究

基于对传统单层永磁体涡流联轴器的磁路分析,提出一种新型整体式双层永磁体涡流联轴器。将两层永磁体以N-S对应的形式贴装于中间背铁两侧,构成整体式结构;磁感线穿过中间背铁形成整体式磁路。通过二维层模型的矢量磁位法,建立了整体式双层永磁体涡流联轴器的改进数学模型并获得了其转矩解析解;为验证解析解,构建了该新型涡流联轴器的三维几何模型,采用有限元法仿真分析了其转矩性能。结果表明:所建数学模型较为准确、转矩性能相对较好。因此,该涡流联轴器具有实际应用意义,并对多盘涡流联轴器的转矩计算具有参考作用。     

变面积式电涡流传感器线圈阻抗理论计算模型

变面积式电涡流传感器相比于传统的变距式传电涡流感器具有线性度好和量程易扩展等优点。介绍了变面积式电涡流传感器的基本测量原理和理论模型的建立方法。该模型利用二阶矢量位结合截取边界法建立了相关电磁场方程组,在此基础上推导并建立了传感器的理论模型并给出了传感器线圈阻抗计算以及相关场量的闭合解析表达式。实验结果证明了此模型的有效性和正确性,该计算模型与传统的数值仿真运算相比,不仅物理意义明晰,而且极大缩短了运算时间。     

复镜像法在平板导体涡流场计算中的应用

为了根据涡流检测中积分方程法(IEM)的理想裂缝模型,用矢量磁位推导出平板导体涡流场的并矢格林函数,将复镜像法用于涡流场并矢格林函数的计算,用Prony方法对矢量磁位中广义Sommerfeld积分(GSI)的被积函数进行指数逼近,使GSI转化为有限项级数之和,加速了无穷积分的计算,提高了涡流场的求解速度和计算精度。用涡流无损检测中的两组典型数据比较用复镜像法和直接数值积分法计算广义Sommerfeld积分的计算精度和求解速度,结果表明复镜像法在涡流场GSI积分计算中准确且高效。用复镜像法计算平板导体中含有平行裂缝和十字型裂缝的涡流场,其结果与有限元一边界元耦合法的计算结果对比表明求解方法正确和高效。     

电励磁单相开关磁通电机电磁性能解析计算

开关磁通电机作为一种双凸极电机,由于复杂的磁路结构和特殊的工作方式使得电磁性能的解析计算成为难点。基于子域法建立电励磁开关磁通电机的解析模型,根据电机结构和各部分电磁性能,将求解区域划分为多个子区域,在每个子域内建立磁场的偏微分方程,根据矢量磁位通解和边界条件,建立包含积分常数的方程组,可求解得到每个子域的矢量磁位,进而可计算磁通密度、绕组磁链、感应电动势以及电磁转矩。解析法、有限元法和样机实验结果对比表明,结果非常接近,证明了解析模型的正确性。该模型能够体现结构参数对电磁性能的影响,可应用于开关磁通电机的初始设计和优化计算中。     

盘式永磁涡流驱动器的涡流软测量方法

针对永磁涡流驱动器导体盘在工作状态时无法直接测量涡流的问题,提出一种涡流软测量的方法。建立永磁涡流驱动器的解析计算二维模型,引入矢量磁位构建偏微分方程组,借助各层的边界条件,得到了导体铜盘涡流的解析解,从而得到导体铜盘上的涡流分布规律。采用该模型,永磁涡流驱动器在运行过程中所产生的涡流密度可以通过转差速度和气隙宽度的测量结果计算得到。之后应用涡流软测量模型,分析导体盘涡流密度大小随气隙宽度和转差速度变化的变化规律。所有计算得到的软测量结果都进行了基于有限元法的仿真验证。结果表明,涡流解析计算有较好的准确性,该软测量模型的结果平均误差约为2%,为永磁涡流驱动器运行过程中涡流的计算和产品优化设计提供了重要依据。     

金属管道外侧脉冲磁场激励的线圈电压解析式

求解了线性导电、导磁中空管道外鞍形线圈通有脉冲电流时的涡流场。引入二阶矢量位,用一个标量函数来描述空气场域中的磁场,简化了求解过程。给出了模型的电磁场边值问题,得出了待定系数线性方程组,通过变量代换,降低了系数矩阵的条件数,并用分块矩阵的方法求解了此方程组。利用傅里叶变换,得到了多匝鞍形激励线圈中通有任意波形电流时检测线圈两端感应电压的解析式。通过与奥氏体不锈钢管的实验曲线对比,验证了所得解析式的正确性。所得结果可为管道脉冲涡流检测的仿真计算与实验研究提供参考。     

构件损伤脉冲调制涡流检测探头新构型及性能综合分析

金属构件在加工制造和服役期间常出现腐蚀、裂纹等结构型损伤,影响结构完整性,威胁设备安全运行.因此,对金属构件实施高效无损定量检测非常重要.基于传统涡流检测探头结构,提出一种漏斗形磁芯探头新构型,可在脉冲调制涡流检测中有效提高对表面和背面缺陷的检测灵敏度.针对所提探头,通过建立其解析模型并推导检测信号解析表达式,系统探究该探头的检测性能.仿真研究表明,所提漏斗形磁芯探头在金属构件表面和背面减薄缺陷检测中具有更高灵敏度,并开展系列实验研究.实验研究在验证仿真结论的同时,进一步证实所提漏斗形磁芯探头在提升金属构件表面与背面局部腐蚀缺陷检测灵敏度方面的有效性.     

霍尔-铝基板电流检测单元的磁场特性分析

分析一种适用于大电流电机控制器的电流检测单元,该检测单元包含交流出线端、霍尔电流传感器和铝基板等,未使用大电流检测中常用的聚磁环,当出线端中流过交流电时铝基板中会感应出涡流,改变测量区域的磁场分布,进而影响霍尔电流传感器对电流的检测;利用分离变量法结合数学变换以及磁场本身的性质在二维坐标系中推导出有限宽度出线端、有限厚度铝基板情况下电流测量区域的磁感应强度解析表达式,分析了测量结构电流检测的线性度以及电流频率对检测结果的影响。利用有限元仿真软件验证所推导表达式在同时计及交流出线端和铝基板宽度与厚度二维场计算中的正确性和适用性,并利用实验对表达式在分析实际问题的有效性进行验证。结果表明所推导的解析式在二维场中的计算正确性与适用性以及对分析实际问题的有效性。     

金属保护层对脉冲涡流检测影响实验研究

石化设备为保温会包裹一层由隔热层与金属保护层组成的包覆层，应用脉冲涡流检测技术可实现不拆包覆层条件下设备的壁厚检测。但在实际检测中由于金属保护层材质与厚度不一致，会对检测结果与检测误差产生影响。本文搭建了脉冲涡流实验平台，分析不同类型、厚度金属保护层在不同隔热层厚度下对脉冲涡流检测信号影响，结果表明：当金属保护层为铝板与不锈钢板时，其厚度或隔热层厚度增加会增大特征值离散程度，但不影响特征曲线趋势，可通过特征曲线计算被测试件厚度；当金属保护层为镀锌钢板时，其高磁导率特性产生的屏蔽效应与感生涡流会对检测信号衰减及特征曲线产生影响。随着镀锌钢板厚度增加，不同厚度试件检测信号后期衰减差异越小。当隔热层厚度增大到50 mm时，检测信号基本重合，无法通过特征曲线计算被测试件厚度。     

FE calculation of transient eddy currents in thin conductive sheets using dynamic boundary conditions

This paper presents an FE modelling approach for the calculation of transient eddy currents in thin conductive layers, where the complexity of the geometry prohibits both a detailed FE modelling and the use of analytical tools. The method allows an estimation of the maximum values of eddy currents at a highly reduced modelling effort and the use of a commercial FE software package. A prerequisite is a slowly varying magnetic field that can be assumed to be unaffected by the eddy currents. It is shown that neither the source of the magnetic field nor the insulating environment has to be modelled. The model is built up exclusively from 2D elements and is excited via the magnetic vector potential. The spatial distribution of the latter is calculated separately in a magnetostatic calculation based on Biot–Savart's law. It is then applied in time-varying form as a dynamic boundary condition at every node of the model. The method was applied to a simple problem for which the results of a detailed FE calculation were available, to document its validity. Further numerical results are presented for the plasma vessel and the heat radiation shield of the Wendelstein 7-X fusion experiment in the case of an emergency discharge. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

Geometry optimization to reduce enclosure losses and outer magnetic field of gas insulated busbars

The magnetic field produced by an alternating current flowing in the busbars of gas insulated substations induces eddy currents in the metal parts nearby. The metal enclosure is exposed to this magnetic field as well, therefore power loss within it is unavoidable. The eddy current losses and the outer field can be reduced by optimizing the substation geometry. This paper deals with the influence of enclosure distance, thickness and material on the losses and outer field of substations having separately enclosed busbars. These results are based on a general 1D analytical model, and as an example, on the 2D finite element simulation of a particular busbar configuration.     

“磁场-电路”耦合法计算变压器短路阻抗

为提高短路阻抗计算精度,采用“磁场—电路”耦合法建立了电力变压器2D轴对称磁场有限元模型以方便得到输入、输出间的对应关系。原边采用载压线圈,选择矢量磁位和线圈电流为自由度;副边与负载相连,选择矢量磁位、线圈电流、感应电动势和端电压为自由度;空气或油介质区域仅选择矢量磁位为自由度。在分析漏磁场的基础上,调节负载使变压器运行于空载、额定及短路状态并在短路时,由线圈中流过电流和额定电流计算变压器的阻抗电压和短路阻抗。对3种结构电缆绕组变压器的计算表明,该耦合法计算精度高、使用方便,为变压器及其它电力设备电磁场的仿真提供了一条途径。     

用有限元方法计算汽轮发电机端部涡流场和温度场

本文用有限元方法对发电机端部涡流场和温度场联合求解。将矢量磁位方法发展到汽轮发电机端部涡流场计算中,计算中考虑了铁心中有限的磁导率及线圈的实际厚度。并用三维等参有限元方法计算了涡流损耗引起的温升分布。计算值与实测值符合较好。     

电力变压器磁屏蔽模型涡流场和损耗的计算与测量

大型电力变压器铁磁结构件中产生的电磁损耗会导致局部过热并使相关的绝缘部件受到损害,进而危及整个变压器的正常运行,对面向工程的国际TEAM(Testing Electromagnetic Analysis Methods)Problem 21的磁屏蔽基准模型的涡流场和损耗进行了计算和试验测量研究,考虑了模型中铁磁材料的非线性、各向异性及磁滞等特性,提出了用于分离激励线圈电阻损耗和涡流损耗的测量方法(漏磁通补偿线圈测量装置),并用MagNet软件进行了数值计算.基准模型的计算和测量结果相吻合,验证了计算方法和软件的有效性.