基于非线性复数磁导率模型的叠片铁心损耗计算

为实现频域计算中电力变压器损耗分布特性的快速计算,本文基于非线性复数磁导率模型,在保证计算精度的同时,提出了一种正弦稳态服役条件下叠片铁心损耗分布的快速计算方法。首先,基于磁滞回线面积等效原理,在考虑基本磁化曲线非线性特性的基础上,得到复数磁导率的实部与虚部;其次,为了验证本文所提出模型对变压器铁心损耗预测的有效性,耦合铁心叠片均匀化方法,建立了单相叠片铁心的频域有限元仿真模型,对变压器铁心中损耗与磁通密度分布进行计算;最后,制作了单相变压器铁心实验模型,搭建单相变压器铁心损耗实验平台,对本文所提出的方法有效性进行验证。结果表明,基于非线性复数磁导率叠片等效的变压器铁心损耗计算方法具有参数辨识过程简单、计算精度较高等特点,在变压器长期正弦稳态服役条件下的损耗计算与温升预测中具有一定应用前景。     

谐波激励条件下变压器铁心磁性能研究

为考察复杂激励条件下变压器铁心的磁性能,文中搭建了一种磁通密度可控的实验平台。基于变压器铁心模型,通过采用可产生任意波形的谐波电源对励磁电压波形调整的方法,实现了对变压器铁心模型中磁通密度的控制。文中分别从谐波相位、谐波阶次以及谐波含量三方面考察和分析了对变压器铁心损耗的影响,发现随着谐波阶次和谐波含量的增加铁心损耗逐渐增大,且谐波相位差的增加使局部磁滞回环扩大,从而导致铁心损耗的增大,而在谐波阶次足够高时,相位对其影响减弱,因此可忽略谐波相位对铁心损耗的影响。所得结果和结论为谐波激励条件下变压器铁心电磁场数值计算提供了数据支持,有助于通过优化设计提高变压器产品的性能。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

谐波平衡有限元法用于饱和铁心的损耗分析

利用一种新的有效的谐波平衡有限元算法 ,结合Lavers等人提出的考虑谐波时迭片铁心的磁滞损耗和涡流损耗的模型 ,提出了一种较准确求解饱和铁心损耗的计算方法。并与传统的计算方法进行了比较。以铁磁型三倍频变压器的空载情况为例进行了仿真计算和物理实验。结果表明 ,考虑谐波磁通密度影响时的铁心损耗值与传统的仅考虑基波磁通密度时的值相比有显著的增加。物理实验验证了所提算法的正确性。为设计工作在高度饱和状态下的电器设备估算铁心损耗提供了有效的分析方法     

谐波激励下铁心等效磁路长度及接缝区损耗特性

为了研究谐波对变压器铁心等效磁路长度与接缝区域损耗的影响,文中基于完全按照电力变压器的标准设计和制作的叠片铁心模型,在不同谐波激励条件下,对铁心模型的等效磁路长度与接缝区域的损耗特性进行试验研究。研究表明:谐波阶次与谐波相位对铁心的磁路长度影响不是很大,在谐波条件下分析计算铁心的磁滞回环或磁化曲线时,可近似选择铁心的几何平均长度作为有效的磁路长度;不同谐波阶次与不同谐波相位激励下,铁心接缝区域比总损耗特性的变化规律大致相同:当磁通密度小于0.5 T时,接缝区的损耗近似为零;当磁通密度高于1 T时,接缝区的损耗出现明显的上升趋势。文中所用方法和所得结论对变压器产品的电磁分析和优化设计具有一定的指导意义。     

直流偏磁条件下电力变压器铁心B-H曲线及非对称励磁电流

基于变压器铁心的直流偏磁特性提出了一种有效获取大型电力变压器直流偏磁条件下绕组励磁电流的方法.首先在按与实际产品1/50比例制作的产品级模型上通过试验研究建立了处于不同直流偏磁水平铁心的磁通一激励电流(φ-I)曲线族,(B-H日)曲线族;其次通过仿真计算考虑了偏置磁通对这些曲线的影响;最后提出了适合变压器工程应用的直流偏磁条件下非对称励磁电流的计算方法.实际测量数据与仿真计算结果的比较表明文中提出的方法是正确的.     

直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗模型及验证

直流偏磁状态下，电力变压器的附加损耗显著增加，试验测量得到的变压器空载损耗不能充分表征铁心实际损耗。为正确评估变压器铁心可能出现的过热问题，有必要建立其准确的数学模型。该文在Jiles-Atherton基本磁滞模型的基础上，从能量平衡原理出发，考虑铁心在交流状态下的涡流损耗和异常损耗，建立了合理可逆磁化系数条件下，以磁通密度作为输入量的铁心动态磁滞损耗模型。利用遗传算法提取试验变压器铁心在正常工作条件下的动态模型参数，并用于对不同幅值直流偏磁电流作用下的铁心损耗进行仿真计算。将计算结果与试验结果进行对比，发现二者吻合较好，说明该动态模型能较好的描述直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗，验证了模型的正确性和实用性。     

基于Jiles Atherton磁滞理论的直流偏磁下铁心损耗预测

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变、损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为了研究直流偏磁对变压器铁心损耗的影响,该文基于Jiles Atherton(JA)理论提出了一种新的铁心损耗预测方法。首先,在JA静态铁心磁滞模型基础上,依据铁心损耗分离理论,在无偏磁下建立考虑涡流损耗与异常损耗的铁心动态磁滞模型,并对模型中参数进行辨识;其次,采用爱泼斯坦方圈和逆变电源搭建了直流偏磁下磁滞回线测量系统,实测了不同直流偏磁下的磁滞回线,在此基础上获得直流偏磁下铁心动态磁滞模型参数辨识结果;最后分析了直流偏磁对模型参数的影响,并对模型参数中的动态损耗系数进行了拟合,以修正铁心动态磁滞模型,得到直流偏置下铁心损耗预测方法。通过算例的计算结果与实验结果的对比验证了文中所提出方法的正确性。     

变压器直流偏磁励磁方式的实验研究和分析

在直流偏磁对变压器影响的实验研究和数值计算仿真过程中,如何引入直流励磁是一个关键的问题。基于完全按照变压器的标准设计和制作的环形铁心模型,研究变压器直流偏磁工作条件下两种不同的励磁方式(并联方式和串联方式)对变压器运行性能的影响;分别设计了两种励磁方式的励磁回路,测量得到了两种不同励磁方式下,铁心模型的励磁电流、交链磁通和铁心损耗等性能数据,通过对实验数据的分析和计算,研究了两种励磁方式对直流偏磁变压器的影响,为变压器直流偏磁的实验研究和仿真计算提供了实验支持。     

温度及直流偏磁对换流变压器铁心磁性能及磁场问题影响的研究

测量了30ZH120电工钢片在不同直流偏磁及温度条件下磁特性,经过迭代计算得到了考虑偏置磁通后的B-H曲线。基于一台产品级750kV换流变压器(哈密-郑州特高压直流输变电工程),仿真计算了不同直流偏磁及温度条件下换流变压器磁场分布和空载电流,结果表明:直流偏磁和工作温度影响电工钢片和换流变压器铁心线性区和非线性区,随着温度及直流偏磁的增加,换流变压器铁心磁通密度和空载电流增加,因此,在设计中应该考虑温度及直流偏磁的影响。     

用数字仿真计算畸变电压条件下电力变压器的正弦磁滞损耗

详细阐述了计算畸变电压条件下变压器低损耗硅钢片铁心中磁滞损耗的一种数字仿真方法。这种方法使用的模型是以分段线性化去模拟铁心材料的稳态Ｂ／Ｈ特性曲线为基础的。根据模拟的Ｂ／Ｈ特性曲线求出主磁滞回线和小磁滞回线的面积，从而计算出空载损耗实测值中的磁滞损耗和涡流损耗分量。最后计算出电源电压为正弦形时的变压器空载损耗。计算值和试验结果吻合很好。这种方法可以用于电源电压畸变时校正测出的变压器空载损耗。     

影响变压器空载损耗测量因素的分析

对测量变压器空载损耗从施加电压的方式，电压波形，频率变化三个方面，研究了铁心中磁通密度的分布情况，并在理论上详尽地分析了影响变压器空载损耗测量的因素。     

Demonstration of loss reduction effect of 66 kV‐classed 30 MVA three phase hybrid‐core transformer by trial manufacture

To realize larger‐capacity “Hybrid‐core transformer: HBT”, this research has assembled a 30‐MVA three‐phase trial HBT and evaluated the loss performances. The hybrid‐core consisting of the wound amorphous‐ and the stacked silicon steel‐cores, is expected having advantages of lower iron loss of the iron‐based amorphous material and the higher mechanical strength and saturation magnetic flux density of the silicon steels simultaneously. Three‐dimensional finite‐element method analysis revealed that the silicon steel core prevented over‐saturation of the amorphous core. The hybrid configuration enabled the design to have an approximately 10% higher magnetic flux density than configurations with only an amorphous core. We then assembled a prototype 30‐MVA three‐phase HBT designed on the basis of our investigation results. Operation tests demonstrated that the HBT has 62%‐reduced iron loss and 0.10%‐higher 50%‐loaded power efficiency from the conventional silicon steel core transformer.     

高压直流输电系统接地极电流对电力变压器运行影响的研究

当高压直流输电系统采用单极大地回路方式运行时,可能会有部分入地电流流入中性点接地的电力变压器中,这将给系统运行和变压器本身带来诸多不利后果。采用电路-磁路耦合方法,推导建立了可以考虑负载变化的单相心式变压器模型,对偏磁电流造成的变压器工作电流谐波增加等影响进行了详细分析,并利用解析法对空载条件下的简化变压器模型进行了验证。还比较了由于负载不同使得变压器处于不同工作点时偏磁电流影响的变化。仿真结果表明,变压器运行工作点降低对提高设备耐受直流偏磁干扰的能力有积极的作用。     

方波激励下纳米晶体铁心损耗模型建立与验证

为了实现电力机车小型化轻量化的发展要求,国内外专家考虑通过采用提高变压器的工作频率减小变压器整体的体积和质量。铁心作为高频变压器的关键部件,可以准确计算铁心损耗,对中高频变压器的设计和优化具有重要作用。针对高频变压器铁心通常是工作在方波或脉宽调制(PWM)波等非正弦激励下的特点,对传统Steinmetz损耗计算模型进行了优化改进,给出了考虑磁密的变化率及波形系数对损耗的影响的Steinmetz改进损耗模型。同时,为了提高损耗模型在不同特征频率下的通用性,进一步对损耗模型系数的非线性进行研究,给出了模型系数随频率变化的非线性函数。最后,利用有限元计算结果同实物测量结果进行比较,证明了所提损耗模型在方波激励下对纳米晶体铁心计算的准确性。     

变压器环形铁芯建模和剩磁测量

大型电力变压器进行空载合闸操作时,铁芯中的剩磁可能会引起励磁涌流,导致变压器无法正常投入运行。文章介绍了一种新的分析和测量剩磁的方法,该方法是在外加正反向直流电压激励的基础上实现的。通过分析剩磁产生的原理,建立了基于Jiles-Atherton磁滞理论模型的变压器环形铁芯仿真模型。在环形铁芯绕组上先后施加大小相等方向相反的直流电压,可以得到两个不同的响应电流,结合场路暂态分析,可以判断剩磁的方向,并且找到响应电流和剩磁之间的关系。该方法可以在对变压器铁芯中原有剩磁影响不大的情况下准确测量剩磁的大小和方向。通过自主搭建的实验平台对环形铁芯中的剩磁进行了测量,验证了仿真结果的合理性。     

直流入侵三相三柱变压器励磁电流及谐波计算

直流输电系统单极运行时一大地为直流电流的回路,导致大地电位相对于无限远处升高。直流电流通过两个Y0连接的变压器中性点侵入电力系统,故针对三相三柱变压器直流入侵情况建立了直流入侵下的三相三柱变压器的电路模型和相应的方程,结合三柱磁路的麦克斯韦方程和非线性的B—H曲线方程,利用数字迭代法,在MATLAB环境下编程计算了三相三柱变压器直流入侵下的变压器励磁电流和谐波特征。结果表明直流入侵三相三柱变压器下并无磁通的偏移,励磁电流波形亦无畸变,但波形总体沿纵轴方向平移,平移大小为入侵直流电流的大小,励磁电流增加了直流分量,这将增加电路的电阻性热损耗,其它次谐波没有变化,结论为直流入侵三相三柱变压器没有直流偏磁现象。这与文[7]的试验结果完全一致,从计算上验证了试验结果。     

Modeling of losses in switched reluctance machines

Switched reluctance motor (SRM) performance prediction requires the modeling of iron losses. The iron loss model in this paper separates the iron losses into two components, eddy-current and hysteresis losses, and models the losses as a function of the derivative of flux density. The model is suitable for the nonsinusoidal flux densities in the SRM and predicts the iron losses as a function of time. The model is general and can be applied to any electromagnetic device with known geometry and material property. The equations of iron loss are verified and validated through experiments with two simple geometries (a transformer and a toroid) and two SRMs.