基于一种硅钢片矢量磁特性复数模型的三相变压器铁心磁场分析

本文采用二维单片测量装置测量了取向硅钢在交变磁化与旋转磁化条件下的二维矢量磁特性。基于该测试数据,对一种能够考虑硅钢片二维矢量磁特性的复数ES模型的准确性进行了验证。将该模型与有限元分析相结合,实现了对1台三相变压器的铁心模型进行磁场分析,通过对比局部磁场测量结果与损耗测量结果,证明了计算方法的准确性与工程适用性。     

考虑不同磁特性模型的感应电机铁心损耗分析

电机铁心损耗与铁心磁化方式及不同磁化条件下电工钢片的磁特性密切相关。该文研究了3种描述电工钢片交变磁化、交变旋转混合磁化的磁特性模型,即改进型 E&S模型、复数E&S模型和传统B-H曲线,给出了相应的损耗计算公式,并以一台三相感应电机为算例,从有限元数值计算和样机实验测试两方面对比分析了上述3种磁特性模型及其损耗计算的有效性。研究结果表明,只有在有限元分析过程中耦合同时能够描述电工钢片交变磁化和旋转磁化的矢量磁特性模型,才能较为准确地计算三相感应电机铁心损耗。     

基于二维磁特性测量的电工钢片矢量磁滞模型

提出一种模拟电工钢片复杂磁特性的矢量磁滞模型。该模型考虑频率、磁化历史等因素对磁滞特性的影响,模型中磁滞系数与磁阻系数的确定是基于双激励二维磁特性测量实验获得的,在实验中通过对磁通密度变化轨迹的控制实现对磁场强度波形的测量。所提出的模型既避免了传统磁滞模型数学表达的复杂性,又提高了模拟的准确度,更适用于工程应用。通过与传统模型及实验测量结果的比较,证明了所提出的模型能更有效、更准确地模拟电工钢片的复杂磁特性。     

基于矢量磁滞算子的软磁复合材料旋转磁滞特性模拟分析（英文）

介绍一种考虑软磁复合材料的磁各向异性特征,并且能够准确描述磁性材料微观磁特性的矢量磁滞算子,并且基于"磁化稳定状态能量处于极小值"的原理,建立能够确定单个矢量磁滞算子稳定磁化状态的八角星形线法则。同时引入高斯-高斯二维分布函数和Weiss理论中相互作用场的概念,确定磁性材料的宏观磁特性为材料内部所有矢量磁滞算子磁特性的加权和,建立能够反映磁性材料矢量磁特性的旋转磁滞模型,实现软磁复合材料的旋转磁特性精确数值模拟。借助三维磁性材料磁特性测量装置对电工磁性材料的真实磁特性进行了全面测量和分析。最后通过与实验测量结果对比,验证矢量磁滞模型的有效性和准确性。     

基于PSO-Powell混合算法的软磁复合材料二维矢量磁滞特性模拟

针对经典矢量Preisach模型仅能模拟各向同性磁滞特性的缺陷,提出改进的矢量磁滞模型.通过引入幅值与方向角的关联参数改善磁场强度的曲线形态,使模型能够考虑软磁材料的各向异性特征.利用矢量磁特性实验平台对软磁复合材料(SMC)在二维旋转磁化激励下的磁特性进行测量,根据测量的极限磁滞回线,分别构造标量和矢量Everett函数.提出基于粒子群(PSO)和Powell方向加速的组合优化策略,显著改善PSO的局部寻优能力,提高计算效率和精度,进而实现矢量Preisach磁滞模型的高效参数辨识.矢量磁滞特性的仿真结果与测量结果相吻合,验证了该文所提改进矢量磁滞模型及其参数辨识方法的有效性.     

基于Preisach模型的取向硅钢片直流偏磁磁滞及损耗特性模拟

基于Preisach磁滞模型,提出了面向非对称磁滞回线模拟的参数辨识方法,并应用于取向硅钢片的静态及动态磁滞特性模拟。通过实验获得取向硅钢片静态直流偏磁极限磁滞回线,利用数值方法生成具有非对称特征的一阶回转曲线,进而建立直流偏磁条件下的Everett函数。对静态下的直流偏磁磁滞回线进行拟合,通过与实验结果的对比,验证了该文方法的有效性。进一步考虑直流偏磁磁场和交流磁通密度峰值对异常损耗的影响,构建直流偏磁动态磁滞模型,实现了直流偏磁条件下取向硅钢片损耗特性的模拟,分析了直流偏磁对不同类型损耗的影响。     

基于深度置信网络算法的面向铁磁材料旋转磁滞损耗的矢量磁滞模型

铁磁材料磁滞建模是电气工程领域的基础性理论研究之一。该文基于深度置信网络（DBN）算法结合磁滞算子空间理论提出一种矢量磁滞模型。在模型结构中，引入郎之万函数作为映射函数对磁滞数据进行输入转换计算。利用多个磁滞算子构建算子空间生成高维算子数据，算子空间的数据输出作为DBN模型的输入，结合DBN算法表征算子数据与模型输出的非线性关系。利用样本的磁感应强度数据和生成的算子数据训练模型，获得模型参数。通过仿真表明构建的模型可以有效地描述铁磁材料在旋转磁化情况下的非线性特性和各项异性。同时，结合磁损分离理论改进磁损模型中相应的损耗系数，构建动态磁损计算模型，并将磁滞模型获得的数据应用于动态损耗计算。仿真表明，构建的磁滞模型可以有效地表征铁磁材料的实际磁化特性和损耗情况。     

硅钢叠片在宽频三轴正交激磁条件下的磁特性模拟方法研究

针对硅钢叠片的工作磁通频率高于工频时磁特性计算不准确的问题,开展了宽频(20Hz~1k Hz)激磁条件下的磁特性测量和建模。建立了硅钢叠片的线性涡流场解析模型,该模型在低磁场激励下有效预测硅钢片宽频磁特性;在高磁场激励下,提出一种考虑多涡流域和非线性的瞬态电磁有限元方法。该方法模拟了二维硅钢片材料,隔离了叠片铁心二维平面内多个涡流区域,计算了硅钢叠片的宽频磁化曲线。最后,利用三轴正交磁特性测量装置对硅钢叠片进行综合磁特实验。比较实验结果与数值模拟结果验证算法的有效性。     

电工钢片旋转损耗特性分析与损耗模型修正

高效、超高效电动机的设计关键是降低各项损耗。然而,无论是使用高质量的电工钢材料还是改进电机结构降低铁耗都离不开对电工钢材料复杂磁特性的准确把握。为深入研究实际工况下电工钢片损耗特性,利用先进的电工钢片旋转磁特性测量装置,研究了无取向电工钢片单位铁损特性及其与磁化方式、磁化轨迹的关系。从提高旋转损耗计算精度和工程实用性角度,提出了修正的椭圆损耗计算模型和修正的正交分解损耗模型,验证了修正模型对近乎实际工况下铁损计算的有效性。研究表明,修正的损耗计算模型降低了实施矢量磁滞模型与有限元耦合计算旋转铁耗的复杂程度,满足了工程精度要求。由于修正模型的系数充分拟合了旋转特性测量数据,所以降低了模型应用过程中对旋转磁特性测量装置的依赖,提高了模型的实用性。     

直流偏磁下不同磁化曲线对变压器铁心损耗仿真的影响

直流偏磁下变压器铁心材料磁化特性采用不同的表述方式,将会产生不同的损耗仿真结果。本文基于爱泼斯坦方圈试验测量了30ZH120取向硅钢片的交流磁滞回环和交流偏磁磁滞回环,详细阐述并解释了交流磁化曲线、直流磁化曲线、平均磁化曲线、交流偏磁磁化曲线和交直流共同作用下磁化曲线的提取方法。从实验数据和理论分析的角度指出了交直流共同作用下磁化曲线与直流磁化曲线是同一条曲线。以两台干式变压器产品模型为例,设计并搭建了使变压器工作在直流偏磁条件的实验电路,测试并仿真计算了直流偏磁下电力变压器铁心的空载损耗。研究表明,计算分析直流偏磁电工设备时,可以用直流磁化曲线描述硅钢片材料的磁性能,为提高直流偏磁下变压器损耗仿真准确性提供了参考依据。     

计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机铁耗计算

在经典Bertotti三项式常系数铁耗计算模型的基础上,基于谐波分析原理,引入涡流损耗、磁滞损耗和附加损耗补偿系数,提出了一种计及高次谐波影响的高密度永磁同步电机(PMSM)铁耗计算模型。该模型中的补偿系数均随磁密幅值、频率和畸变率变化,能较好地反映基波及谐波磁场对铁耗的影响。为了验证该模型的有效性及准确性,以48槽/8极内转子和36槽/48极外转子两台PMSM为研究对象,将模型的计算值、有限元仿真结果和试验数据进行对比分析。结果表明,铁耗计算模型有较高的精度,特别适用于磁密幅值与频率变化范围大的场合。     

Magnetic Circuit Model Considering Magnetic Hysteresis

Quantitative estimation of core loss considering magnetic hysteresis property is strongly required to develop high‐efficient electrical machines. This paper presents a novel magnetic circuit model considering magnetic hysteresis. In the proposed model, dc hysteresis loss is calculated by the Landau–Lifshitz–Gilbert (LLG) equation, while classical and anomalous eddy current losses are calculated in the magnetic circuit. It is demonstrated that the hysteresis loop under PWM wave excitation can be expressed by the proposed model. The validity and effectiveness of the method are proved by comparing with measured values.     

考虑定子外壳漏磁的同极式永磁偏置径向磁轴承磁路模型

同极式永磁偏置径向磁轴承的永磁偏置磁场在定子外壳内形成较大漏磁,而且外壳的有效面积相对工作气隙较大,即使在铁心与外壳间加入隔磁层的情况下,漏磁仍不可忽略,必须进行准确计算。首先直接求解拉普拉斯方程获得隔磁层内的磁场分布,并结合保角变换计算漏磁区域的端部效应,然后求解工作气隙的永磁偏置磁场和电励磁控制磁场,最后建立完整磁路模型和电磁力解析模型。三维有限元仿真结果表明,所建立的磁路模型能准确计算磁轴承工作范围的电磁参数。依据飞轮储能系统的总体需求,设计了径向磁轴承系统,实验结果验证了所建立解析模型和有限元模型的准确性。     

500 kV电力变压器直流偏磁耐受性能的仿真研究

为了深入研究500 kV电力变压器的直流偏磁耐受性能,根据J-A磁滞回线理论,基于电路磁路模型建立了500 kV自耦变压器的直流偏磁仿真模型,通过改变J-A模型中的关键参数,仿真研究了矫顽力、剩磁和磁滞损耗等硅钢片磁化特性对500 kV变压器直流偏磁耐受性能的影响。仿真结果表明,变压器直流偏磁时,励磁电流出现畸变,有偶次谐波出现,励磁电流随直流分量的增大呈现不同的增幅。当磁滞回线的矫顽力增大时,励磁电流及其总谐波畸变率随外加直流分量的增幅变小。当剩磁和磁滞损耗增大时,励磁电流及其总谐波畸变率随外加直流分量的增幅加剧。研究结果可为大型变压器直流偏磁耐受能力评估及直流偏磁抑制措施提供理论依据和新思路,具有一定的实用价值。     

电流比较仪多层小气隙磁屏蔽磁场的解析解

磁屏蔽磁场的分析是实现高精度电流比较仪优化设计的关键,然而磁屏蔽气隙结构复杂,有限元法计算量大、计算精度难以满足要求。考虑磁屏蔽分层结构以及一次电流偏心和外部磁场干扰对磁场分布的影响,提出一个二维简化模型,利用极坐标系下Poisson方程解的正交函数展开式推导磁场的解析解,并利用有限元法验证解析解的正确性。通过二维解析模型与三维实际问题有限元计算结果的对比,发现两者具有简单的比例关系,且该比例关系不依赖于干扰源的位置,因此可用二维解析模型对三维实际磁屏蔽结构做出快速有效的评估。对坡莫合金的B-H曲线进行拟合,以线性近似下的磁场解析解为基础,利用安匝平衡时检测线圈的感应电压导出电流检测的误差估算公式,作为磁屏蔽效能分析的定量指标。对不同磁屏蔽结构的分析表明,双层结构比同样尺寸单层结构的屏蔽效能可提高近三个数量级。最后通过实验验证了解析表达式分析实际问题的有效性。     

无刷直流盘式电机涡流计算

盘式电机的磁场是一个复杂的三维磁场,采用传统二维磁场有限元法来计算盘式电机定子绕组涡流损耗结果相差很大;若采用三维磁场有限元法来计算则会浪费大量时间,介于这两点,该文提出一种参数化建模的分环法,即把三维磁场的盘式电机转化为多环的二维磁场直线电机,理论上可把盘式电机分割为无数个沿着径向叠加的直线电机,即可节约计算时间,又能提高计算精度,随后所设计的11 kW无铁芯定子绕组无刷直流永磁盘式电机样机实验结果也证明了理论计算和工程设计的准确性、可行性和计算过程的快速性,为后续进行电机进一步优化设计奠定了基础.     

机械应力作用下电工钢片静态磁滞特性模拟方法研究

准确快速模拟磁性材料在不同应力下的磁滞特性对设计承受机械应力的电气设备铁心有重要意义。用BROCKHAUS-MPG200电工钢测试系统,测量了电工钢片样本在不同应力下的磁滞回线,发现其在应力作用下,磁滞回线会产生局部畸变的现象,且磁密越高,这种畸变越严重。为此,首次将2种常用的简化Preisach模型拓展至应力下的电工钢片磁滞特性模拟,发现仅有一种Priesach模型适用。根据该模型的基本特征,仅需利用具有畸变特性的实测极限磁滞回线,即可辨识不同应力值下的Everett函数。提出立方插值法提取以应力为变量的逆Everett函数,建立了应力下电工钢片的静态逆Preisach模型。实验及仿真结果表明,该模型计算精度较高,可用于实际工程中应力下磁性材料的磁滞特性模拟及磁滞损耗计算。     

瞬时脱扣器的三维磁场有限元分析与等值磁路

借助三维矢量场分析软件包ＶＥＣＴＯＲ ＦＩＥＬＤＳ对瞬时脱扣器建立了三维有限元模型,并对其磁场分布及静态吸力特性进行了计算,同时也采用了磁路的方法计算了静态特性并将计算结果同前者进行了比较。还对短路电流到来后、瞬时脱扣器的动态特性进行了计算和分析。     

机械应力作用下电工钢片静态磁滞特性模拟方法研究

准确快速模拟磁性材料在不同应力下的磁滞特性对设计承受机械应力的电气设备铁心有重要意义。用BROCKHAUS-MPG200电工钢测试系统,测量了电工钢片样本在不同应力下的磁滞回线,发现其在应力作用下,磁滞回线会产生局部畸变的现象,且磁密越高,这种畸变越严重。为此,首次将2种常用的简化Preisach模型拓展至应力下的电工钢片磁滞特性模拟,发现仅有一种Priesach模型适用。根据该模型的基本特征,仅需利用具有畸变特性的实测极限磁滞回线,即可辨识不同应力值下的Everett函数。提出立方插值法提取以应力为变量的逆Everett函数,建立了应力下电工钢片的静态逆Preisach模型。实验及仿真结果表明,该模型计算精度较高,可用于实际工程中应力下磁性材料的磁滞特性模拟及磁滞损耗计算。