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。     

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R-L分数阶导数的动态J-A磁滞模型及其特征参数辨识算法

在高频、直流偏磁等非标准磁化条件下,电力变压器的铁心损耗显著增加,造成其性能恶化。为实现对高频、直流偏磁下铁磁材料动态磁滞特性与损耗的准确模拟,该文首先在静态J-A模型中引入直流磁密,推导得到适用于描述直流偏磁条件下铁磁材料磁滞特性的静态J-A修正模型;然后引入R-L型分数阶导数对高频条件下涡流场及涡流损耗表达式进行改进,考虑涡流与剩余损耗对高频条件下磁化物理机制的影响,建立动态J-A模型;最后引入模拟退火算法,以损耗计算值与实测值之间的均方根误差最小化作为优化算法的目标函数,辨识模型中阻尼系数与分数阶导数阶次的全局最优值。将动态J-A模型模拟的磁滞回线和损耗与实验数据进行对比,结果表明:对高频磁场叠加直流偏磁条件下磁滞回线面积模拟误差绝对值为7.84%,损耗预测的平均绝对误差为7.35%,验证该文所提方法的准确性。     

基于动态J-A模型的直流偏磁条件下电工钢磁特性模拟及实验验证

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。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分别辨识与计算未引入直流偏磁量的静态模型参数和动态损耗系数,并通过仿真结果与实测数据对比,验证了模型的准确性。搭建电工钢磁性能测试系统,获得不同直流偏磁条件下电工钢的损耗及磁性能数据,并用于分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗的影响规律。基于分析得到的规律,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者拟合较好,验证了该方法的正确性和有效性。     

谐波激励条件下铁心动态Energetic建模与验证

谐波激励条件下,表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环,导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗,该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论,建立综合考虑谐波特征的动态Energetic谐波磁滞模型。实现人工鱼群算法结合归一化处理技术对传统静态Energetic谐波磁滞模型参数的辨识,并提出一种可以有效考虑局部回环影响的动态损耗系数求解方法。搭建磁通密度波形可控的变压器铁心磁性能测试平台,对不同谐波阶次、谐波含量、谐波相位激励条件下的变压器铁心磁滞特性和损耗特性进行实验研究。通过模型仿真结果与实验数据的对比,验证了该文所建动态Energetic谐波磁滞模型的正确性和有效性。     

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。     

交直流混合激励下取向硅钢片磁滞及损耗特性模拟方法

该文对交直流混合激励下(既含偏磁又含谐波)取向硅钢叠片的动态、静态磁滞特性和损耗特性进行测量,分析激励中不同因素(如直流偏磁磁场强度、谐波次数)对损耗的影响规律.提出基于非对称极限磁滞回线的Preisach模型参数辨识方法,实现静态磁滞回线的准确模拟.提出交直流混合激励下异常损耗模拟及其参数提取方法,并基于损耗分离和场...     

直流偏置对磁致伸缩材料高频动态损耗及磁特性的影响分析

直流偏置磁场会造成磁致伸缩材料磁滞回环的畸变与不对称,影响材料的损耗数值与磁滞特性,且现有的磁能损耗模型无法对变直流偏置磁场下的损耗进行准确的表征和计算,因此有必要研究直流偏置对磁致伸缩材料磁特性的影响规律及数学表述,这对提高大功率磁致伸缩器件的输出性能具有重要意义。该文在变直流偏置激励条件下,测试了Terfenol-D样品在不同交流激励频率和磁通密度幅值下的动态磁滞回线,发现了其变化规律并提取了损耗特性和磁滞特性参数;基于Bertotti损耗分离理论和实测数据,采用Levebverg-Marquard算法,建立计及直流偏置影响的磁致伸缩材料高频损耗计算模型,该模型采用多元参数回归方法,通过引入直流偏置相关项对损耗系数进行修正;多种工况下的损耗计算值与实验值对比分析表明了计及直流偏置影响的磁致伸缩材料高频动态损耗特性模型的准确性。     

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。     

基于传输线模型的三相变压器直流偏磁仿真分析

建立了一种新的直流偏磁下三相变压器组的传输线模型。模型中,将变压器电路中的微分项离散,并应用Jiles-Atherton铁磁磁滞理论来描述铁芯的饱和以及磁滞效应。涡流损耗用含等值电阻的附加绕组替代,同时考虑绕组铜耗及漏磁等因素,从而使变压器模型得到充分完整的描述。最后利用牛顿-拉夫逊迭代方法,对直流偏磁下的三相变压器组进行了时域仿真计算,仿真结果证明所提出的计算模型能够准确的分析三相变压器组的直流偏磁现象。     

基于磁滞回线数学模型的变压器励磁电流分析

从铁芯饱和及其磁滞特性的角度研究变压器励磁涌流及直流偏磁条件下的励磁电流的重要性.利用磁滞回线的特征值及其关系得到了一种磁滞回线的数学模型,根据该数学模型求出了直流偏磁条件下变压器的励磁电流波形,经MATLAB仿真软件验证了该模型的正确性,对于研究直流偏磁下变压器励磁电流的特性具有重要意义.     

基于直流偏磁实验的叠片铁心磁化特性分析

铁心中直流磁通的预测是研究变压器直流偏磁问题的关键.本文提出基于损耗函数的改进迭代法,在考虑磁滞效应的同时对基本磁化曲线进行修正,计算叠片铁心内的直流磁通.通过比较励磁电流的测量值与计算值,验证了该方法的有效性和正确性.获得了直流偏磁条件下叠片铁心的磁滞回线和基本磁化曲线,对有无直流偏磁条件下的基本磁化曲线进行了比较....     

直流偏磁下单相变压器的传输线模型

为了研究直流偏磁对单相变压器运行性能的影响,依据传输线及Jiles-Atherton铁磁磁滞理论,建立了直流偏磁下单相变压器的传输线模型,同时,考虑了铁心材料的涡流效应、绕组铜耗及漏磁等因素,应用牛顿—拉夫逊迭代方法,对模型进行了时域仿真计算,实现对单相变压器直流偏磁特性的分析,分析结果表明,直流偏置水平的升高,使动态磁滞曲线不再对称并不断趋于饱和;励磁电流波形发生畸变,谐波含量增加;且励磁电流峰值及各谐波含量的幅值随偏磁水平的增加呈线性上升趋势。计算结果与实验结果相吻合,证明了直流偏磁下单相变压器传输线模型的正确性和有效性。     

基于损耗统计理论与J-A磁滞模型的直流偏磁下磁性材料损耗计算方法

当磁性材料具有直流偏磁分量时,其损耗将会显著增加,准确计算该类材料在直流偏磁下的损耗对磁性元器件的优化设计具有重要意义。然而,现有方法并未从直流偏磁影响损耗的基本原理出发,所提求解公式偏向经验,缺乏物理基础。为此,在基于损耗统计理论分析直流偏磁对磁滞、涡流及剩余损耗各自作用特征的基础上,提出了一种基于损耗统计理论与Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型结合的直流偏磁下磁性材料损耗半解析算法。该算法利用J-A磁滞模型求解直流偏磁下的磁滞损耗,而涡流损耗和剩余损耗的计算则运用损耗统计理论推导的解析公式;同时,针对剩余损耗统计参数难以提取的问题,提出在通过直流偏磁实验辨识该参数分布规律的基础上,引入有理函数对其进行准确拟合。最后,将仿真计算值与实验测量值进行对比,结果表明所提算法的最大相对误差仅为8.49%,验证了该算法的准确性。     

换流变压器直流偏磁对油箱涡流损耗的影响

换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗会大幅增加，导致变压器温度升高，威胁其安全稳定运行，因此快速评估直流偏磁下油箱涡流损耗的大小就显得十分必要。该文首先分析了换流变压器在额定和空载直流偏磁状态下油箱表面漏磁场的分布特点。再结合实际换流变压器非线性负载电流和励磁电流波形，得到了不同换流器触发角和直流电流下油箱涡流损耗的变化规律。并在IEC/IEEE 60076-57-129标准的基础上，给出了换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗的计算公式。针对一台800 kV单相四柱式换流变压器，利用场路耦合法进行油箱涡流损耗有限元计算。通过对损耗仿真数值以及油箱表面磁通密度和涡流损耗分布的分析，验证了理论分析的正确性，并获得了不同工况下，计算公式中的损耗占比值。利用不同属性的线性负载替代换流器触发角的变化，对两台单相四柱式380 V交流变压器进行了直流偏磁实验，进一步验证了理论分析的正确性。     

基于神经网络磁滞模型的MCR偏磁特性研究

为了研究直流偏磁工作条件下磁阀式可控电抗器(MCR)的磁滞回线及输出电流的特性,根据MCR在直流偏磁工作条件下的实验数据,建立BP神经网络磁滞模型,得到磁滞回线。将MCR的电路与磁路耦合,得到绕组的输出电流。与实验波形对比,基本吻合。表明了该模型的正确性,为研究磁控电抗器的偏磁性能提供了有效方法。     

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。     

考虑磁滞特性变压器PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真建模方法及励磁差异性分析

为了研究高压直流输电中励磁涌流问题,该文结合ATP-EMTP电磁暂态仿真软件中描述铁心铁磁材料磁滞特性的非线性电感Type96以及BCTRAN共同建立考虑磁滞特性变压器模型思想,提出一种考虑磁滞特性变压器PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真新模型。该模型在经典模型的基础上增加了考虑磁滞特性的励磁支路,利用试验获得的最大磁滞回线数据便可有效地反映变压器的磁滞特性,验证表明该模型能很好地反映变压器磁滞特性,且因参数易得,便于用户在PSCAD/EMTDC中仿真使用。同时也仿真研究利用磁滞回线和磁滞中线模拟变压器励磁特性的差异性,得出采用磁滞中线代替磁滞回线来模拟变压器铁心励磁特性在励磁涌流峰值上具有一致性,但磁滞回线对涌流稳态过程特别是谐波特性有较大影响。     

基于对偶性原理的三相多芯柱变压器暂态模型

提出了一种基于对偶性原理的三相多芯柱变压器暂态模型；通过分析三相多芯柱变压器磁路模型并应用对偶性原理，建立了考虑电路与磁路耦合的变压器暂态计算模型，采用Jiles-Atherton铁磁磁滞模型来描述铁心模块的饱和以及磁滞效应，而涡流和杂散损耗用一个等值电阻替代，零序磁通用一个线性电感以及反映其涡流损耗的电阻代替；该模型可以计算分析直流偏磁和空载合闸等情况下变压器励磁电流以及铁心磁通等电气参数；算例分析结果与实验结果的对比证明了该模型的准确性。     

超磁致伸缩材料动态磁滞特性理论分析

在考虑超磁致伸缩材料(GMM)内部磁场强度分布状况的基础上,结合动态J-A模型分析了GMM棒动态磁滞特性.通过与实验数据的比较,考虑磁场内部分布时的J-A模型能够较好地描述不同频率下GMM棒的动态磁滞特性,验证了该处理的有效性.利用该模型对GMM棒动态磁滞特性做出预测,结果表明高频驱动下应综合考虑内部磁场分布情况、涡流损耗和异常损耗.结合该模型和Z-L模型对GMM棒的动态输出特性做出预测,结果表明随着频率的增大,GMM棒的平均应变逐渐减小,滞环宽度逐渐增加,预测结果对GMM器件的设计和控制提供了参考.