直流偏磁下叠片铁心磁致伸缩的实验测试与分析

电工钢片磁致伸缩效应是引起变压器铁心振动,并产生噪声的主要原因之一,直流偏磁的存在加剧了铁心的磁致伸缩形变。基于爱泼斯坦方圈装置开发了电工钢片叠片结构磁致伸缩特性测量系统,测量并分析了取向电工钢片叠片结构在不同直流偏磁磁场、磁化角度及磁化强度下磁致伸缩主应变大小和方向的变化情况,对比分析了单片电工钢片与其叠片结构磁致伸缩特性的差异,讨论了直流偏磁磁场对叠片结构磁致伸缩特性的影响,并建立了材料磁致伸缩特性数据库。基于上述测量数据,计算了直流偏磁下单相变压器铁心模型的磁致伸缩应变,并与实测值进行了对比验证,为直流偏磁下变压器铁心振动噪声的研究奠定基础。     

交变磁化下电工钢片的矢量磁致伸缩特性

随着超大容量电机和变压器铁心尺寸的增大,电工钢片磁致伸缩效应会加剧铁心的振动和噪声。为研究交变磁化下电工钢片的磁致伸缩特性,改进了传统单片电工钢片磁致伸缩特性测量装置,提出了"三轴激光"法测量电工钢片在0°~90°不同磁化方向下的矢量磁致伸缩特性。研究了磁致伸缩主应变与磁化方向及磁化强度之间的关系。提出描述电工钢片磁致伸缩主应变与磁通密度之间关系的矢量模型,建立了插值曲面,并与有限元计算结合分析了一台永磁同步电动机定子铁心磁致伸缩现象。研究表明,磁致伸缩主应变方向偏离磁化方向,该文所提出的测量和仿真方法可以有效地研究电机铁心的矢量磁致伸缩效应。     

直流偏磁对变压器振动噪声的影响

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器振动噪声的主要原因,并且直流偏磁在很大程度上加剧了变压器的振动噪声。本文首先测量了取向硅钢在不同磁密下的磁致伸缩蝴蝶曲线族,研究了轧制方向(RD)和垂直轧制方向(TD)磁致伸缩的特性,同时研究了直流偏磁对磁致伸缩特性的影响,然后用平均磁致伸缩曲线来模拟取向硅钢片的磁致伸缩特性,并将其应用到直流偏磁条件下一台160k V·A干式变压器空载振动的有限元计算。最后实验测量了直流偏磁条件下变压器铁心不同位置的空载振动,以及随着直流偏磁的增大,噪声声压级的值。综合有限元计算和实验测得的空载振动噪声值,分析了直流偏磁对变压器振动噪声的影响。     

超高压变压器铁芯硅钢片磁致伸缩力数值计算

超高压电力变压器本体振动噪声主要来源于铁芯磁致伸缩,为了准确计算变压器铁芯磁致伸缩效应,提出了基于磁致伸缩力–热应力比拟的数值计算方法。首先采用ANSYS有限元分析软件建立电力变压器3维瞬态电磁场数值计算分析模型,通过求解提取铁芯每个节点不同时刻的的磁密值;其次根据磁致伸缩力–热应力的比拟,加载试验测得的硅钢片磁致伸缩特性曲线,计算得到铁芯不同时刻各个节点的磁致伸缩力;然后将铁芯磁致伸缩力导入到结构场和声场计算模型中,求得铁芯本体的振动位移及其声压分布;最后对通过减小磁密来降低铁芯本体振动噪声的效果进行了分析,并对比了不同磁密下铁芯本体振动噪声的强度与分布,证明了该方法的有效性,对比结果表明铁芯磁密降低0.05 T,其声压最大值降低约1.26 d B。     

非晶合金电机振动噪声影响因素的研究

磁致伸缩和叠压影响是引起非晶合金变压器振动噪声的主要原因,而在硅钢片电机的振动噪声计算中这两种因素经常被忽略。为此本文对非晶合金电机振动噪声影响因素进行了深入研究。首先,基于压磁方程建立了磁—机械耦合数学模型。以一台2.1k W非晶合金永磁电机为例,考虑磁致伸缩和叠压影响,应用二维有限元计算了该电机在不同供电条件下的磁场分布、形变和振动加速度。在此基础上分析了定子铁心周围声场分布,通过实验验证了计算方法的有效性。之后,通过电磁力、磁致伸缩和叠压三种影响因素对硅钢片电机和非晶合金电机振动噪声影响的研究发现:磁致伸缩对硅钢片电机的振动噪声影响较小;磁致伸缩和叠压影响对非晶合金电机振动噪声影响较大,在计算非晶合金电机振动噪声时磁致伸缩和叠压影响不能被忽略。     

特高压变压器用高磁感取向硅钢片励磁特性

为确定不同类型取向硅钢片应用于特高压变压器时的励磁性能,对普通高磁感和经激光刻痕磁畴细化的2类取向硅钢片试样的单位铁损、磁化特性曲线、激磁功率曲线和磁致伸缩率4项基础磁性能进行了对比测试,对采用2类硅钢片设计成的单相双柱旁轭式特高压变压器铁芯时的空载损耗和空载电流进行了计算,对2类硅钢片制造成的1 000 k V特高压变压器主体变整机的空载损耗、空载电流、励磁特性曲线和空载噪声特性进行了试验研究和分析。结果表明:采用经激光刻痕磁畴细化的国产0.27 mm取向硅钢较同厚度进口高磁感取向硅钢片的样品,单位铁损及特高压变压器整机空载损耗小,空载附加损耗系数相近,而两类硅钢样片的磁化电流和磁致伸缩率与特高压变压器整机空载励磁电流和空载噪声无对等关系。     

基于J-A模型的电工钢片磁致伸缩特性模拟与实验

电工钢片的磁致伸缩现象是引起电机、变压器铁心振动的一个重要原因。磁致伸缩特性与铁心的磁化方式密切相关。电机定子铁心存在大量旋转磁场,相比于交变磁化,旋转磁化会引起更大的磁致伸缩应变,准确模拟旋转磁化下电工钢片的磁致伸缩特性是实现电工产品性能优化的前提和基础。该文借鉴Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型对磁化过程中磁畴畴壁移动和磁矩转动而产生滞后行为的表征方法,提出一种能够描述旋转磁化下磁致伸缩正应变和剪切应变矢量、滞后特性的磁致伸缩模型。基于电工钢片旋转磁特性测量系统提供的特性数据,采用粒子群优化算法实现了模型参数辨识,并验证了模型的准确性。制作并搭建硅钢叠片铁心局部磁致伸缩特性测量系统,给出了所提磁致伸缩模型计算铁心磁致伸缩形变的具体过程,通过与测量结果的比较,进一步分析了所提理论模型的有效性。研究表明,旋转磁化下电工钢片磁致伸缩具有滞后行为,该文从磁化机理角度提出的磁致伸缩模型可以有效地表征这种特性。     

机械应力下无取向电工钢片磁致伸缩特性研究

电工钢片的磁致伸缩现象是引起电机、变压器铁心产生振动和噪声的主要原因之一。铁心的裁剪、冲压、装配等加工工艺会在电工钢片中产生残余应力，进而改变电工钢片的磁致伸缩特性，加剧铁心的振动噪声。该文基于三轴应变计方法，研制并开发了应力下电工钢片磁致伸缩特性测量系统，测量并分析了不同应力下无取向电工钢片的磁致伸缩应变，讨论电工钢片三种切割方式对磁致伸缩特性的影响，并分析了退火前后磁致伸缩特性的变化，给出三种切割方式产生的残余应力和测量方法。最后基于上述实验测量得到的应力下磁致伸缩数据，对一台永磁电机定子铁心的磁致伸缩效应进行了仿真计算，分析了残余应力对铁心形变的影响。研究表明，压应力会使电工钢片磁致伸缩效应加剧，激光切割方式会产生更大的残余应力使得电机振动增大，该研究为进一步分析铁心的振动噪声提供了科学依据。     

考虑磁致伸缩效应的非晶合金立体卷铁心振动仿真与实验研究

由于非晶合金优异的节能特性,在变压器中的应用越来越广泛.相比于三相五柱式非晶合金变压器铁心,立体卷结构的铁心具有完全对称的磁路,抗短路能力更强.但由于非晶合金材料磁致伸缩效应比传统硅钢大,铁心的振动噪声问题突出.本文对一台设计容量为200 kV·A的立体卷非晶合金铁心进行有限元建模,考虑非晶合金的磁致伸缩效应,基于磁-...     

温度对非晶合金卷形铁心磁特性及振动的影响分析

非晶合金作为新型节能铁心材料,其低损耗特性使其在铁心电力设备中拥有广泛的应用前景。非晶合金变压器实际运行环境复杂,铁心工作温度会随环境温度而升高,同时铁心自身也存在温升效应,因此铁心温度对非晶材料磁特性和振动特性的影响不能忽视。为更准确分析非晶铁心振动,本文首先对未退火的非晶带材进行了磁特性测量,并对比分析不同温度下退火后的非晶卷形铁心的磁化特性;在此基础上考虑磁致伸缩效应,建立非晶卷形铁心的磁-机械耦合有限元模型,对非晶铁心磁通密度和应力进行了仿真计算。最后,利用振动分析仪测量铁心振动加速度验证计算值,并研究分析了该铁心在不同温度下的振动加速度变化。     

无取向电工钢片旋转磁致伸缩的动态测量与分析（英文）

无取向电工钢片旋转磁致伸缩的准确测量对减小电机铁心的振动研究具有重要意义。本文利用二维磁特性装置和玫花型电阻应变计开发了一台用于研究电工钢片旋转磁致伸缩特性的实验测试系统。讨论了应变计在样片尺寸及其粘贴位置的变化对测量结果的影响,分析了一个磁化周期内旋转磁致伸缩的动态特性,仿真计算了一台同步发电机铁心的磁致伸缩变形。研究表明,电工钢片旋转磁致伸缩特性大于交变磁化引起的磁致伸缩,而旋转磁化轨迹决定了旋转磁致伸缩的特性。     

考虑力–磁耦合效应的无取向电工钢片磁致伸缩模型的改进

硅钢铁心结构的振动噪声成为制约电工装备节能化发展的瓶颈问题。采用夹紧措施可抑制铁心振动,但夹紧力会改变铁心磁性能,且施加不当可导致铁心振动加剧甚至损坏,原因为应力使硅钢材料磁畴产生旋转和壁移,引起磁致伸缩饱和,造成振动加剧。因此,为了实现硅钢铁心应力加载问题的准确预测,需建立基于应力下饱和磁畴壁移效应的电工钢片磁致伸缩模型。首先,该文提出基于力–磁耦合效应的磁致伸缩改进模型,并通过耦合Weiss分子场、退磁系数和钉扎效应参数考虑磁致伸缩的滞回特性;然后,测量无取向电工钢片的磁滞和磁致伸缩回线,提取控制饱和磁畴壁移的磁场和形变等模型参数;最后,编程实现模型的仿真,通过对比仿真及实验的磁致伸缩应变曲线,验证模型的准确性。     

旋转磁化下电工钢片磁致伸缩动态矢量特性模型

减少电工钢片磁化过程引起的铁心磁致伸缩形变是降低电气设备振动噪声的一个有效途径。电机铁心存在大量旋转磁化,而旋转磁化下铁心磁致伸缩特性较为复杂,其模拟方法研究还处于起步阶段。该文测量并分析旋转磁化下单片电工钢片的旋转磁致伸缩特性,探讨一个磁化周期不同时刻的圆形形变、主应变的矢量和谐波特性。提出基于Chua-type模型的动态矢量特性模型,并推导模型参数的计算表达式,建立相应的参数数据库。最后,对一台同步发电机的磁场进行仿真计算,结合所提出的模型,分析定子铁心的应变分布以及引起的局部形变,阐明传统磁致伸缩计算方法的不足之处,为进一步分析磁致伸缩引起的电机铁心振动噪声奠定了基础。     

谐波磁场下硅钢片磁致伸缩特性分析

非线性负荷接入电网会导致变压器和电机铁心磁场含有谐波,谐波的存在加剧了铁心的振动噪声。鉴于目前谐波磁场对硅钢片磁致伸缩特性影响的基础研究还比较缺乏,本文利用一台精度为10nm/m的单片电工钢片磁致伸缩测量装置,通过控制励磁磁场中三次谐波的幅值和相位,测量了无取向电工钢片的磁致伸缩波形曲线,讨论了磁场谐波成分的增加对磁致伸缩四次和六次谐波的影响。在此基础上,通过A计权特性计算了谐波磁场下磁致伸缩引起的电工钢片噪声分贝值,给出了描述谐波磁场与磁致伸缩及其对应噪声分贝值关系的二维曲面。最后,提出采用磁弹性间接耦合方法仿真分析了一台永磁同步电机铁心的磁致伸缩形变及其对应的噪声分布。所得测量数据及仿真结果可为准确分析电机铁心磁致伸缩引起的振动噪声提供参考。     

旋转磁化下电工钢片的磁致伸缩特性

电工钢片的磁致伸缩效应会使大容量电机定子铁心发生形变加剧电机振动噪声。近年来,随着实验测试技术的不断发展,国外已开展电工钢片磁致伸缩的测量与特性研究工作,国内还处于起步阶段。为深入研究旋转磁化下电工钢片的磁致伸缩效应,开发了基于三轴应变测量的单片电工钢片旋转磁致伸缩测量系统,研究了椭圆磁化轨迹在不同轴比、倾斜角及磁通密度下电工钢片磁致伸缩主应变矢量周期变化情况,建立了可供分析电机铁心磁致伸缩效应的数据库文件,并以三维插值曲面的形式描述了旋转磁化与磁致伸缩的关系。研究了一种计算电机定子铁心磁致伸缩效应的数值分析方法,以环形铁心模型为例实验验证了计算方法的有效性。研究表明,电工钢片的旋转磁致伸缩形变大于交变磁致伸缩,且随着磁化轨迹圆形程度的增加而增大。上述实验数据及旋转磁致伸缩特性分析为减小电机铁心的振动噪声研究提供了参考。     

电抗器铁芯振动噪声的多场耦合分析方法

针对电抗器铁芯磁致伸缩导致的振动噪声问题,提出在瞬态电磁场方程和结构力场方程及声场方程的基础上建立物理模型。从多物理场耦合的角度,对一台三相串联铁芯电抗器的磁场分布、铁芯磁致伸缩位移、铁饼间的麦克斯韦力、应力和声压级进行计算。对磁致伸缩和麦克斯韦力作用下的振动位移和声场分布分别分析,得出磁致伸缩是电抗器铁芯振动的主要原因。实验研究表明,增加修正系数后的电抗器振动噪声仿真结果与实测得到的电抗器振动噪声基本一致,满足工程需要,证实多场耦合分析方法可用于电抗器设计阶段对铁芯噪声进行预估。     

非晶合金铁心损耗与磁致伸缩特性测量与模拟

针对电力机车对中频变压器低损耗、低噪声的设计要求,该文对中频变压器用铁心材料非晶合金的损耗与磁致伸缩特性开展深入研究.模拟中频变压器的实际工作状态,对非正弦激励下非晶合金的损耗特性进行测量.在此基础上,对传统的斯坦梅兹损耗计算公式进行修正,同时考虑到不同频率下损耗计算公式的通用性,对损耗计算公式的系数进行变系数改进.考虑中高频变压器的振动噪声问题,采用激光测试仪,对非晶合金铁心材料的磁致伸缩特性进行测试分析,并建立铁心材料磁致伸缩特性的预估模型.实验验证了所提损耗和磁致伸缩模型的有效性,为中高频变压器的优化设计提供理论依据.     

直流偏磁下单相变压器铁心实验模型局部磁致形变测量与模拟

电工钢片的磁致伸缩效应是变压器振动噪声的主要来源之一,实际工况下变压器铁心的磁致伸缩特性比单片电工钢片的特性更为复杂,而直流偏磁的存在会加剧铁心的形变。为了进一步掌握变压器铁心的磁致形变特征,该文直接对单相变压器铁心局部应变进行实验测试,开发并搭建叠片结构的单相双柱变压器铁心磁致伸缩测试系统,测试并分析不同磁化方式下不同局部区域的磁致伸缩特性,讨论直流偏磁磁场对铁轭以及芯柱磁致伸缩性能的影响,分析夹件位置和夹紧力对变压器铁心磁致伸缩的影响。基于实验测试数据,从工程应用角度提出直流偏磁下基于BP神经网络的叠片铁心磁致伸缩模拟方法。研究结果表明,实际工况下变压器铁心拐角区域由于旋转磁场的存在导致磁致伸缩增大,适当的夹紧位置和夹紧力可有效降低铁心磁致伸缩应变,神经网络法能较好的模拟直流偏磁下变压器铁心局部的磁致形变特性,更适用于工程实践。     

直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响分析

直流偏磁条件下电力变压器铁心的振动噪声明显加剧,铁心的磁致伸缩效应是其主要原因之一。目前有关直流偏磁磁场对硅钢片磁致伸缩特性的影响规律尚不完全清楚,亟需从实验测量角度定性地分析其影响规律,为建立有效地减小电力变压器铁心振动噪声的方法提供参考。该文在一台精度为10nm/m的激光位移磁致伸缩测试系统上,对不同直流偏磁磁场下取向硅钢片的磁致伸缩特性进行实验研究,对比分析交变磁化及直流偏磁磁化在磁场饱和前后对磁致伸缩波形形状、峰峰值的影响规律,并将测量结果应用于一台电力变压器铁心的振动位移分析。结果表明:直流偏磁磁场使磁致伸缩回环失去原有的对称性,这种影响会随着磁场饱和程度的增加逐渐减弱;随着偏磁磁场的增加,磁致伸缩峰峰值增大,硅钢片的形变加剧。     

低噪音特性取向硅钢的开发和应用

取向硅钢的磁致伸缩是变压器本体噪音的主要来源。本文介绍了取向硅钢磁致伸缩的影响因子和检测方法,分析了改善磁致伸缩特性的方法。同时介绍了根据此方法生产的宝钢低噪音取向硅钢的特性和应用实绩。