通用级数法求解轴对称磁场

本文提出了一种计算线性轴对称磁场的级数法，给出了具有两种不同媒质场域中的一般级数表达式及确定级数项系数的方法。应用本文提出的级数法计算了理想磁屏蔽的螺线管线圈磁场和空心圆柱线圈中具有铁芯的磁场，给出了计算结果及其磁屏蔽前后螺线管线圈磁场和空心圆柱线圈中具有铁芯磁场的等ｒＡ线圈。     

倾斜轴空心矩形截面圆柱线圈互感计算

运用等效圆环回路法与任意方位的两圆环之间的互感公式得到了倾斜轴空心矩形截面圆柱线圈的互感公式。由于任意方位圆环互感公式保持了简洁的单重积分形状,本文的公式亦具有简洁的单重积分形状。除了线圈间距很近的情况外,任意方位的矩形截面圆柱线圈的互感可以被足够精确地算出。本文公式在同轴与平行轴的情形与已有文献数据进行了比较以验证本文公式的精度;在线圈轴倾斜的情形与精确公式进行了比较以验证本文公式计算一般情形互感时的精度。比较结果表明这些公式具有足够高的精度,可以用于一般方位矩形截面圆柱线圈互感的计算。同时,两任意线圈的解耦位置也可以运用本文公式求得。     

无线电能传输系统带磁屏蔽任意位置矩形线圈的互感计算

互感是无线电能传输系统的一个关键参数,在电动汽车线圈耦合机构中添加磁屏蔽材料,可以有效减少磁泄漏,增强线圈之间的互感。目前还没有方法计算带磁屏蔽任意位置矩形线圈之间的互感。为此该文基于双傅里叶变换和麦克斯韦方程组推导了带磁屏蔽条件下的磁通密度。并在此基础上,利用空间直角坐标变换法,得到了任意相对位置两个矩形线圈的互感计算式。与传统的近似计算方法不同,所提出的方法是计算互感的解析方法,可以对线圈间互感进行精确的数值求解。最后,以两个具有多种位置变化情况的矩形螺旋线圈为例进行了模型验证,互感的理论计算值和有限元仿真结果及实验结果吻合良好,验证了所提方法的有效性。     

基于Maxwell的无线电能传输耦合机构的磁屏蔽分析

为了提高无线电能传输系统的传输效率,同时减少耦合机构在运行时对环境造成的电磁影响,提出了一种使用铁氧体磁屏蔽材料对耦合机构的电磁能进行塑形的方法。首先,分析了耦合机构的互感对无线电能传输系统输出功率和传输效率的影响。然后,利用有限元分析软件Maxwell建立了耦合机构的3D模型,计算了耦合机构没有磁屏蔽和三种不同形状磁屏蔽材料的互感,同时分析了不同情况下耦合机构中心位置的磁场强度。磁屏蔽可以有效提高系统传输效率,增强耦合机构内磁场强度,降低耦合机构外磁场强度。     

分段供电直线感应电机气隙磁场分布和互感不对称分析

对于分段供电直线感应电动机,其定子绕组互感存在较大的不对称,基于磁动势理论,推导出分段供电直线感应电机的单相绕组磁动势分布,明确了分段供电直线电机磁动势分布的特点.基于单相绕组的磁动势分布,推导了分段供电直线电机气隙磁场分布的解析表达式,有限元仿真结果验证了解析分析的正确性.根据电机磁场的分析结果,推导了电机各相绕组自感和互感表达式,说明了分段供电直线电机互感不对称的机理,在此基础上得到的电机电感矩阵和阻抗矩阵说明了电机互感和阻抗不对称的规律,试验结果验证了所推导电机阻抗矩阵的正确性.     

基于Ansys的双共模扼流圈互感仿真分析

功率变换器向小型化、高功率化发展,其元器件排列变得越来越紧凑,各元器件间存在近场耦合效应.基于Ansys软件对双共模扼流圈的互感进行仿真分析,结果表明,双共模扼流圈距离越近,磁耦合越严重,互感值越大;不同位置摆放时,一个共模扼流圈水平放置,另一个垂直放置,互感值最小.最后提出在两个共模扼流圈的耦合路径上放置铜箔或高磁导...     

大型零磁装置屏蔽系数的计算方法

零磁装置屏蔽外界磁场以实现极端微弱磁场环境,由于其边角、孔洞、缝隙等非理想因素,屏蔽特性难以准确预估。大型零磁装置整体尺寸在米级,而屏蔽材料的厚度只有毫米级,采用常规有限元方法将不可避免地遇到剖分问题。该文提出针对静态磁场屏蔽和交变磁场屏蔽的改进有限元计算方法,采用两种薄层等效边界条件计算屏蔽层内外的磁场变化。通过与理想屏蔽体的理论分析结果进行对比,验证了该等效边界的有效性。基于该方法可进行多层屏蔽的优化设计、分析孔洞对屏蔽系数的影响规律。结合德国慕尼黑工业大学最新建设的零磁装置,通过屏蔽系数的测量实验,验证了该计算方法的有效性。     

罗氏线圈磁屏蔽盒的设计与研究

罗氏线圈受制造工艺等因素限制,其测量精度易受外界磁场干扰。对此,基于罗氏线圈工作原理与磁干扰分析设计了一种全新的罗氏线圈磁屏蔽盒。在实验室环境下,应用全、半屏蔽盒于正常信号衰减测试、模拟相间工频干扰测试、铁心振动干扰测试,并借助Ansys Maxwell对磁屏蔽盒仿真,考虑屏蔽盒材料,半、全屏蔽盒对正常信号获取以及抗磁干扰中的影响,实验结果表明:在获取正常信号方面,低频电流下添加屏蔽盒后信号衰减较为明显,而在高频电流条件下添加屏蔽盒后信号衰减较小;同时,添加了屏蔽盒后抗磁干扰能力大幅提升。仿真结果表明全屏蔽盒屏蔽性能更优,磁屏蔽盒采用硅钢材料将进一步提升正常信号获取能力。文中设计的磁屏蔽盒可应用于测量高频电流,并可根据外界磁干扰选择全、半屏蔽盒,有效地改善罗氏线圈测量精度。     

用于磁探测的铁磁屏蔽体的形状与尺寸设计

针对高精度磁探测条件下铁磁屏蔽壳体的形状与尺寸设计问题,从屏蔽体的屏蔽效能与在空间产生的附加干扰场出发,对比分析了不同形状、尺寸屏蔽体的屏蔽效能与综合磁化系数,提出了屏蔽壳体形状、尺寸设计依据。按照该依据,在相同厚度、相近尺寸条件下,球壳整体性能最优,圆柱与椭球壳性能相近且次之,方壳性能最差;在相同厚度、相同形状、相近容积条件下,屏蔽体各尺寸比例为1时,壳体整体性能最优。     

空载状态下磁传动装置密封罩涡流损耗理论研究

针对实际应用中磁传动装置的涡流发热问题,提出一种简便实用的涡流损耗新算法。首先采用高斯计对空载状态下磁传动装置扇形气隙中磁通密度的分布进行测量,并利用MathCAD软件根据实测数据进行曲线拟合后,再采用傅里叶级数展开式中的梯形波曲线建立磁通密度的通用表达式,最终根据Maxwell方程推导出涡流损耗功率的理论计算公式,并针对实例进行计算。用ANSYS有限元分析软件进行模拟分析,得出涡流损耗的模拟实验值。结果表明,二者偏差只有2.2%,理论计算结果与采用ANSYS有限元分析软件模拟的结果具有很好的一致性。     

电容器组串联用干式半铁心电抗器磁场分布特性的研究

采用场路相结合的方法分析和计算干式半心电抗器的磁场分布规律。首先,利用有限元磁场计算结果求解出干式半心电抗器各并联支路线圈自感及支路线圈间的互感;然后,采用相量法求解出正弦电压激励下各并联支路的电流;最后,采用有限元法建立了干式半心电抗器在电流激励下的轴对称磁场计算模型;分析和计算了铁心对电抗器磁场分布规律的影响,为干式半心电抗器的设计和研制提供了理论依据。     

混合电磁结构磁性部分元等效电路建模技术的解析及实验研究

磁性材料在电磁结构中广泛应用,而传统(标准) 部分元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)方法对包含磁性材料的各种结构进行分析时已无能为力。针对基于几何平均距离和空间磁介质均匀化处理的新型磁性PEEC建模方法(magnetic PEEC,MagPEEC),该文提出使用同轴电缆解析计算以及大型钢板耦合与邻近效应实验对该建模方法进行验证。利用解析法对给定同轴电缆单位长度电阻与电感参数进行了计算,并将计算结果与由MagPEEC建模计算的结果进行了比较;分大型舰船钢板差模回路耦合和共模回路耦合干扰两种情况,对MagPEEC建模计算的耦合阻抗进行了实验验证;利用所研制的钢板地电流测量装置在钢板中部进行测量,并将测量结果和MagPEEC理论计算的结果进行比较,从而实现金属壳体地电流测量和MagPEEC理论计算方法的直接验证。利用该文所提供的解析方法和3种实验方法,对MagPEEC建模技术进行了充分证明,为MagPEEC建模技术的推广使用奠定了基础。     

电流互感器三维磁场分析与互感计算

用三维有限元方法分析计算了几类电流互感器的三维磁场和互感系数.采用有限元商用软件包Ansoft,基于能量摄动法计算得到罗氏线圈、含线性铁心电流互感器以及含非线性铁心电流互感器在不同参数下的互感系数,并进一步分析得到其变化规律.该方法简单易行,可用于计算规则、不规则形状电流互感器电感参数.对于圆形和矩形罗氏线圈,有限元法...     

非对称磁耦合谐振无线电能传输系统效率优化

针对线圈偏置对磁耦合谐振式无线电能传输系统传输效率的影响问题,首先,应用电路理论建立了无线电能传输系统的等效电路模型,并通过求解电路方程得到了系统传输效率的表达式;其次,根据线圈互感与空间位置的关系分析了线圈偏置对线圈互感的直接影响以及对传输效率的间接影响;得出了系统线圈偏置分为无方向性偏置与有方向性偏置两种;最后,设计了一套效率优化流程以补偿因线圈偏置而降低的传输效率。通过仿真实验验证了理论分析的正确性,为移动式无线充电系统的设计与优化提供了参考和借鉴。     

基于TensorFlow神经网络的MCR-WPT系统负载与互感识别方法

针对磁耦合谐振式无线电能传输(MCR-WPT)系统负载与互感识别精度低、速度慢等问题,提出一种基于TensorFlow神经网络的双LCC型MCR-WPT系统负载与互感识别方法.该方法基于TensorFlow深度学习框架,采用神经网络模型,将MCR-WPT系统的负载与互感识别问题等效为非线性方程的求解问题,进而转化为深度学习非线性拟合问题,并给出模型的训练方法,最后得到基于TensorFlow神经网络的MCR-WPT系统负载与互感识别模型.通过离线方式训练负载与互感识别模型,并将训练完成的识别模型导入微型控制器,只需要采集系统输入电流值和传输距离就能够实现负载与互感在线同时识别,识别速度快、精度高,有利于系统的实时控制,且成本较低、易于实现,有利于工程推广应用.     

类比有限元法求解铁氧体电感器磁场特征参数

密绕线匝的铁氧体电感器磁场强度H可认为仅有环向分量,若选择H为自由度,则成轴对称场分布;加载环向电流的电感器选择矢量磁位A为自由度时也呈轴对称分布,该文推导了这两类磁场在各自自由度下满足的微分方程。当两种场具有相同的材料特性、形状及相似的边界条件时,即可通过后者类比求解前者的场分布,由此可以选择矢量磁位A为自由度条件下以轴对称的方式求解铁氧体密绕电感器的磁场分布及对应的磁场参数。以两种结构的铁氧体电感器为例,在计及寄生电容的条件下,建立电感器的R-L-C集中参数模型,由此得到仅含有电阻和电感可测量的串联模型。在10 MHz范围内,等效电阻、等效电感、等效相位角计算与实验取得了一致结果,验证了计算方法的正确性和结果的准确性,为该类电感器在电力电子及其相关领域的设计提供了一条理论分析的途径。     

三相感应电机定子端部漏感计算方法的对比分析

定子端部漏感是定子漏感参数的重要组成部分,准确的端部漏感计算是电机过渡过程分析和高性能电机控制的关键。利用能量法、Boit-Savart定律、矢量磁位法对喇叭口形、半椭圆形以及半矩形绕组端部漏感进行计算,并与试验测试结果对比,分析得到不同形状端部漏感最合适的计算方法。分析结果表明,喇叭口形绕组端部漏感宜采用矢量磁位法计算,半椭圆形绕组端部漏感宜采用能量法计算,半矩形绕组端部漏感宜采用Boit-Savart法或矢量磁位法计算。     

表面电机气隙磁密的分析计算

提出了计算表面电机气隙磁通量密度分布的分析方法.建立了表面电机磁场的分析模型,给出了磁标量位的拉普拉斯方程及一系列边界条件.用分离变量法获得了永磁体在气隙中产生的磁场强度和磁通量密度的分析表达式.将分析结果与试验结果进行对比,证明了分析方法的正确性,为进行表面电机对比研究、优化设计和机械动力学建模提供了基础.     

基于“负参数”理论的EMI滤波器寄生参数的双重消除

EMI滤波器是抑制传导电磁干扰的有效器件,但分立元件的自有寄生参数对其高频段性能有重要影响。本文利用两个同侧耦合电感器等效出"负电感"和在电感器中心处连接电容器等效出"负电容"的方法,消除滤波器中的寄生电感和寄生电容。为有效控制二次寄生参数对消除效果的影响,设计了一种新型平面"消除器"和双线并绕串联结构的电感器,其中前者为上、下交错排列的PCB导线构成的圆形线圈,采用3D有限元法计算了两交错线圈的互感,为设计该类消除器提供了一种数值计算方法;后者通过高耦合度的线圈中间节点与地之间接一4倍于寄生电容的电容器,可有效消除电感器的一次及二次寄生电容。将此类具有消除器的元件应用于EMI共模滤波器,以此消除对应的寄生参数,实验表明滤波器的高频性能得到了明显改善。