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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

应用磁–机械耦合场频域解法的铁芯直流偏磁振动特性分析

为了探究直流偏磁下叠片铁芯的振动特性,首先采用一台基于激光多普勒效应的磁致伸缩测量系统对取向硅钢片在有、无直流偏磁条件下的磁致伸缩特性进行测量,分析直流偏磁对磁致伸缩的影响。其次对三柱叠片铁芯模型在直流偏磁工况下进行实验,用激光测振仪测量铁芯振动。最后建立磁–机械耦合场的频域数值模型,基于谐波平衡法对非线性磁场和位移进行求解,将测量结果和计算结果相比较,验证了所提数值模型及频域分解算法的有效性。计算结果表明直流偏磁不但加剧了变压器铁芯振动,还会影响其振动频率。     

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。     

不同铁磁材料变压器铁芯磁致伸缩及振动噪声特性分析

实际运行工况下,非晶合金变压器的振动噪声要明显高于传统取向硅钢铁芯变压器,其原因主要是相同磁化条件下非晶合金的磁致伸缩现象通常高于冷轧取向电工钢片。因此,深入掌握不同铁磁材料的磁致伸缩特性是有效解决变压器铁芯减振降噪问题的前提和基础。本文首先测试了非晶合金带材在交变磁化下的磁致伸缩特性,得到了不同磁化强度下磁致伸缩回环曲线,以及磁致伸缩峰峰值与磁化强度的关系曲线,并与取向电工钢片的磁致伸缩特性进行了对比分析。在此基础上,仿真计算了一台非晶合金变压器铁芯三维主磁场分布,并结合上述磁致伸缩特性曲线,建立了铁芯振动位移数值仿真模型和声场仿真模型,完成了铁芯结构力场和声场的多物理场耦合计算,得到了磁致伸缩效应引起的非晶变压器铁芯振动位移与噪声分布。最后,对比分析了不同铁磁材料变压器铁芯的振动和噪声。研究结果表明,在同样磁化条件下,非晶合金带材的磁致伸缩应变是取向硅钢片的50倍左右,由此引起的非晶变压器铁芯噪声高于传统硅钢变压器铁芯20dB左右。     

机械应力下电工钢片磁滞与磁致伸缩回环滞后特性模拟

机械应力会影响电机铁心材料的磁滞回环特性和磁致伸缩回环特性,进而影响电机损耗与振动等运行性能,为此需要在电工产品设计阶段有效模拟电工钢片磁滞-磁致伸缩应变-机械应力的耦合关系下的磁特性。基于磁畴能量极小值的原理,该文提出改进的磁畴结构模型（ADSM）实现电工钢片在机械应力下磁滞与磁致伸缩回环滞后特性表征。引入磁滞能量密度函数描述磁滞和磁致伸缩回环滞后效应,引入磁弹性能考虑机械应力对磁特性的影响,使用多个晶粒磁特性的平均值来表示多晶结构电工钢片的磁特性,最后通过模型结果与实验测量数据对比,验证了该改进的ADSM较传统模型更能有效地表征电工钢片的磁滞与磁致伸缩滞后特性,为准确计算铁心的损耗与振动性能奠定基础。     

直流偏磁下变压器铁心搭迭区域电磁振动的分析

取向硅钢片的磁致伸缩特性是引起变压器铁心振动的主要原因,同时叠片铁心拐角搭迭区域的电磁力也会影响铁心振动,另外,直流偏磁会加剧铁心的振动。本文考虑直流偏磁工作状态的影响,针对铁心搭迭区域的电磁振动进行了分析。以定制的方圈铁心为研究对象,建立了包含搭迭缝隙的三维仿真模型,通过仿真计算得到了直流偏磁条件下不同时刻的应力和位移分布,进而分析了直流偏磁条件下由磁致伸缩力和电磁力引起的铁心振动。最后对实验室中的方圈铁心展开了直流偏磁下的振动实验,实验结果证明了仿真结果的正确性。研究结果表明,在直流偏磁条件下,对搭迭区域进行振动分析需要建立包含搭迭缝隙的三维仿真模型,同时也应该考虑电磁力对铁心振动的影响,此外,直流偏磁会使励磁电流发生畸变,铁心磁场周期分布不对称,变压器铁心搭迭区域振动增强,振动的高次谐波和奇次谐波含量增加。     

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。     

双级磁阀可控电抗器振动特性试验研究

磁致伸缩效应是变压器、电抗器铁心振动的主要原因,文中基于内能机械能守恒理论,分析了双级磁阀可控电抗器铁心正常运行和含有直流分量时的振动机理,并通过搭建振动试验测量平台,测量了电抗器正常空载情况下铁心上不同点振动加速度,分析了相应的振动特性。进一步对直流偏磁情况下的双级磁阀可控电抗器振动特性进行测量。结果表明:电抗器铁心振动随直流分量的增加而增大,波形畸变程度加剧,各次谐波都呈现增加趋势,且增幅各异。研究结果验证了双极磁阀电抗器铁心直流偏磁振动特征,同时为后续的减振降噪提供了试验基础。     

直流偏磁下电力变压器的振动特性

为深入了解直流偏磁情况下变压器的振动特性,基于能量守恒理论,详细分析了变压器铁心的磁致伸缩应变特性及直流偏磁时的振动特性。通过搭建变压器直流偏磁试验平台,对直流偏磁时变压器励磁特性和箱壁振动特性进行测试,得到了励磁电流和振动信号随外加直流分量的变化规律。分析结果表明,励磁电流随直流分量的增加而增大,波形畸变程度加剧,有偶次谐波出现,且各次谐波含量呈现增加趋势但增幅各异。此外,振动信号中有不同程度的高次频率分量出现,且各频率分量幅值随直流分量的增加而增大。     

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。     

电工硅钢材料二维磁特性研究及测量技术相关进展

取向硅钢因其具有优异的磁特性常应用于变压器铁心。在实际变压器运行工况下,铁心中的局部磁场同时包含交变磁场和旋转磁场,而传统的一维磁特性测量法只能测量电工钢片在交变磁场激励下的磁特性,不能体现旋转磁场下磁性材料的二维磁特性。忽略旋转磁场对硅钢片和铁心性能的影响,会给电气设备分析设计和能耗估算带来较大误差。本文简要阐述了电工钢片二维磁特性测量原理,详细介绍了包括转矩磁力计、十字叠片测量装置、Brix方形单片测量仪、六角旋转测量仪和垂直旋转单片测量仪等典型的二维磁特性测量平台及其优缺点,概述了二维磁特性测量系统主要构成要素及运行原理。在此基础上,提出了目前二维磁特性测量领域在测量平台设计和励磁波形反馈控制过程中存在的问题和改进的方向。     

铁心磁致伸缩引起的变压器油箱体积膨胀收缩振动

考虑铁心磁致伸缩的体积变化效应,建立变压器油箱体积振动模型,计算了球壳油箱的体积耦联振动自振频率,并对直流偏磁时变压器油箱振动和噪声案例进行分析。