谐波激励条件下铁心损耗测量与计算

准确地铁心损耗测量是进行铁心损耗计算与分析的基础。通过搭建非正弦激励条件下铁心磁性能测试平台,采用磁通密度可控的实验方案,从谐波相位、谐波含量以及谐波阶次3个方面考察了铁心损耗性能的作用规律,发现谐波阶次和含量与铁心损耗呈正比关系,且谐波相位差的增加使局部磁滞回环扩大,导致铁心损耗的增大,而在谐波阶次足够高时,相位对铁心损耗影响减弱,可忽略相位对其影响。此外,经典Steinmetz公式仅适合正弦激励条件,为将该模型扩展到可计算非正弦激励,提出了等效频率法。通过对比分析损耗误差在8%以内,验证了模型的正确性,对变压器的损耗预测,优化设计以及性能提高都具有重要指导意义。     

基于AFSA与PSO混合算法的J-A动态磁滞模型参数辨识及验证

Jiles-Atherton (J-A)磁滞模型静态参数辨识结果直接影响其对变压器铁心磁滞特性的预测效果。针对目前单一智能算法存在的寻优能力差、计算时间长等问题,提出了一种人工鱼群算法与优化惯性权重线性递减粒子群优化算法相结合的混合算法。搭建变压器铁心磁性能测试系统,对正弦激励下变压器铁心的磁滞特性和损耗特性进行实验研究。对比分析了所提混合算法与其他单一智能算法对J-A模型的参数辨识速度与精度。结果表明,混合算法辨识结果的均方根误差仅为0.006 9,低于其他单一智能算法的相应结果,证明了该混合算法相较于其他单一智能算法,具有不易陷入局部最优解、收敛速度快、参数辨识精度高等优点。此外,考虑交变磁场下动态损耗分量对变压器铁心磁滞特性的影响,修正现有动态损耗系数求解方法,建立了J-A动态磁滞模型。通过对比动态磁滞回线模型预测结果与实验数据,验证了该方法的正确性与有效性。     

基于表面阻抗边界的变压器杂散损耗计算方法

表面阻抗法是基于电磁波理论并将导体表面阻抗作为一种边界条件进行有限元求解的方法,它具有求解规模小、计算效率高等优势。首先借助工程电磁场数值计算软件Magnet,使用有限元法和表面阻抗法对该模型进行仿真,然后基于TEAM Problem 21基准族中的P21-B模型搭建了变压器杂散损耗测试系统,用于测量在不同频率电流激励条件下的变压器杂散损耗。针对现有测量方法的不足,引入温度系数对测量结果进行修正,并采用改进线圈损耗法以得到更准确的杂散损耗测量结果。通过与实验值对比,验证了有限元法与表面阻抗法计算结果的准确性。从计算规模和时间角度分析,表面阻抗法远远小于有限元法,大大节省了计算资源。     

有限元声振耦合技术在变压器铁心噪声预估的应用

针对变压器铁心生产企业作业现场背景噪声高,传统测试方法无法满足在线评估产品性能要求的问题,利用结构振动-声耦合技术进行干式变压器铁心辐射噪声预估方法研究。采用商业有限元软件ANSYS建立了变压器铁心模型、划分了铁心结构网格以及确定了结构-流体耦合边界条件。仿真计算得到变压器主频100Hz条件下,铁心主级平面内中间下半部分位置声压较大的结果。经与实验测试值对比分析,验证了基于有限元技术的变压器铁心噪声预估方法的有效性和可靠性。     

磁阀式可控电抗器的损耗计算与分析（英文）

磁阀式可控电抗器(Magnetic-valve controllable reactor, MCR)具有直流偏磁、绕组电流谐波大和磁路中磁通密度不同的特点,这些特点不仅导致其损耗计算方法与电力变压器不同,而且使准确计算MCR的铁芯和绕组损耗比较困难。本文将铁芯分区与J-A动态逆模型相结合,提出MCR铁芯损耗的计算方法;考虑漏磁和谐波的影响,分析推导得到MCR的绕组损耗系数的计算方法和表达式。最后,通过实例的仿真和实验,验证了提出的铁芯损耗计算方法和绕组损耗系数的正确可靠性。     

磁阀式可控电抗器的损耗计算与分析

磁阀式可控电抗器(Magnetic-valve controllable reactor, MCR)具有直流偏磁、绕组电流谐波大和磁路中磁通密度不同的特点,这些特点不仅导致其损耗计算方法与电力变压器不同,而且使准确计算MCR的铁芯和绕组损耗比较困难。本文将铁芯分区与J-A动态逆模型相结合,提出MCR铁芯损耗的计算方法;考虑漏磁和谐波的影响,分析推导得到MCR的绕组损耗系数的计算方法和表达式。最后,通过实例的仿真和实验,验证了提出的铁芯损耗计算方法和绕组损耗系数的正确可靠性。     

短路条件下变压器振动特性研究

利用振动法对运行中的变压器进行诊断是一种新的趋势,但是到目前为止,振动法的效果仍然不够理想。变压器表面振动信号比较复杂,如何得到一个能正确反映实际振动的模型是研究的关键,针对如何简化模型的问题,提出了短路条件下变压器油箱表面的振动模型,该模型基于振动的产生和传递过程。该模型的参数由单相短路实验得到的数据计算得到。利用得到的模型,只需要根据输入电流值即可计算振动估计值。最后,采用三相短路实验验证了模型的正确性。实验结果表明,估计信号和实测信号基本一致,利用简化的绕组模型和传递模型是完全可行的。     

电感电压部分补偿交流功率法测量磁心损耗研究

磁性元件作为功率变换器的重要组成部分,其磁心损耗的精确测量对磁性元件的优化具有重要意义。为了提高传统双绕组交流功率法测量高频激磁磁心损耗的测量精度,本文详细分析电感电压补偿交流功率法的测量原理及其误差来源,基于电感电压补偿交流功率法在非完全补偿的情况下测量高阻抗角磁性元件磁心损耗时误差仍很大的问题,本文提出了电感电压部分补偿交流功率法精确测量任意波形激励下的磁性元件磁心损耗。最后建立测量平台,在非完全补偿条件下,该方法测量50 kHz正弦波激磁的金属磁粉芯磁心损耗的最大相对误差为13.54%,50 kHz矩形波激磁的金属磁粉芯磁心损耗的最大相对误差为9.8%,实验验证该方法可精确测量正弦波激磁和方波激磁的高阻抗角金属磁粉芯的磁心损耗。     

高速磁悬浮电机的发热与冷却研究

针对高速磁悬浮电机发热严重的问题,采用有限元方法建立了电机定子发热模型,并且分析了材料对电机铁心损耗的影响。考虑转子表面的摩擦,计算出电机转子风摩擦损耗。针对谐波电流引起的转子涡流损耗在高速磁悬浮电机中会引起转子很高的温升的问题,研究了一种计算高速磁悬浮电机转子涡流损耗的解析计算方法。针对转子涡流损耗的问题,采用了一种加感抗器减小谐波涡流损耗从而降低温度的有效方法。实验结果表明,加感抗器能有效减小谐波电流、降低电机温度。     

基于Preisach模型的永磁同步轮毂电机损耗及温度场建模与分析

针对永磁同步轮毂电机运行过程中发热明显,严重影响永磁体性能和电机寿命的问题。开展电机铁心材料磁滞特性试验,测试一维磁化条件下的磁滞回线,考虑不同磁场强度和磁场高频特性对磁滞特性的影响。考虑到经典Preisach理论无法解释磁场频率过高的现象,基于对称小回环（Symmetric minor loops, SML）的密度函数离散化方法建立高频磁场强度变化的磁滞特性模型,通过与试验结果的对比发现该方法预测结果准确,对于在不同频率下的磁化特性有很好的模拟效果。根据铁心损耗的影响因素分析,提出考虑旋转磁化影响、磁密谐波影响的铁心损耗旋-交系数计算铁心损耗。最后建立电机三维温度场模型,仿真计算不同工况下各个部件的温升情况及危险点,并在试验台上进行电机温升试验,与仿真结果进行对比验证。仿真结果电机温度最大值为73.2℃,试验最高温度为72.6℃,证明电机损耗计算以及温度场仿真的准确性。研究结果表明,考虑磁场强度和磁场频率对铁心磁化特性的影响,能有效改善电机电磁计算中的缺陷,提高电机电磁场、损耗及温度预测的准确性。     

变压器铁芯搭接区磁热等效及温升影响研究

针对变压器叠片铁芯接缝搭接区温升异常和损耗难以实测的问题,提出了搭接区等效损耗方法来实现对铁芯接缝处损耗突变的准确计算。首先建立铁芯接缝搭接区三维等效模型,通过梯度曲线确定搭接区等效范围,得出接缝区等效损耗(JBF)的计算公式,并研究了JBF的影响因素;然后建立考虑JBF的变压器整体温升模型,计算并分析开路试验下铁芯及结构件上的不同热点及特定曲线上的温升及影响因素;最后搭建了变压器铁芯温升试验平台实测接缝搭接区和夹件的热点温度,结果显示测量值和计算值的相对误差均小于2.50%,证明了计算方法的有效性。所提出的搭接区等效损耗计算方法为变压器铁芯损耗评估及工程设计提供了理论基础,对变压器安全运行和在线监测具有重要意义。     

电磁式磁性珩磨系统温度场及风冷效能研究

针对电磁式磁性珩磨系统发热严重、无法持续加工等问题,对磁性珩磨系统损耗、温度场模型以及风冷系统等方面进行了研究。建立了电磁式磁性珩磨系统仿真等效模型,分析计算了系统产生的各种损耗;以传热学理论为基础,采用有限元法对磁性珩磨系统稳态温度场进行了仿真分析,得到了系统的温升变化曲线;设计了一套风冷系统,以流体力学知识为基础得到了出风口风速,将风速折算成散热系数,得到了有风冷时磁性珩磨系统的温升特性;最后进行了电磁式磁性珩磨系统温升实验,通过实验结果与计算结果对比,验证了计算方法的准确性。研究结果表明:在转速为600 r/min工况下,加入风冷装置后,电磁式磁性珩磨系统达到稳态时的最高温度为59.3°,低于极限温度75°,系统可以稳定工作。     

开关磁阻电机的铁损分析与计算

针对开关磁阻电机(SRM)双凸极结构引起的铁心磁场复杂和铁损计算难以实现的问题,开展了SRM铁损计算方法的研究,对电机铁损与铁心磁密正交分量之间的关系进行了分析,根据铁心损耗正交等效理论提出一种计算SRM铁损的方法—椭圆法。应用Ansoft得到一台三相12/8的SRM的铁心磁密及其分量Br、Bt,并对磁密分量作了傅里叶分解,分别以对应的谐波幅值为长轴和短轴,画出了电机铁心椭圆形谐波磁密矢量图,再结合铁损计算公式计算了铁损。为对椭圆法的精确度进行评价,采用常规谐波分解法计算电机铁损,并与椭圆法计算结果进行了比较。研究结果表明,采用椭圆法计算铁损相对常规的谐波分解法计算更加准确,采用椭圆法可以更好的为SR电机的本体设计、绝缘材料的选取、冷却系统的设计等提供依据。     

矿用变压器节能降损改进探析

为降低矿用变压器日常运行损耗以及提高变压器运行效能,对比分析了三柱式铁心变压器的铁心结构与五柱式铁心变压器的铁心结构,得出三相五柱式铁心变压器更适合矿井使用的结论,分析了三柱式铁心变压器的磁路系统与五柱式铁心变压器的磁路系统,并针对变压器空载损耗,从空载损耗附加系数、变压器铁心总质量、铁心材料等方面提出了一系列促进矿用变压器节能降损的措施。     

超高速发电机铁心损耗计算及影响因素研究

针对微型涡喷发动机用的超高速发电机损耗的计算方法进行研究。首先,基于滑移边界建立了高速电机空载磁场有限元模型计算,得到定子铁心磁密随时间变化波形,通过傅里叶分解得到基波磁密和各次谐波磁密,根据Bertotti铁耗计算模型进行定子铁耗分布的计算,研究了铁心材料、定子结构尺寸及不同转速情况下的铁耗大小。     

磁滞回线测量方法与Simulink仿真分析研究

针对变压器磁滞回线间接测量存在的电路参数复杂和测量结果准确性难以评价等问题,通过对RC积分器测量方法的电路时域微分方程求解和Simulink仿真结果的分析,提出了一种确定电路参数的方法。借助Simulink饱和变压器的模型,仿真测量了在不同电压下饱和变压器磁滞回线图像,进一步画出了基本磁化曲线;通过对比基本磁化曲线测量值与Simulink中模型值的差异,结果显示利用该方法能仿真得到饱和变压器的磁滞回线,其测量误差可用电路参数估算和控制。根据该方法设计了测量电路,得到了实际变压器的磁滞回线,验证了该方法的正确性。研究结果表明,该方法揭示了RC积分法测量的电路参数,并能预测测量误差,具有准确性高的特点,为非线性饱和变压器磁滞回线测量电路参数设计提供了参考依据。     

矿用变压器的降损改进

通过对比三柱式铁心变压器和三相五柱式铁心变压器,以及通过对变压器磁路系统的分析,针对变压器空载过程产生损耗的问题,提出了提高矿用变压器工作效率的相应技术措施。     

16极18槽分数槽绕组汽车永磁发电机设计研究

为了解决传统12极36槽的汽车永磁发电机电动势谐波含量大、绕组叠落难以提高槽满率、齿槽转矩大等问题,提出一种16极18槽分数槽绕组汽车永磁发电机。在给出分数槽集中绕组汽车发电机优点和永磁发电机的损耗模型的基础上,对比分析两种发电机的拓扑、感应电动势和关键部位的磁感应强度,并利用波托蒂铁心损耗模型计算了两种发电机的损耗。仿真结果和实验表明,16极18槽汽车永磁发电机具有更高的效率、更低的齿槽转矩和电动势谐波。     

无/有直流偏磁的磁心损耗的测量与模型

针对功率变换器中磁性元件磁心损耗难以精确量化的问题,建立了直流功率法测量系统,测量无/有直流偏磁的脉冲宽度调制(PWM)波激磁磁心损耗,并利用能精确测量的具有线性性质的空心电感损耗进行定标校验。利用量热法验证直流功率法测量系统的最大相对误差为6.59%,其可精确测量无/有直流偏磁的PWM波激磁磁心损耗。对无直流偏磁的PWM波激磁的磁滞回线进行详细分析,发现不对称PWM波激磁磁滞回线的激磁和去磁不对称,提出加权平均MSE模型预测无直流偏磁PWM波激磁的磁心损耗;详细分析频率、占空比、交流磁通密度和直流磁通密度对有直流偏磁PWM波激磁的磁心损耗的影响及其影响关系,提出预测有直流偏磁PWM波激磁的磁心损耗模型,实验验证预测模型最大相对误差为-6.9%,具有较高的精度。     

埋入式FBG振动传感器在变压器铁芯-绕组振动检测中的应用

直接采集变压器振动信号可以对变压器的运行状态进行预测与诊断。通过对变压器铁芯-绕组模型的有限元分析计算,得到铁心-绕组前三阶固有频率为70.807,142.59,163.73 Hz,通过对于振型的分析得到应将传感器布设于铁心顶部,通过对于谐响应信号的分析得到变压器铁芯-绕组模型有2个振动的敏感方向。在变压器内铁芯上端埋入了2支光纤Bragg光栅振动传感器,测得变压器负载运行下的振动信号。再通过JADE算法将2组负载信号进行盲源分离,分别得到了铁心和绕组的振动信号。