计及频率和脉宽脉冲电流激励下铁磁材料局部磁滞特性的分析与模拟EI北大核心CSCD

激励频率和脉宽是研究脉冲电流激励下铁磁材料局部磁滞特性的两个重要因素。脉冲电流峰值保持不变,改变频率和脉宽,得到不同的局部磁滞曲线。由于磁通密度具有磁后效应,频率越高,脉宽越小,磁后效应越明显,局部磁滞曲线达到稳定所需要的激励电流脉冲数越多。为描述频率和脉宽对铁磁材料局部磁滞特性的影响,根据频率、脉宽和转折点磁通密度值的变化规律,采用曲线拟合的方法建立不同局部磁滞曲线拟合函数间的数学关系。模拟结果和实验结果表明,在一定范围内,拟合的数学式能够有效地反映频率和脉宽的影响规律,较准确地模拟频率和脉宽不同的脉冲电流激励下铁磁材料的局部磁滞特性。     

铁氧体磁环抑制550 kV GIS中的特快速暂态过电压的试验研究

超高压气体绝缘开关设备(简称GIS)操作隔离开关过程中产生的特快速暂态过电压(简称VFTO)严重威胁GIS和相邻设备的绝缘安全,故文中利用真型550 kV GIS试验平台开展铁氧体磁环抑制VFTO的试验研究。首先介绍了关于此课题的国内外研究背景。然后阐述了磁环抑制VFTO的工作原理,详细分析了其特性,并根据实际情况选取铁氧体磁性材料制成的磁环。通过2 MV Marx发生器施加到GIS母线上的电压行波模拟隔离开关切合短母线产生的VFTO,分别在无磁环、25 cm铁氧体磁环串条件下进行系列试验。最后试验数据的整理和分析表明,铁氧体磁环对VFTO的幅值和陡度均有抑制作用,而且在磁化曲线的线性区,抑制效果随施加电压的升高而加强,但进入曲线饱和区后,磁环的抑制作用显著下降。试验结果证实了用铁氧体磁环抑制超高压等级的GIS中VFTO也具有可行性。     

铁氧体磁环对场线耦合感应电流的抑制效果

为了从理论上研究铁氧体磁环对场线耦合感应电流的抑制效果。基于传输线理论和铁氧体磁环的材料特性,在频域内建立了同轴屏蔽电缆加载铁氧体磁环-大地回路的有源传输线模型,利用该模型可以方便地得到屏蔽电缆终端接不同负载时屏蔽层上的感应电流,分析了铁氧体磁环对屏蔽层上感应电流的抑制机理,并讨论了抑制效果与铁氧体磁环材料特性的关系。研究结果表明:电缆屏蔽层两端接不同负载时,磁环对感应电流都有抑制效果;当磁环内外半径差相同时,内半径越小,抑制效果就越好;当内半径相同时,外半径越大,抑制效果就越好;当磁环形状相同时,磁环磁导率越大,抑制效果就越好。实测结果表明所提出的分析模型是正确的。研究结果可为磁环的选型提供理论依据,节省实验费用。     

利用磁环构造配电线路边界的单端量全线速动保护(1):磁环边界特性及模型

针对含多换流器配电网灵活多变拓扑结构导致的单端量保护配合难等问题，提出了利用铁氧体磁环构造线路边界的单端暂态量全线速动保护方案。该文首先介绍了铁氧体磁环的特性，在此基础上对磁环的阻抗特性进行了测试，测试结果表明磁环工频和直流下阻抗很小但高频下阻抗较大，所以充当线路边界时具有不影响系统正常运行的优点；提出了磁环的宽频建模方法，具体包括磁环阻抗频变参数的拟合、电路综合方法以及饱和特性的模拟，最后给出了不同尺寸和磁环个数下仿真模型的参数修正方法。实验和仿真结果的对比验证了所建等效模型的有效性，为后续的理论分析和仿真验证奠定了基础。     

微波铁氧体饱和磁化强度的测量磁场及剩磁比问题

微波铁氧体的饱和磁化强度Ms是器件设计者选择材料的重要参数之一,但是一些文章常将Bm、Bs与Ms混为一谈,本文旨在讨论这一问题。软磁铁氧体材料因为磁晶各向异性常数K1非常低,饱和磁化场Hs低,其Bs通常由指定测量磁场Hm下测得的Bm(Hm Hs)来确定。为了说明微波铁氧体与软磁铁氧体的不同,给出了小线宽石榴石材料的磁化曲线和微波铁氧体材料的矫顽力,由此推知微波铁氧体材料的饱和磁化场Hs远高于磁滞回线的测量磁场Hm(5Hc 10Hc),相差2 3个数量级。由Li铁氧体的Bm/0Ms(Mm/Ms)63%81%和Mn:YIG的Bm/0Ms 81%86%,说明在Hm下材料磁畴中的磁矩中有14%37%不在磁场方向。因此对微波铁氧体来说,不能像在软磁铁氧体中那样有Bm Bs 0Ms的关系。所以为保证材料被磁化饱和,Ms的测量应该按照IEC60556标准在>300kA/m磁场下进行。最后讨论了经常将剩磁比R=Br/Bm误成Br/Bs问题。     

基于磁环的输电线路雷击过电压抑制方法

提出一种基于磁环抑制的方法对输电线路进行雷击防护。首先采用曲线拟合得到磁环材料的磁化函数,进而基于微元法与电磁场理论计算建立了磁环的磁链计算模型,并利用有限元法(FEM)验证磁链计算模型的合理性;然后,利用磁环的磁链计算模型在ATP/EMTP中建立磁环电磁暂态模型,进而分析了不同磁环材料、磁环截面积、磁环长度及磁环形状对磁环抑制雷击过电压效果的影响。基于典型的110 kV输电线路对所提方法进行仿真。结果表明：磁环磁链计算模型与FEM计算结果最大误差低于5 %,验证了所提方法的合理性;增加磁环的截面积和长度能加强磁环的雷击过电压抑制效果,但在外半径、长度分别取60 mm、6 m后出现了饱和现象。现场试验结果表明,安装磁环后,雷击过电压得到了有效的降低,仿真和试验结果之间的最大误差为5.92%,验证了所提磁环磁链计算模型、电磁暂态模型的正确性以及磁环抑制雷击过电压方法的可行性。     

含气隙的环形铁心线圈磁饱和特性有限元分析

为了研究含气隙的磁环磁饱和特性,首先在封闭磁环上绕制了一个简易互感器,并测量出该磁环的B-H曲线,然后由PSPICE软件仿真实验电路,获得了使得该互感器达到磁饱和的电流,最后采用ANSOFT软件构建自制磁环模型。利用该模型仿真出的磁环内部磁感应强度与实验测量得到的结果相符合,因此可用其分析含气隙的磁环磁饱和特性。分析结果:气隙的存在可以减小磁环磁感应强度,并且气隙的宽度越大减小的磁感应强度越多,但增加较小的励磁电流磁环就会再次饱和;气隙的位置也会影响磁环磁感应强度,当气隙在绕组内部时使得磁环达到磁饱和所需的励磁电流大于气隙在绕组外部所需的励磁电流。     

混合型光学电流互感器的集磁环传感头

光学电流互感器OCT(Optical Current Transformer)相对于传统电磁式电流互感器有着许多优点。对混合型OCT的集磁环式传感头的磁环进行理论分析。以安培环路定理和铁磁物质磁化曲线为基础,分析了带气隙磁环的磁化曲线,通过消除剩磁密度对铁芯的影响计算磁环和气隙尺寸;根据有关资料和试验结果得出结论。给出混合型OCT集磁环的横截面面积、平均半径和气隙长度。     

高磁导率、高直流叠加MnZn软磁铁氧体材料研究

用普通陶瓷工艺制备MnZn铁氧体材料,研究了主配方及掺杂对材料直流叠加特性的影响.结果表明,主配方中适当过量的Fe2O3可以增大材料的饱和磁通密度,推迟磁芯的饱和磁化,从而改善材料的直流叠加特性;添加适量的Co2O3等杂质可与铁氧体负的磁晶各向异性常数K1进行补偿,从而改善材料磁导率的温度特性.     

铁氧体磁环抑制252 kV GIS中VFTO的试验研究

气体绝缘开关设备(GIS)内隔离开关操作过程中产生的特快速暂态过电压(VFTO)威胁GIS和电力系统的安全运行,需要采取有效措施进行抑制。为验证铁氧体磁环对于实际GIS内VFTO的抑制效果,利用真型252 kV GIS试验平台,在电源电压分别为50 kV、100 kV以及140 kV时进行了无磁环、20 cm铁氧体磁环串、40 cm铁氧体磁环串的系列对比试验。对试验结果的统计和分析表明,铁氧体磁环对VFTO中的不同频率成分均具有抑制作用,对于VFTO波形的主要参数包括过冲系数、最大峰值电压、最大峰值陡度、第一峰值电压、第一峰值陡度都有显著的抑制效果。在试验条件下,击穿电压的大小对于抑制效果没有显著的影响。试验结果证实了在实际GIS设备中安装铁氧体磁环抑制VFTO的幅值和陡度的可行性。     

速饱和电流互感器取能功率分析及其设计方法

速饱和电流互感器取能是解决智能断路器在电网短路失压状态下供电的主要方法。本文分析与研究了速饱和电流互感器的工作特性和饱和机理,建立了电流互感器取能的等效电路模型。提出了电流互感器铁心饱和度的概念,深入研究了电流互感器输出功率与铁心饱和度的关系。通过仿真研究,验证了理论推导的正确性。在此基础上提出了速饱和电流互感器的设计步骤,包括铁心工作饱和度选择、铁心有效导磁截面积以及二次绕组匝数的设计方法。搭建了速饱和电流互感器取能电路,通过实验验证了设计方法的可行性。     

用磁环抑制GIS的VFTO的高电压模拟试验

研究了用磁环抑制全封闭组合电器(GIS)的特快速暂态过电压(VFTO).通过高电压模拟试验,观测了铁氧体、非晶磁芯和金属磁粉芯三种材料的磁环,特别观测了磁饱和的影响.试验结果表明,在适当的参数配合下,磁环能够有效抑制特快速暂态过电压的幅值和陡度.     

主动补偿脉冲发电机的饱和效应

主动补偿脉冲发电机 (ACPA)在放电过程中 ,电枢反应磁动势和合成磁动势的大小和位置是变化的 ,最大合成磁动势可达空载励磁磁动势的几倍甚至十几倍 ,从而造成主磁路处于严重的饱和状态。本文分析了ACPA的电枢反应性质以及ACPA放电过程中主磁路的饱和情况 ,提出了利用磁化曲线或空载特性计算饱和主电感的方法 ,建立了ACPA考虑主磁路饱和效应的瞬态饱和数学模型。仿真计算结果表明 ,饱和的影响使电流脉冲峰值下降 ,脉宽增大。ACPA样机的实验结果表明 ,所建立的瞬态饱和数学模型能较准确预测ACPA的输出电流脉冲波形。     

抑制GIS中VFTO的铁氧体特性参数分析

由特快速暂态过电压 (VFTO)的特点、铁氧体的特性说明了铁氧体能抑制VFTO。低压模拟实验表明 ,导体上套的铁氧体磁环能有效阻尼行波传播 ,抑制VFTO ;分析了铁氧体的特性参数对抑制全封闭组合电器 (GIS)中VFTO的影响 ;得出了理想的参数和获取的方法     

单极性长持续时间脉冲电流的测量研究

本文基于频率跨度较大的单极性长持续时间雷电流波,就如何拓宽自积分式Rogowski线圈测量带宽及如何增大电流测量范围的问题展开研究。针对脉冲电流波具有波前部分快速变化与波尾部分缓慢变化的特点,在对不同脉冲电流波频谱分析的基础上,设计了锰锌（Mn-Zn）和镍锌（Ni-Zn）铁氧体作为磁芯的自积分式Rogowski线圈,对不同频率跨度的脉冲电流波进行测量。对比测量结果,得到以下结论：镍锌铁氧体作为磁芯,磁导率越高,线圈下限频率越低,低频响应越好,而高频部分的响应越差;磁导率相同的锰锌铁氧体和镍锌铁氧体磁芯,饱和磁通越大,线圈所能准确测量的电流幅值越大。     

铁心材料饱和磁化强度的 偏差对求解变压器涌流的影响

铁磁材料在深度饱和时的磁化曲线是准确计算涌流的前提,而测量的磁化曲线一般不能满足涌流计算的需求。这是因为制作测量深度饱和磁化曲线的装置是很难完成的,而且目前也没有相关的标准。因此,通常基于已测量的数据和磁化原理用方程来大致拟合深度饱和时的磁化曲线。在本文中,磁化曲线通过二次和三次函数(Akima插值法)延拓,并且利用三次函数延拓的曲线更接近可用的测量结果。饱和磁化强度M_s是形成深度饱和磁化曲线的关键参数。本文讨论了M_s对磁化曲线的影响,用非线性暂态的有限元方法分析了M_s对求解变压器涌流的影响。当M_s减小时,磁化曲线下降,动态磁导率下降,因此电流将在一定电压下增加。当电压约为额定电压的1.38倍时,由M_s引起的电流误差最大。研究表明,M_s的5%的偏差会导致涌流计算结果产生66%的偏差。尽管通过测量获得硅钢片的高精度M_s不是一件容易的事情,但应该设法降低其误差,以使得仿真变压器过电压工况时有较高的精度。     

绞线工艺对线芯直流电阻的影响

导电线芯的秤重截面积与直流电阻通常有着对应的关系。但是,当与工艺无关的其它因素处于不变的条件下,节径比(某一绞层的绞合节距与节径之比)这一绞合工艺主要参数,对于秤重截面和直流电阻会产生不同的影响,节径比越小,秤重截面W和直流电阻R在宏观上越大;而R与W间的大小则呈相反趋势,并应用等效绞人率K。和平均绞人率K_m出的不同K_e·K_m值,可得到一组R-W曲线。所以,只有在确定节径之后,才能确定绞合导体直流电阻与秆重截面的关系,并可用对应于秤重截面的单位长度重量W来间接控制直流电阻R。     

带气隙铁氧体磁芯变压器模型及仿真分析

结合实际测得的铁氧体磁化曲线和损耗曲线,有利于提高变压器模型的仿真准确度。采用磁场分析软件Magnet分别对无气隙铁氧体磁芯变压器、有气隙铁氧体磁芯变压器和气隙-铁氧体等效材料磁芯变压器模型进行了仿真研究。对不同电压下三种模型的特性进行了分析与研究。仿真结果表明两种有气隙铁氧体模型均可对磁场分布进行有效计算。两种模型的建立为不同的需求提供了建模基础。     

特高压换流阀阳极饱和电抗器动态铁芯损耗模拟

阳极饱和电抗器作为特高压直流输电关键装备,其铁芯损耗直接影响换流阀的安全运行。以动态铁芯损耗模型为基础,基于有限元法开展电抗器铁芯损耗计算和涡流分析。应用复合B-H传感技术搭建二维磁特性测量装置,测量超薄硅钢片在高磁通密度下的磁化曲线、比总损耗曲线等磁特性参数。基于电磁有限元仿真,建立阳极饱和电抗器铁芯均质化模型,计算实际工况下的损耗功率,分析磁场、损耗、涡流等分布规律。结果表明:换流阀开通和关断的过程中,阳极饱和电抗器在脉冲电流激励下的铁芯损耗远高于正弦激励损耗。由于漏磁场的影响,铁芯的气隙两侧存在较大涡流,沿铁芯带材边缘形成环流,漏磁场损耗主要分布在铁芯表面。通过阳极饱和电抗器温升试验测得其外壳平均温度在实际工况下可达76℃,并由此验证了铁芯损耗计算的正确性。     

用双半圆形充磁头获得磁环磁密正弦形分布

铁氧体磁环是录音机电机中的一个重要元件。在磁路计算中,往往注意的是材料的B_r,H_c,(H·B)_(max)。在生产中,则是以磁环内磁密分布曲线的形状和幅值作为检测标准。实践证明,在磁环材质性能稳定的情况下。同一规格的磁环,由于充磁参数(包括充磁极头的形状)的不同,充磁后磁环磁密的分布含有较大差异。根据我厂几年来录音机电机试制的实践,以及对日本几个