基于一种硅钢片矢量磁特性复数模型的三相变压器铁心磁场分析

本文采用二维单片测量装置测量了取向硅钢在交变磁化与旋转磁化条件下的二维矢量磁特性。基于该测试数据,对一种能够考虑硅钢片二维矢量磁特性的复数ES模型的准确性进行了验证。将该模型与有限元分析相结合,实现了对1台三相变压器的铁心模型进行磁场分析,通过对比局部磁场测量结果与损耗测量结果,证明了计算方法的准确性与工程适用性。     

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。     

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。     

磁性材料二维旋转磁化特性测量平台研制

电机轭部以及多相变压器接合部存在旋转磁化现象,为了对其进行研究,本文设计了单轭结构的旋转磁化平台,并在MAXWELL中对测量平台的三维瞬态磁场进行了模拟。结果表明样片中有效区的磁密分散性小于0.01T,角度分散性小于1°,此外,文中对二维旋转磁场的产生以及磁场测量方法进行了探讨,并且在此基础上研制了二维旋转磁化特性测量平台,并编制了基于MATLAB语言的在线测量界面。通过对单片材料50WW400进行实验,观察到无取向材料仍具有显著的各向异性以及二维磁化不同于一维磁化的导磁与铁耗特性。此平台的研制为后续深入研究材料的二维磁化性能打下了基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

考虑不同磁特性模型的感应电机铁心损耗分析

电机铁心损耗与铁心磁化方式及不同磁化条件下电工钢片的磁特性密切相关。该文研究了3种描述电工钢片交变磁化、交变旋转混合磁化的磁特性模型,即改进型 E&S模型、复数E&S模型和传统B-H曲线,给出了相应的损耗计算公式,并以一台三相感应电机为算例,从有限元数值计算和样机实验测试两方面对比分析了上述3种磁特性模型及其损耗计算的有效性。研究结果表明,只有在有限元分析过程中耦合同时能够描述电工钢片交变磁化和旋转磁化的矢量磁特性模型,才能较为准确地计算三相感应电机铁心损耗。     

铁心旋转损耗模型改进与局部损耗测试

电机定子轭部及齿根部存在大量的椭圆形旋转磁通,其产生的旋转损耗大于交变损耗,因此旋转损耗的准确计算是电机优化设计的前提和基础。该文基于德国RPT型二维旋转磁特性测量系统,测量并分析了无取向电工钢片旋转损耗特性。在研究传统Bertotti损耗三项式模型和斯坦梅兹方程计算铁耗方法的基础上,提出考虑椭圆形旋转磁化下铁心损耗改进模型,并用自制的B-H矢量传感器对一台感应电机定子铁心模型的局部损耗进行实验测试,验证了改进模型的有效性。     

受工艺孔影响的变压器铁心损耗计算与分析

变压器的工艺堆叠孔会增加铁心损耗,导致变压器局部温升,甚至影响变压器正常运行。为了研究工艺孔对变压器铁心损耗及其性能的影响,该文对硅钢材料的双向交变磁特性与损耗特性进行测量与分析,结合Steinmetz损耗计算公式对带工艺孔的铁心模型进行二维磁场解析计算,提出由不同形状、尺寸工艺孔造成铁心损耗增长的理论计算方法,基于有限元法对变压器铁心常用的取向硅钢片进行二维瞬态磁场仿真计算,对比分析了不同类型工艺孔对变压器铁心损耗的影响。构建带工艺孔的硅钢样片损耗测试平台,定量测试铁心材料由工艺孔造成的损耗以及局部温升,验证理论计算方法的有效性与准确性。仿真及实验结果表明,提出的变压器工艺孔铁心损耗增长的计算方法具有较高的计算精度和工程适用性。     

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。     

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。     

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。     

电工钢片二维磁特性模拟及其在变压器铁心磁场分析中的应用

使用二维单片测量装置测量了电工钢片的二维磁特性,提出了一种改进的磁特性模型。     

一种考虑磁滞和微观涡流效应的电磁模拟方法

电机和电力变压器电磁仿真以实心材料代替硅钢叠片铁心,难以准确描述涡流路径,并且忽略了涡流效应影响。该文提出了一种考虑微观涡流和磁滞的电磁模拟算法。通过一阶回转曲线计算磁滞过程的Everett函数,从而辨识逆Preisach模型的参数,并对微观涡流损耗系数进行优化拟合;构建考虑微观涡流和磁滞效应的电磁本构方程,设计有限元离散和方程组迭代的算法,实现Maxwell方程、磁滞和微观涡流场的耦合。最后,对无取向钢片35WW270进行了交变一维磁特性和旋转二维磁特性的实验。为了验证数值算法的有效性,三维磁特性测量装置简化为二维模型进行电磁有限元仿真,仿真结果与交变和旋转磁特性测量结果吻合较好,验证了叠片铁心微观涡流算法的正确性和有效性。     

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。     

考虑谐波及集肤效应的电工钢片旋转异常损耗计算与测量

为了准确计算电工钢片的旋转异常损耗,根据谐波分析原理对建立的电工钢叠片有限元模型进行时步有限元仿真;基于旋转铁心损耗计算模型,通过考虑涡流集肤效应对旋转损耗系数的影响结合钢片在中低频率下的损耗测试获得叠片损耗计算的关键系数,间接求得电工钢片中旋转异常损耗的计算式。利用构建的新型三维磁特性测试系统对典型电工钢叠片样品进行椭圆形旋转与交变励磁方式下的宽频铁耗实验测量,并定量地进行了对比与分析。结果表明:2种励磁方式下叠片损耗的变化规律相类似,但其椭圆形旋转各损耗都要比交变时的对应损耗大,必须认真考虑谐波、集肤效应和旋转励磁等对材料特性的影响;所计算出的旋转异常损耗也是相对较小,在1 k Hz时也未占到旋转总铁耗的5%。从而验证了所推导出的计算式和测量手段的正确性与可行性。     

高速永磁电机铁耗的分析和计算

高速电机由于高频供电,定子铁心内磁场变化频率的增高,导致铁耗增大,准确的铁耗计算显得尤为重要.本文通过实际测量有取向电工钢片不同频率和不同轧制方向的铁心损耗,对实验数据进行回归分析,确定铁耗计算模型中磁滞和涡流损耗系数.通过有限元分析,根据定子铁心不同区域磁场的变化规律,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,对一台额定转速为60000r/min的高速永磁电机的铁耗进行了分析计算,并与试验结果进行了比较.结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁场分量影响时的铁心损耗更接近实际测量值.     

电工软磁材料旋转磁滞损耗测量及建模

电力变压器和电机中存在旋转铁心损耗是其损耗预测不准的主要原因之一。针对该问题,提出电工软磁材料旋转磁滞损耗测量及建模方法。首先,矢量磁滞损耗分解为切向损耗和法向损耗两部分,分别根据圆形旋转损耗和交变损耗建模。其次,对软磁复合材料和无取向电工钢片进行模型参数辨识,并比较两种材料的损耗特性和模型参数。最后,利用三维磁特性测量装置进行多种励磁模式下的损耗测量,并对比实验结果与模型预测值。结果表明,在旋转复杂激励下,所提出的模型比传统的Steinmetz模型有更高的精度。