基于等效复数磁导率的利兹线绕组损耗计算模型

绕组损耗是高频变压器总体损耗的重要组成部分,是影响磁性元件体积、效率和温升的关键性参数。由于利兹线的高频损耗小而广泛应用于高频变压器绕组,但其复杂的三维扭转结构导致准确、快速地计算绕组损耗十分困难。解析方法需要进行简化和近似处理,难以准确地表征绕组的高频涡流特性,有限元数值方法需要对每匝绕组精细化建模,导致计算资源耗费严重。采用具有等效复值材料特性的区域替代绕组区域的均匀化技术,能够实现二维磁场对涡流效应的表征,降低了精细化建模的计算成本。但等效区域的材料特性需要利用数值方法获得,增加了计算的复杂性。因此该文通过分析利兹线损耗机理,考虑利兹线截面形状对等效区域材料特性的影响,实现了圆形利兹线绕组等效复数磁导率的明确解析描述。建立了圆形利兹线绕组损耗计算模型,验证了等效复数磁导率计算邻近效应的准确性,实现了较宽频率范围内绕组损耗的准确预测。

基于等效阻抗的铁心磁导率小信号测量及分析

现有软磁材料磁特性测试设备通常针对带材或者圆环形标准试样,对于大容量变压器或电抗器的铁心磁特性测量则需要搭建测试平台,用时域法测量铁心磁导率。LCR电桥小信号测试方法相比于时域法可以较为方便地测量变压器铁心激磁电感,进而在一定程度上评估铁心磁导率。因此,基于测试回路的等效电路,对比分析了LCR电桥开路电压模式、恒电压模式、恒电流模式3种工作模式下磁导率的测量原理和铁心磁化曲线工作点,总结了基于LCR电桥的铁心磁导率小信号测试方法的适用范围,针对非晶铁心试样开展了浸漆前后磁导率的对比测试。研究结果表明:LCR电桥小信号测试方法相比于时域法,测试步骤更简单便捷,适用于批量化变压器或者电抗器的铁心一致性测试。

利用等效复磁导率幅值对硅钢叠片铁心的改进均质化方法

工程上通常用电工钢等低损耗软磁材料制作电力变压器叠片铁心,并通过减少磁性材料叠片厚度和涂抹绝缘涂层来降低叠片的涡流损耗。在计算机仿真中通常用均质化方法对多层薄叠片进行建模,但需要在边缘处进行加密剖分以考虑集肤效应,计算成本较未均质化时有所下降,但依然较高。本文利用含有集肤效应的等效复磁导率幅值改进均质化公式,降低边缘网格的剖分数目,进一步降低计算成本。将国际基准问题TEAM 21d-M的20层硅钢片均质化并进行磁通以及损耗计算,结果显示本文所提方法在仿真数据上与实验结果最大误差不超过6%,内存占用、计算耗时上较已有的均质化方法大幅提升,表明改进均质化方法准确度高、速度快。

高磁导率楔形体外磁标势的分数阶微积分形式

在二维情形下,线电荷与导电楔形体的电势分布可用分数阶导数来表示.本文将电的情形推广到磁中,研究了线磁偶极子磁化高磁导率楔形体后的磁标势,将它的表达式用分数阶导数表示,并使用Ansys仿真软件验证.进一步地,在地球物理中,强磁性对称背斜的顶端附近可近似成楔形体,如果它被均匀地磁场磁化,它的磁标势同样也可以用分数阶微积分表示.这两种情况下的磁标势表达式表明,式中的分数阶微积分因子只与楔形体本身的形状有关,而与外部磁场无关.分数阶微积分阶次取决于楔形体尖端角度,一般不是整数,体现了分数阶微积分的过渡性质.

退火方式对0.30%Si无取向硅钢磁导率影响规律研究

研究了罩式退火、连续退火以及不同的退火方式组合对0.30%Si无取向硅钢磁导率的影响。结果表明:较高罩式退火温度(≥680℃)能获得较高的磁导率μ1.0(≥5800 Gs/Oe),与连续退火(≥790℃带钢温度)组合,能够获得较低铁损和较高的磁导率;第一次连退温度越低,成品的各项磁性能指标提升幅度越高,在第二次连退830℃条件下,成品的磁感基本稳定;第二次低温连退下磁导率提升不明显,770℃以上磁导率提高幅度较大。综合来看,采用罩式680℃+连退830℃工艺组合方式,以及成品+连退770℃工艺组合方式成品的磁性能较优。

高磁导率软磁复合材料研究进展

近年来,随着电子产品的高频化、小型化、多元化发展,作为电子元器件重要原材料之一的软磁复合材料受到学术界和工业界的广泛关注,如何获得高磁导率、高饱和磁感应强度、低损耗、低矫顽力的软磁复合材料成为研究重点。本文总结了提高软磁复合材料磁导率的制备工艺现状,概述了不同的制备工艺对材料性能的影响,展望了软磁复合材料成型工艺的发展趋势和发展方向,以期为软磁复合材料的发展提供参考。

应用磁导率检测的九脚探头仿真优化

针对铁磁性构件应力集中和疲劳损伤的检测评价复杂性问题,对九脚探头参数问题进行分析。推导了探头的检测原理,以45号钢为研究对象,为提高系统的检测灵敏度,对检测探头的主要影响参数进行优化,并采用Ansys Workbench平台中静力学与静磁学模块进行力磁耦合仿真。结果显示:最佳激励频率、最佳激励电压幅值与激励线圈匝数相关,在确定的激励线圈匝数下,激励频率、激励电压均存在最优值使检测灵敏度最大;随拉应力的增加,检测信号呈减小的趋势。该仿真数据可为后续设计提供参考。

基于磁导率无损检测的双U型探头仿真优化研究

基于磁导率无损检测原理,设计了一种双U型检测探头。以20钢试件为研究对象,通过模拟仿真分析了双U型探头在检测过程中的关键影响参数与检测灵敏度的关系,对关键影响参数进行了优化选取,又通过试验研究了拉应力对检测灵敏度的影响。结果表明,检测灵敏度随着激励电压幅值的升高而增大,随着激励频率的提高先增大后趋于稳定,随着激励线圈匝数的增加而下降,随着拉应力的增大而减小,双U型探头相比于传统U型探头具有更广泛的分析检测能力。该仿真研究为后续探头的选取制作提供了设计理念和理论依据。

基于磁导率扰动的厚壁管道腐蚀检测

在复杂的工作条件下,流动腐蚀会导致厚壁管道局部壁厚发生变化。传统的电磁检测方法很难评估深层缺陷,由于磁导率扰动检测(MPPT)拥有对深埋缺陷钢管的高灵敏度优势,因此,采用磁导率扰动检测方法对厚壁管道腐蚀缺陷进行检测。对铁磁材料施加直流电磁化,由于壁薄引起的内部磁场扰动引起表层磁导率扰动,并通过涡流探头检测。实验结果表明:检测电压信号幅值随管壁减薄厚度的增加而增大,可以测量管壁减薄5%的情况。

外加力与回流焊对高初始磁导率锰锌铁氧体性能的影响

在对提供的外径为6mm的初始磁导率高、中、低的三款锰锌铁氧体的非涂装和涂装磁环施加垂直力分别为0kg/f、1kg/f、2kg/f、3kg/f、4kg/f和5kg/f的力,用Aglient精密型LCR表测试磁环施加垂直力的电感(L_(s)),另外,磁环经过回流焊(高温250℃停留3min,总时间7min)处理前后,使用IWATSU全自动功率损耗B-H测试仪测试感值(L_(s))、饱和磁通密度(B_(m))和磁通量(H_(c))的值。研究结果表明,垂直力对外径为6mm磁环的μi影响显著,初始磁导率的大小与垂直外加力对初始磁导率影响的大小成正相关性。同时,回流焊中高温过程对材料的应力释放有效,Bm表现出变大的趋势。

绝缘粘结剂对FeSiAl磁粉心磁导率和损耗特性的影响

分别以聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、环氧树脂(ER)和硅树脂(SI)为绝缘粘结(包覆)剂制备FeSiAl磁粉心,分析绝缘粘结剂类型对其微观形貌和电磁性能的影响。结果表明,单独包覆2 wt%绝缘粘结剂的情况下,包覆SI的样品相较于其他样品,具有更高的起始磁导率μ_(i)、更低的功率损耗P_(cv),样品表面平整光滑;基于高频下损耗与频率关系的测试结果,采用最小二乘法进行曲线拟合,得到高频下FeSiAl磁粉心磁感应强度影响因子m约为3.0,频率影响因子n约为1.5;将PVB和ER分别与SI复合包覆,可减少非磁性粘结剂的总包覆量,提高FeSiAl磁粉心的磁导率,复合包覆0.5 wt%PVB和0.5 wt%SI粘结剂的样品具有较优的综合性能,其室温下μ_(i)为73.4,P_(cv)为63.9 mW/cm^(3)(50 kHz/50 mT),比饱和磁化强度σ_(s)为141.1 emu/g。

基于冻结磁导率法的圆筒型永磁直线发电机电感参数有限元分析

圆筒型永磁直线发电机具有结构简单、能量转换效率高、可靠性好等优点,已应用于波浪能发电、直线动能吸收装置当中。将冻结磁导率法作为电机电感的求取方法,计算了电机在宽电流范围以及在负载饱和情况下电机的直轴电枢反应电感以及交轴电枢反应电感,所得到的仿真结果为圆筒型永磁直线发电机的电感计算提供了理论依据。

环形Fe-Ga合金动态磁导率和损耗分析

Fe-Ga合金的动态磁导率和损耗是研究Fe-Ga合金器件设计和应用的基础。为了研究高频Fe-Ga合金传感器,首先需要分析Fe-Ga合金的动态磁导率和损耗。该文建立了环形Fe-Ga合金动态磁导率和损耗模型,并采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量了不同磁场频率下Fe-Ga合金弹性磁导率、黏滞性磁导率和损耗因数曲线,利用阻抗分析仪测试环形Fe-Ga合金的电阻和电感,通过模型计算出不同频率下的环形Fe-Ga合金的弹性磁导率和黏滞性磁导率,分析了弹性磁导率和黏滞性磁导率随磁场频率的变化情况。结果表明,随着磁场频率增大,弹性磁导率先下降后升高,黏滞性磁导率不断升高,模型计算结果与实验结果一致。损耗因数随着磁场频率的增加先增加后降低最后趋于平稳。电磁损耗和介质储能随着磁场频率的增加逐渐增大。

基于磁导率的损伤检测传感器设计与分析

磁导率检测技术可以提前预测铁磁材料应力集中状态和裂纹损伤程度,是基于磁导率的变化对导致磁导率变化的各种因素进行检测的一种方法。以45#钢板为试件在其表面人工制造一些矩形槽裂纹并将裂纹做为研究对象,设计了一种“M”形的检测传感器。以感应信号差分输出的方式实现了对45#钢板试件表面裂纹的检测。结果表明,当待检测区磁阻变化较小时,检测信号与检测区磁阻变化呈正比;随着损伤磁阻的增加,检测信号随检测区磁阻的增加逐渐趋近于饱和。探索了对表面裂纹尺寸实现定量判定的方法,实现了对表面裂纹的定量分析。

基于非线性复数磁导率模型的叠片铁心损耗计算

为实现频域计算中电力变压器损耗分布特性的快速计算,本文基于非线性复数磁导率模型,在保证计算精度的同时,提出了一种正弦稳态服役条件下叠片铁心损耗分布的快速计算方法。首先,基于磁滞回线面积等效原理,在考虑基本磁化曲线非线性特性的基础上,得到复数磁导率的实部与虚部;其次,为了验证本文所提出模型对变压器铁心损耗预测的有效性,耦合铁心叠片均匀化方法,建立了单相叠片铁心的频域有限元仿真模型,对变压器铁心中损耗与磁通密度分布进行计算;最后,制作了单相变压器铁心实验模型,搭建单相变压器铁心损耗实验平台,对本文所提出的方法有效性进行验证。结果表明,基于非线性复数磁导率叠片等效的变压器铁心损耗计算方法具有参数辨识过程简单、计算精度较高等特点,在变压器长期正弦稳态服役条件下的损耗计算与温升预测中具有一定应用前景。

连续油管分层缺陷磁导率扰动电磁检测方法与检测系统

板材的分层缺陷检测通常采用超声测厚法实现,但超声测厚法对近表层检测存在盲区,且高速检测系统复杂、成本高。本研究提出一种连续油管分层缺陷的磁导率扰动电磁检测新方法,并设计了相应的检测系统。该系统利用永磁体沿钢管或钢板的法向施加磁力,管板内分层产生内部磁场的畸变,进而引起局部区域的磁导率扰动,这一扰动沿厚度方向传递到表层,在空间上差动的涡流探头测量表层磁导率的相对变化,即可实现内部分层缺陷的检测与评估。从机理上阐明了分层缺陷的埋深对测点处相对磁导率变化的影响;随后,基于有限元模型研究了分层的长度、埋深、分层厚度等因素引起的测点处磁导率变化;最后,试验验证了理论分析和仿真结果的有效性。

基于负磁导率传输线的多模宽带天线设计

本文提出了一种基于人工负磁导率传输线以及多模式融合技术的天线设计,实现了天线的多模、宽带性能。首先基于传统的环天线,在该环天线的二次模对应的电流零点处引入分布式电容,在不影响二次模谐振频率的情况下,基模的谐振频率移动到更高频并与二次模相融合形成一个双模谐振。同时,通过适当选择环天线尺寸及加载的电容值,在所需频段内还产生了一个零模谐振点,从而天线的零模、基模、二次模的谐振频率相互靠近并融合成一个多模谐振,形成了覆盖WIFI 5G、6E频段(5.15~5.85 GHz, 5.925~7.125 GHz)的宽带。并且在不增加天线尺寸的情况下,通过在传统环天线的中间加载一段感性枝节,产生了WIFI 2.4G (2.4~2.485 GHz)低频谐振。最终,该天线实现了WIFI 2.4G、5G和6E频段的全覆盖。

用高纯和普通氧化铁制备的高磁导率NiZn铁氧体材料结构与性能对比

用传统的陶瓷工艺、采用不同氧化铁原料制备高磁导率镍锌(NiZn)铁氧体材料,系统研究了氧化铁的纯度、杂质、比表面积、粒度、微观结构等差异及其对所制备的铁氧体材料电磁性能、显微结构、机械性能的影响。结果表明,基于合理的配方,采用高纯氧化铁原料在1150℃下烧结,可得到100 kHz下起始磁导率为3000的镍锌铁氧体材料,其磁通密度为286 mT,居里温度为100℃,密度为5.32 g/cm^(3),机械强度为280 N;晶粒正常生长、晶界分明、晶粒尺寸均一,材料性能最优。

无稀土永磁MnAl纳米带太赫兹磁导率的微磁学模拟

无稀土永磁材料MnAl具有很高的磁晶各向异性能,是一类成本低、永磁性能优异的材料。基于微磁学模拟的方法,从理论上验证了是否可以在MnAl合金上获得显著的太赫兹(THz)磁导率。研究结果表明,自发磁化状态下MnAl合金纳米带阵列的磁响应主要集中于微波频段,只可以获得一个宽化的磁谱,主峰位于45GHz。然而,若通过控制材料的剩余磁化状态,使其剩磁比(M_(r)/M_(s))为1,则可以在0.1675THz获得一个显著的磁谱。此外,研究还表明通过改变纳米带阵列的几何尺寸,可对它的THz磁谱进行调控。与通过超材料来获得THz磁谱相比,本工作展示了一个新颖的方法。

Fe_(40)Ni_(40)P_(14)B_6合金磁导率与温度的关系

研究了晶化温度为423℃的Fe40Ni40P14B6非晶合金在200-450℃退火后弱场磁导率μi随温度T的变化.结果表明,退火温度Ta对μi-T曲线的形状有较大的影响.当退火温度Ta低于非晶合金的晶化温度时,μi-T曲线上出现了尖锐的Hopkinson峰,峰值对应的温度为230-265℃,峰的位置随着退火温度的提高而移向高温,说明非晶合金的结构弛豫导致非晶合金的居里温度发生变化.在350-400℃退火后,μi-T曲线在150℃附近出现另一个宽峰,并且在合金从室温至150℃的升温过程中μi线性增加.当Ta高于非晶合金的晶化温度时,表征非晶相居里温度的Hopkinson峰消失,在从室温至400℃的升温过程中磁导率保持较低值不变,超过400℃后随温度的升高,磁导率逐渐上升.解释了磁导率随温度变化的原因并讨论了μi-T曲线的特征与合金相结构的关系及μi-T曲线的实际意义.