海上风电低频变压器铁心损耗特性实验研究

为准确分析海上风电变压器在低频工作时不同温度下的磁特性和损耗特性,推导了不同温度和频率对变压器铁心硅钢片磁特性的影响,通过实验测得某海上风电低频变压器铁心硅钢片在不同温度、不同频率下的磁化曲线和损耗曲线,分析了低频低温工作状态对变压器运行的影响,利用有限元软件建立三维模型进行了仿真验证。然后,分析了温度为80℃时变压器分别工作在工频50 Hz和低频20 Hz状态下硅钢片的损耗曲线变化规律。最后,基于实验分析和仿真验证,得出了海上风电变压器在低频低温环境下工作损耗的一般变化规律,从而为降低变压器损耗及其设计提供了依据。

高速永磁电机定子铁心损耗的分析与计算

为了提高高速永磁电机定子铁心损耗计算的准确性。首先,通过分析高速永磁电机定子铁心的磁化特性,给出了定子铁心的磁化轨迹图。然后,根据得到的磁化轨迹图对铁耗模型进行了改进,并依据有限元法验证了该解析法的准确性。最后,对比了样机铁心损耗的测试值,给出了优化后的新铁耗计算模型。样机定子铁耗计算模型的优化为高速永磁电机系列化设计提供了有力参考。

正弦及谐波激励下的铁心损耗计算方法改进及仿真应用

电力电子设备的大量使用导致铁心绕组的激励谐波含量增加,给铁心损耗的计算带来了一定困难。为了准确计算铁心损耗,首先对比分析了三种铁心损耗计算模型,并基于Bertotti损耗模型,引入磁滞损耗变量中磁感应强度的高次项,提高了磁滞损耗的拟合精度;其次,利用单片测试仪对硅钢片在正弦及谐波激励下的损耗特性进行测量,并分析了三种损耗模型拟合精度;最后,考虑到实际变压器叠片铁心与硅钢片磁特性的不同,搭建了一台产品级叠片铁心模型,测量其在正弦及谐波激励下的损耗,并采用磁场有限元软件MagNet进行仿真,基于仿真模型中各单元的场量,采用改进后的Bertotti损耗模型计算铁心损耗。对比结果表明,改进后的Bertotti损耗模型计算结果较其他方法更为准确。

PWM逆变器供电下电机铁心损耗的解析计算

在Bertotti分立铁耗计算模型的基础上,采用贝赛耳函数,推导PWM逆变器供电下硅钢片损耗的计算模型,该模型考虑逆变器参数对材料损耗的影响,建立PWM供电与标准正弦供电时材料损耗之间的数量关系,为电工材料性能的研究提供了理论依据。通过改进的爱泼斯坦方圈实验,给出一种非正弦供电下电工材料性能的实验研究方法,实验结果与理论值吻合较好。采用PWM逆变器供电时的三相异步电动机进行样机实验,结果表明,该计算模型对PWM供电下电机铁心损耗的理论计算具有很好的工程应用价值。

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。

开关磁阻电机铁心损耗分析

由于开关磁阻电机(SRM)内部磁场的非正弦性、非线性以及局部磁密过高等情况存在,对开关磁阻电机内铁耗计算具有一定的难度。而时步有限元法是解决非正弦变量系统分析计算问题的有效方法之一,可以研究某一特定因素对铁耗的影响,并能对铁耗的局部分布特征进行细致分析。采用适用于任意波形的铁耗计算模型,基于时步有限元法对三相12/8极开关磁阻电机定、转子极部和轭部的铁耗进行计算和分析,同时又根据其磁密的分布规律划分了不同的区域,对其不同区域的磁密进行了谐波分析,然后分别得到了各个区域的铁心损耗,将这两种方法计算结果进行分析和比对,验证采用时步有限元法计算SRM铁耗切实可行,并得到了一些关于开关磁阻电机铁耗计算的有益结论。

基于Jiles Atherton磁滞理论的直流偏磁下铁心损耗预测

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变、损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为了研究直流偏磁对变压器铁心损耗的影响,该文基于Jiles Atherton(JA)理论提出了一种新的铁心损耗预测方法。首先,在JA静态铁心磁滞模型基础上,依据铁心损耗分离理论,在无偏磁下建立考虑涡流损耗与异常损耗的铁心动态磁滞模型,并对模型中参数进行辨识;其次,采用爱泼斯坦方圈和逆变电源搭建了直流偏磁下磁滞回线测量系统,实测了不同直流偏磁下的磁滞回线,在此基础上获得直流偏磁下铁心动态磁滞模型参数辨识结果;最后分析了直流偏磁对模型参数的影响,并对模型参数中的动态损耗系数进行了拟合,以修正铁心动态磁滞模型,得到直流偏置下铁心损耗预测方法。通过算例的计算结果与实验结果的对比验证了文中所提出方法的正确性。

考虑旋转磁通的PMSM铁心损耗数值计算

为了准确计算交流永磁同步电机(PMSM)铁心损耗,采用二维有限元法对PMSM定子与磁极区域电磁场进行了分析研究,阐述了定子铁心不同区域磁场的变化规律及磁极区域涡流场的分布规律。在此基础上,借助谐波分析的方法,综合考虑电机中交变与旋转磁场的影响,给出了一种较准确求解定子铁心损耗和PMSM转子涡流损耗的计算方法,并与传统的计算方法进行了比较。结果表明,考虑旋转磁场及谐波磁通密度影响时的定子铁心损耗计算值与传统的仅考虑交变基波磁通密度时的损耗计算值相比有显著增加,更接近于实际测量值,磁极涡流损耗值与定子槽口大小密切相关,占电机总损耗的比重较大,是不可忽略的。

500kV变压器直流偏磁下的铁心损耗分析研究

为了研究变压器直流偏磁下的铁心损耗,文章以某一核电站500 k V主变压器为例,在二维有限元瞬态场A–φ算法基础下构造了直流偏磁下的变压器二维仿真损耗模型。在仿真中,偏磁直流量从0 A增加至30 A,可得到变压器铁心的损耗分布。结果分析可表明:随着偏磁直流量的增加,励磁电流会产生畸变和较大的偶次谐波,并导致铁心局部损耗增大,其中:铁心主柱与上、下铁轭交接区域的损耗值受到直流偏磁的影响最大,铁心水平路径的损耗值相较于垂直路径受直流偏磁的影响较大。

铁磁元件铁心损耗的低频测量方法

变压器出厂实验需要测量其空载励磁特性、空载损耗和负载损耗。空载损耗主要是铁损耗,测量空载损耗时往往要施加一个容量较大的工频电源。为了减小实验电源容量,使测量设备便携化,提出一种采用低频电源代替工频电源测量铁磁元件铁心损耗的低频测量法。该方法通过施加几个频率的低频电压,测量低频下的铁损耗PFe,得到不同频率的E/f(电动势/频率)-PFe曲线,再通过样条插值法计算频率不同、E/f相等时的铁损耗,根据最小二乘原理计算折算至工频下的铁损耗。并在单相变压器和电流互感器中开展实验,采用15,20,25 Hz的折算结果与工频50 Hz实测结果的相对误差ε<5%,相对误差标准差σε<0.9。结果表明,该方法折算准确度高、稳定性好,并减小了实验电源容量。

600MW发电机定子铁心损耗现场试验方法

发电机定子铁心是发电机的核心部件,随着大机组投产的数量增多,定子铁心出现故障的现象也越来越多,需要现场进行试验,查找故障点。文章详细介绍了在运行现场进行600 MW发电机定子铁心损耗试验的设备选择、试验接线、试验方法等,为运行单位进行现场定子铁心损耗试验提供经验。

直流偏磁下变压器的铁心损耗分析研究

为研究500 k V变压器在直流偏磁下的铁心损耗,基于二维有限元瞬态场A-φ算法构造直流偏磁状态下的变压器二维仿真损耗模型,并通过仿真施加偏磁直流量,获得直流偏磁状态下的500 k V变压器铁心损耗分布。结果分析表明:随着偏磁直流量的增加,励磁电流会产生畸变和较大的偶次谐波,并导致变压器铁心局部损耗增大,铁心主轭与旁轭交接区域受到直流偏磁的影响最严重。

互感器铁心损耗非线性对铁磁谐振混沌特性影响研究

铁磁谐振是电力系统中一种常见的复杂的非线性现象,针对中性点直接接地电力系统的铁磁谐振混沌特性进行了深入研究。针对互感器实时铁心损耗的非线性特性,利用一个三次多项式来拟合铁心损耗,通过对比研究发现当引入非线性铁心损耗后系统发生混沌震荡的激励电压区间变窄,系统暂态过程也相应缩短,EMTP仿真实验进一步说明了理论分析的正确性。

轴向磁通电机动态铁心损耗模型的研究及应用

借助Bertotti分离铁耗模型,结合Preisach磁滞理论,建立了通用的铁心动态等效电路。该电路模型充分体现了铁心材料的磁化特性和实际损耗,能精确的对电机动态铁耗进行分离,为深入研究电机的动态特性及控制策略提供了便利。以一台轴向磁通永磁无刷直流电动机为例,对上述等效电路模型进行了验证。

基于变系数Steinmetz公式的直流偏磁下铁心损耗计算

直流偏磁会增大电力变压器铁心损耗,使变压器局部过热,发生绝缘材料老化,影响变压器正常运行。为了更准确地计算直流偏磁下铁心的损耗,本文基于爱泼斯坦方圈测量数据,分析了电工钢片直流偏磁的磁化特性和损耗特性,在传统 Steinmetz 损耗计算公式的基础上,采用变系数的方法对 Steinmetz 进行改进,引入直流偏磁损耗系数 g 描述直流偏磁对损耗的影响。在此基础上,基于径向基函数表面响应模型对直流偏磁损耗系数与偏置磁场及交流磁通密度的关系曲面进行拟合。最后,通过与实验数据进行对比分析,验证了模型的有效性。

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。

非正弦激励下纳米晶铁心损耗的计算方法与实验验证

为了提高复杂激励下电力电子装置中铁心损耗的计算精度,该文提出两种用于计算矩形波叠加直流偏置激励(即非正弦激励)下铁心损耗的计算方法。首先,修正延伸到矩形波激励计算的斯坦梅茨公式(RESE)以适应非正弦激励,并推导出相应的计算式。其次,考虑在非正弦激励下,等效电导率ρ的非线性,对铁耗分离法做进一步修正。然后,构建磁滞回线测试平台,在20kHz范围内对日立纳米晶铁心样品FT-3KS(Fe_(73.5)CuNd_(3)Si1_(3.5)B_(9))进行正弦及非正弦激励下损耗测试。对损耗测量结果进行数值拟合,得到各方法的解析计算式。最后,通过实测值与模型预测值对比分析,两种方法的平均预测误差控制在10%以内,验证了上述方法的有效性。

航空无刷交流同步发电机铁心损耗分析

航空发电机是飞机上的重要机电设备,航空电机体积小,电磁负荷高,故发热问题尤其严重,其中铁心损耗为发电机的主要热源之一,从而使得分析三级式航空无刷交流同步发电机的铁心损耗尤为重要.通过对某航空电机铁心损耗的测试,在实验中测出一系列电参数,对这些电参数进行分析与计算,研究铁心损耗与频率的关系.分析和实验结果表明铁心损耗随频率的变化而变化,并得到铁心损耗与频率的具体关系式,得到的频率指数与电机运行时的磁通密度有关,对于400Hz航空发电机,铁心损耗的频率指数在1.4左右,同时该频率指数满足工程计算和精确度要求.

非正弦激励下铁心损耗计算模型改进

针对Bertotti损耗分离模型计算非正弦激励下铁心损耗不准确的问题,提出了将异常损耗表达为励磁频率与励磁强度函数的Barbisio算法.利用磁特性测量系统得到中频方波、正弦以及PWM电压激励下软磁铁氧体和纳米晶环形铁心损耗的数据,将异常损耗系数构造成频率和磁通密度的非线性函数.该模型计算了一台中频变压器在方波激励下的铁心损耗.仿真和实验结果表明,改进的损耗模型是有效的,与传统Barbisio算法比较,提出的方法更能准确地预估中频变压器铁心损耗.

永磁电机铁心损耗的时步有限元时空离散策略

永磁同步电机运行时铁心损耗分布不均匀,在利用时步有限元进行计算时,空间离散密度的选取将对其计算精度造成影响。因此,首先利用时步有限元方法求得电机铁心中损耗的分布曲面,在此基础上通过插值计算的方法对该曲面不同离散情况下的误差进行预测分析,得出损耗误差随离散密度的变化规律,并针对转子涡流损耗计算中高次谐波所产生的混叠现象,对时间步长的选取进行了相关讨论;最后通过对比一台55kW永磁同步电机的仿真与实测结果,验证了该方法的合理性。