磁弹传感器动态磁滞模型构建与影响因子分析

研究钢缆索索力测试问题,从钢缆索磁化过程中能量平衡原理出发,在考虑与励磁频率相关的涡流损耗和异常损耗等能量损耗的基础上建立硬磁材料应力相关的动态磁滞模型,对模型的应力、温度和励磁磁场等影响因子进行了理论分析。针对常用Preisach和Jiles-Atherton磁滞模型对硬磁钢缆索材料动态模型描述的不足,提出重点分析了磁场频率和磁化工作点对模型的影响,并进行了仿真。通过仿真结果的对比分析,传感器在准静态频率时能量损耗主要来自磁滞损耗,在中高频率时涡流损耗和异常损耗项非常明显。当磁化工作点充分接近材料饱和磁化点时,传感器灵敏度下降;远离饱和磁化点时,模型精度降低,测量精度下降。

基于R-L分数阶导数的动态J-A磁滞模型及其特征参数辨识算法

在高频、直流偏磁等非标准磁化条件下,电力变压器的铁心损耗显著增加,造成其性能恶化。为实现对高频、直流偏磁下铁磁材料动态磁滞特性与损耗的准确模拟,该文首先在静态J-A模型中引入直流磁密,推导得到适用于描述直流偏磁条件下铁磁材料磁滞特性的静态J-A修正模型;然后引入R-L型分数阶导数对高频条件下涡流场及涡流损耗表达式进行改进,考虑涡流与剩余损耗对高频条件下磁化物理机制的影响,建立动态J-A模型;最后引入模拟退火算法,以损耗计算值与实测值之间的均方根误差最小化作为优化算法的目标函数,辨识模型中阻尼系数与分数阶导数阶次的全局最优值。将动态J-A模型模拟的磁滞回线和损耗与实验数据进行对比,结果表明:对高频磁场叠加直流偏磁条件下磁滞回线面积模拟误差绝对值为7.84%,损耗预测的平均绝对误差为7.35%,验证该文所提方法的准确性。

基于动态自由能磁滞模型的GMM-FBG电流传感器磁滞建模与参数辨识

为解决GMM-FBG电流传感器中存在的磁滞非线性和涡流损失问题,提出了一种耦合涡流损失模型的动态自由能磁滞模型,采用非线性遗传算法对该模型进行参数辨识和优化,提高了模型在工频下对磁滞曲线的预测精度。搭建了GMM-FBG电流传感器实验平台,利用所建的磁滞模型对传感系统进行建模补偿和实验验证。实验结果表明该模型能够较好地预测工频下传感器中的动态磁滞非线性,模型的预测误差在3.6%以内,电流测量灵敏度可达到0.069 nm/A。

基于场分离技术与损耗统计理论的动态Energetic磁滞模型

建立准确且高效的动态Energetic磁滞模型对磁性元器件的优化设计具有重要意义。然而,现有动态Energetic模型物理意义并不明确,且有效性尚未得到实验验证。针对原始静态Energetic模型仅包含磁滞损耗,而无法考虑磁性材料在交流激励下的动态涡流及剩余损耗的问题,首先从能量平衡的角度出发,基于场分离技术与损耗分离的思想,推导了各损耗分量与其对应的磁场强度分量之间的等效关系;其次,利用损耗统计理论推导涡流与剩余损耗相应磁场强度分量的解析表达式,从而在此基础上运用场量叠加的方式,建立一种基于场分离技术与损耗统计理论的新型解析动态Energetic模型。仿真及实验结果表明,所提动态Energetic模型不仅物理意义清晰明确,同时具有较高的准确性与实用性。

基于非线性GA算法的动态P模型的参数辨识与验证

针对现有的GMM-FBG电流传感器的磁滞非线性问题,提出了一种改进的动态Preisach磁滞模型。采用非线性遗传算法对改进动态Preisach磁滞数学模型进行参数辨识,提高了动态磁滞曲线的预测精度。运用改进动态Preisach模型对GMMFBG电流传感器进行建模及实验验证,实验及仿真结果表明该模型具有较好的预测性,预测误差在3.0%以内。经过磁滞补偿使得传感系统电流的测量灵敏度达到0.050 nm/A。

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。

基于分数阶导数理论的高频变压器铁芯动态J-A磁滞模型

快速、准确地仿真高频变压器铁芯磁性材料在高频下的磁滞特性,对于电工设备能量传输效率的评估及多目标结构优化具有重要的意义。而传统动态J-A磁滞模型在高频段动态磁滞回线的仿真误差较大,且存在损耗计算值高于实测值的问题。首先在损耗统计理论框架内,基于各损耗分量与场分量的等效关系,考虑了高频不均匀磁通密度产生的涡流损耗,推导了传统涡流场及剩余损耗场的解析式。通过引入R-L分数阶导数来修正传统的涡流场,并将修正后的涡流场和剩余损耗场引入到静态J-A磁滞模型,从而构建了一种基于损耗统计理论及分数阶导数理论的新型动态J-A磁滞模型。对2种磁性材料进行了较高频段的动态磁滞回线仿真,并与实测值进行了比较,结果表明所提模型在动态磁滞回线模拟及损耗计算误差均大大降低。

谐波激励条件下铁心动态Energetic建模与验证

谐波激励条件下,表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环,导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗,该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论,建立综合考虑谐波特征的动态Energetic谐波磁滞模型。实现人工鱼群算法结合归一化处理技术对传统静态Energetic谐波磁滞模型参数的辨识,并提出一种可以有效考虑局部回环影响的动态损耗系数求解方法。搭建磁通密度波形可控的变压器铁心磁性能测试平台,对不同谐波阶次、谐波含量、谐波相位激励条件下的变压器铁心磁滞特性和损耗特性进行实验研究。通过模型仿真结果与实验数据的对比,验证了该文所建动态Energetic谐波磁滞模型的正确性和有效性。

考虑频率效应的正弦及直流偏磁条件电工钢磁滞特性模拟及验证

为研究频率对正弦及直流偏磁条件磁性材料磁滞特性的影响,该文在静态J-A磁滞模型的基础上,考虑动态损耗对磁滞回线的影响,建立动态J-A磁滞模型,并利用混合优化算法和损耗分离理论提取静态模型参数与动态损耗系数。搭建磁性能测试系统,实验获得不同频率正弦及直流偏磁工况电工钢磁滞特性与损耗特性数据,分析频率对磁滞特性的影响规律。基于该规律提出一种可以考虑静态参数频率效应的磁滞建模方法,并用于模拟不同频率正弦及偏磁工况电工钢磁滞特性。通过与实验数据进行对比,结果表明:相较于传统建模方法,该文所提建模方法的仿真结果与实测磁滞特性数据吻合较好,验证了建模方法的正确性和有效性。