考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗计算方法

准确、快速地计算磁性材料在非正弦激励下的损耗是变压器、电机等电力设备优化设计的关键环节,特别是当其包含偏置小磁滞回环的情况。然而,在现有的文献中还没有高效系统地考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗的算法。从主磁滞回环与其内部偏置小磁滞回环相互独立的角度出发,分别计算这两种环对应的磁滞损耗与剩余损耗分量,并基于简化静态Preisach模型推导磁滞损耗的通用算式;针对损耗统计理论(statistical theory of losses,STL)剩余损耗统计参数提取较为繁琐的问题,利用简化动态Preisach模型与STL剩余损耗算式之间的函数关系,推导剩余损耗统计参数的通用辨识公式,继而提出一种考虑偏置小磁滞回环的磁性材料非正弦激励损耗算法。利用所提算法,仅需少量传统正弦激励下的数据即可辨识模型所有参数。最后,通过实验及仿真验证所提算法的准确性与实用性。

基于分形理论的变压器磁滞回环拟合新方法

正确地模拟变压器铁磁材料的动态磁化过程,掌握变压器铁磁材料的动态磁化规律,是提高变压器暂态仿真准确性的关键。作者首次运用分形理论中的基本观点,证明了铁磁材料的磁滞回环族是一种分形图形,从本质上揭示了铁磁材料动态磁化过程中所遵循的规律,从机理上探讨了变压器主、次磁滞回环之间的关系。在此基础上,应用分形学中迭代函数系统的基本理论,对铁磁材料的次磁滞回环拟合提出了一种“变压缩因子”方法,通过对主磁滞回环进行线性迭代压缩计算来生成次磁滞回环。仿真结果验证了这种方法的正确性。

用保凸的三次样条函数拟合电流互感器主磁滞回环

电流互感器的主磁滞回环的拟合在电流互感器的仿真计算中意义很大，围绕拟合的精度与光滑性的矛盾，已提出不少的方法。提出的一种运用保凸三次样条函数进行主磁滞回环的拟合方法，曲线光滑、精度高，而且还克服了一般三次样条函数拟合出现端点的不合理波动现象。

考虑钉扎效应的电工钢片局部磁滞回环多尺度磁畴模拟

高速电机高频高速及其驱动器存在谐波等特点导致供电系统谐波大的问题日益严重。谐波磁场会影响电工钢片的磁特性,降低电机功率,影响供电系统性能。因此准确的预测谐波状态下电工钢片的磁特性是一个亟需解决的问题。文中研究了遵循磁化过程中稳定状态对应于总能量极小值状态原理的多尺度磁畴模型,将介观尺度上的磁畴运动机制与宏观尺度上的磁化过程相结合。通过引入含有Stop算子的钉扎能对谐波状态下电工钢片的磁滞特性进行预测;引入磁弹性能有效地考虑表面绝缘涂层应力对谐波下磁特性和磁致伸缩的影响。最后将相同激励下的模拟结果与实验测量结果进行了对比,验证了谐波磁场下多尺度磁畴模型的有效性。

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。

基于玻尔兹曼函数和磁畴能量最小化的电工钢片磁滞特性模拟

电工钢片磁滞特性与损耗特性的精细模拟是实现变压器、电机等电工产品节能降耗绿色运行的关键。该文基于磁畴能量最小值原理,对组合磁畴结构模型(assembled domain structure model,ADSM)中磁畴能量最小化方法与磁畴分布概率求解方法进行改进。提出采用变步长梯度下降法与Boltzmann函数相结合的两步法实现磁化过程磁畴动态变化的有效模拟,简化模型的构造过程。利用变步长梯度下降法求取磁畴总能量最小值,确定磁畴的单位磁化矢量,再利用Boltzmann函数计算磁畴分布概率,实现磁滞回环的拟合。与实验测量结果对比表明:改进的ADSM模型求解方法可以在简化计算过程的同时有效地模拟磁滞回环。

PWM电源激励下取向硅钢片磁特性测量与动态磁滞模拟方法

提出一种脉宽调制(pulse width modulation,PWM)电源激励下取向硅钢片磁特性测量方法。利用单片测量器,采用基波磁通密度与谐波磁通密度同时控制的方法,得到PWM励磁的硅钢磁特性。提出一种动态磁滞模型,该模型考虑逆变器输出的高次谐波、脉冲电压引起的局部磁滞回环、磁化历史和高次谐波引起的涡流等因素对硅钢片磁特性的影响。利用实验测量的B-H曲线确定模型中的矫顽力、磁阻系数和动态参数,使模型能够准确预测动态磁滞回线。通过计算与实验结果对比,证明该计算模型能够准确地模拟PWM电源激励下硅钢片的复杂磁特性并计算比损耗。

非正弦激励下硅钢片的磁滞特性模拟及损耗计算

利用硅钢磁环极限磁滞回线测量值推导出起始于极限磁滞回线下降支的一阶回转曲线从而得到用于模拟磁滞特性的 Everett 函数并给出利用 Everett 函数计算高阶回转曲线的方法实现了基于 Preisach 模型的硅钢磁环磁滞特性模拟然后从磁滞损耗定义出发对含不同幅值小磁滞回环时的磁滞损耗进行分析计算并与实验测试结果进行对比结果表明:这种磁滞特性模拟方法能够简化 Preisach 模型的实现并能够准确地模拟出磁性材料的高阶回转曲线利用该方法分析计算得到的静态磁滞损耗与实验结果相吻合且损耗值与小磁滞回环的幅值呈正相关性.

考虑趋肤效应和动态磁滞效应的电机旋转铁芯损耗模型

实际农业用电设备铁芯损耗的预测不准是趋肤效应造成农用电器效率低下、使用成本升高的重要原因之一。针对这一问题,该文综合考虑了交变激励下趋肤效应、局部磁滞作用和动态磁滞回环对经典铁芯损耗模型系数的影响,将系数修正后的交变模型引入旋转铁芯损耗模型中,提出一种基于正交分解和损耗分离的改进无取向硅钢叠片旋转铁芯损耗模型。利用磁特性测量装置进行不同频率下的铁芯损耗测量,对所建模型验证。结果表明:与经典铁芯损耗模型和只考虑单一因素的改进模型相比,该模型在高频和高磁密下的铁芯损耗计算精度分别提高了25.32%和9.16%。研究结果可为农用电气设备的电机设计与优化提供参考。

基于支持向量机的变压器励磁涌流仿真实现

为提高变压器差动保护躲过励磁涌流的能力,需要认真研究励磁涌流的仿真过程。文中将支持向量机在回归估计方面的能力应用到极限磁滞回环曲线的拟合,即将极限磁滞回环试验数据拟合的原始最优问题转化为其对偶问题。并根据极限磁滞回环与局部磁滞回环具有分形特征这一特点进行了励磁涌流仿真算法的研究,针对变压缩因子励磁涌流仿真算法中的压缩因子提出了变权重的计算方法,通过求取动态电感来实现变权重,使得励磁涌流仿真算法只需要改变极限磁滞回环上下分支和对应饱和线导数的权重系数,实现了动态电感求取公式的统一。仿真结果表明了该方法的有效性。

基于PREISACH理论的电流互感器建模研究

提出了一种新型电流互感器(CT)数字化模型。该模型由CT电磁感应方程和基于Preisach理论的新型铁心磁化模型组成:基于Priesach理论的WIPING-OUT特性,提出了确定铁心运行所在磁化曲线的方法,并在新坐标系下分离Preisach函数的变量,得到了不同情况下铁心磁通密度的计算方法,由此建立了铁心磁化模型;提出了一种新的寻解算法,通过该算法将铁心磁化模型同CT电磁感应方程相耦合,建立了CT数字化模型。该模型只需极限磁滞回环下降支、一次电流和二次负荷等少量易被直接测得的参数,即可较准确地仿真铁心内部磁化过程,具有实现简便,仿真精度高等特点。采用文中CT模型对保护CT的饱和特性进行了仿真研究,仿真结果和实测数据的比较验证了模型的有效性。

基于压磁效应的锈蚀钢筋应力状态检测试验研究

钢筋锈蚀是严重威胁结构安全的耐久性问题,基于压磁效应,研究均匀锈蚀和坑蚀两种锈蚀钢筋的应力状态与压磁场变化的关系。首先,采用通电加速锈蚀方法进行钢筋均匀锈蚀和点蚀试验;然后,通过轴向拉伸静载试验和疲劳加载试验,分析锈蚀钢筋的压磁信号特征。试验结果显示,磁感强度与钢筋应力状态之间具有较好的对应关系,屈服阶段不同锈蚀率下的钢筋磁感强度曲线有较明显区别,疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的法向残余磁感强度和磁滞回环面积均呈现疲劳三阶段变化规律,可进一步运用于钢筋应力状态的检测中。

畸变磁通作用下变压器铁心模型损耗的实验研究与模拟分析

对畸变磁通条件下产品级变压器铁心模型的损耗进行了实验研究,考察了谐波相位差变化对铁心损耗的影响。给出了一种能够考虑畸变磁通条件下铁心损耗的工程计算方法,该方法可有效地考虑局部磁滞回环对铁心损耗的影响。结合MagNet电磁分析软件,计算了产品级变压器铁心模型的铁心损耗,通过对比实验结果证明了方法的有效性。

基于三相全桥电路控制的开关磁阻电机铁耗计算

基于三相全桥电路控制的开关磁阻电机为双凸极铁心结构,采用脉冲式电源供电,铁心磁密波形严重非正弦,且不同铁心部分的磁密特征有明显差异,增加了开关磁阻电机的铁耗计算难度,为此提出一种考虑直流偏置和小磁滞回环影响的开关磁阻电机铁耗计算方法。

宁夏河东沙区侧柏冠层气孔导度对环境因子的响应及其模拟

为了解林木冠层气孔导度对环境因子的响应规律,进一步阐释冠层气孔导度调控森林蒸腾的机理,本研究以宁夏河东沙区典型防护林树种侧柏(Platycladus orientalis)为对象,利用Granier热扩散技术,在生长旺季(7—9月)连续监测树干液流,并同步观测小气候;利用Penman-Monteith方程计算获得连续的冠层气孔导度(gc),并采用Jarvis-Stewart气孔模型对侧柏冠层气孔导度变化过程进行模拟。结果表明:环境因子与gc呈极显著相关关系(P<0.01),对侧柏gc的影响从大到小依次为大气温度(Ta)>太阳辐射(Rs)>饱和水气压亏缺(VPD)>空气湿度(RH)。典型晴天下,gc与VPD、Ta的关系曲线上升阶段和下降阶段路径不同,呈现"磁滞回环"的特性,且不同时段表现出不同的响应规律。Jarvis-Stewart模型较好地模拟了侧柏冠层气孔导度对环境变量Rs、VPD、Ta的响应过程,采用交叉验证法对模型进行验证和参数率定,可以解释84.4%的变量。