基于钉扎分布原则的改进热力学磁滞模型

热力学磁滞模型由于能从物理意义出发对材料磁化特征进行准确建模而受到广泛关注。该文针对传统热力学磁滞模型在不饱和情况下建模精度低的问题,提出一种基于磁性材料钉扎分布原则的改进热力学模型。在引入少量钉扎点(材料制备过程中产生的晶格缺陷表现为材料磁化过程中受到的钉扎作用)的前提下,所提模型满足磁滞回线在宽磁密范围内的求解精度。首先,将磁滞过程与力学等效装置的作用过程作类比,讨论外加磁场强度与各钉扎点对应可逆磁场强度间的关系,并通过矫顽力随外加磁场强度峰值的变化趋势确定不同峰值磁场强度下的钉扎分布密度。在给定钉扎个数情况下,根据钉扎分布密度与外加磁场强度峰值确定钉扎场强及对应权重,从而求解可逆磁场强度,为磁滞回线的构建提供输入参量。通过将基于所提磁滞模型、原始热力学磁滞模型的仿真结果分别与测量结果作对比,验证改进热力学磁滞模型的有效性。

改进的热力学磁滞模型与软磁材料动态损耗计算

准确预测磁性材料在高频下的损耗对其自身性能的改进及实现变压器、电机等电力装备的优化设计至关重要。然而,已有损耗模拟方法大多为基于经验公式的数学模型,未考虑材料磁化的物理过程。该文基于能量守恒定律,从材料动态磁化的物理机理出发,对原始热力学磁滞模型做出了修正。针对非晶、纳米晶等软磁材料具有细小晶粒结构的本质特征,引入更多的钉扎场个数,提出多钉扎场下钉扎分布密度计算方法;其次,讨论钉扎场强、可逆场强、动态场强三者之间的关系,并将动态场强与可逆场强看成是一个整体,推导该变量的求解过程,在此基础上迭代求解不同材料的可逆场强,从而建立动态热力学磁滞模型。该模型仅利用静态磁滞回线测量数据便可确定动态磁滞模型的参数。针对非晶、纳米晶等新型软磁材料损耗的仿真及实验结果表明,原始模型在模拟新材料的过程中存在缺陷,修正模型不仅物理意义明确,且具有较高的准确性。