基于弹性力学-热力学的变压器铁芯磁致伸缩振动模型与松动故障诊断方法

为了准确分析变压器铁芯磁致伸缩现象,建立了弹性力学与热力学耦合的铁芯振动理论模型,并基于奇异性分解理论提出了松动故障诊断方法。首先通过耦合弹性力学中的应变能和热力学中的弹性自由能,建立了表征变压器铁芯多频段的磁致伸缩振动数学模型;接着考虑了基于弹性力学的非线性力-磁耦合机制的影响,建立了振动多频段多物理场仿真模型,得到了铁芯0~1000 Hz的多频段振动特性;然后搭建了变压器铁芯磁致伸缩振动采集平台,对10 kV变压器铁芯进行了振动监测试验。试验结果表明,铁芯振动除100 Hz基频以外,还含有200~600 Hz的振动信号,A、B相的实测结果分别为0.009、0.023 m/s^(2),仿真结果分别为0.009、0.023 m/s^(2),仿真与试验一致,验证了仿真模型的正确性;之后建立了铁芯松动故障模型,得到部分与完全松动状态下的振动特性。最后,对获得的振动信号进行故障诊断,以铁芯正常、部分松动、完全松动的不同状态信号为基础,提出了基于奇异性分解理论的方法,计算的特征量分别为0.0524、0.2822、1.5059,说明随着松动程度的逐渐加剧,特征量逐渐增大,验证了诊断方法的准确性。

紧凑型混合励磁三相饱和铁芯型故障限流器

加装饱和铁芯型故障限流器是限制高压系统短路电流的有效方法,但其需要与外加的限流空心电抗器配合,导致整个限流系统占地面积和体积很大。因此,基于非正交解耦原理提出了一种紧凑型混合励磁三相饱和铁芯型故障限流器(compact hybrid-biased three-phase saturated core fault current limiter,CTFCL),其具有占地面积和体积小的优点。首先,提出了含非正交解耦绕组的CTFCL拓扑。其次,建立了CTFCL的等效电磁路模型,分析了其工作原理。然后,给出CTFCL的参数设计准则,搭建了220 kV的有限元模型,仿真验证了CTFCL的限流效果和电磁特性。最后,设计并研制出小容量样机,开展了实验研究。仿真和实验结果均证明了该文所提CTFCL的有效性,CTFCL对各种短路均有良好的限制效果,且对比得到CTFCL限流系统占地面积和体积较传统三相SCFCL限流系统分别减少了44%和26%,适合实际高压系统的安装与应用。

基于量子力学的PT对称无铁芯变压器机理提出及研究进展

正如光纤替代铜线成为信息传输媒介,这一变革引领了互联网的出现,改变了世界。无铁芯变压器(coreless transformer,CLT)若能替代有铁芯变压器,必将改变电能的传输技术甚至方式,引发能源领域新的一场技术变革。文中在世界上首次基于量子力学理论的宇称时间对称原理(parity-time symmetry,PT对称)实现了高效、高性能的CLT。文中首先论述CLT的研究现状及基于PT对称原理提出PT对称CLT思想的来源;进而,介绍所提出的SS型和SP型PT对称CLT的机理和工作特性,并与有铁芯变压器进行对比;然后,介绍所推广出的两种广义PT对称CLT;最后,总结PT对称CLT的优势及尚需解决的问题。文中的研究表明,PT对称CLT不仅可以达到有铁芯变压器相同的运行特性,且可以实现单位功率因数运行,有望将在中、小功率的高频电能变换中首先得到应用。

新能源驱动电机铁芯防锈包装存在问题及解决方案

针对新能源电机用铁芯储运过程中的防锈包装要求,分析电机用铁芯防锈包装现状,系统梳理当前电机用铁芯防锈包装存在问题,提出解决方案,明确电机用铁芯防锈包装未来发展趋势,为进一步提升新能源电机用铁芯防锈包装洁净度及可靠性提供参考。

异频电流激励下发电机定子铁芯损耗试验实测分析

对于大容量电机的定子铁芯损耗试验,采用高频激励代替工频激励可有效降低试验难度,提高试验安全性。为探究在异频电流激励下电机定子铁芯表面及短路故障点的温升趋势,本文以一台电动机为例,制造定子铁芯短路故障点,开展了工频50Hz到高频300Hz下电机的定子铁芯损耗试验。研究结果表明,在高频电流激励下,铁芯表面温度及故障点温度的上升趋势具有较好的一致性,增加电源频率可使系统消耗的无功降低,功率因数升高。

变压器铁芯接地电流过大原因分析和改进措施

运行中变压器铁芯及其附件都处于绕组周围的电场内,铁芯和大地会产生悬浮电位,该电压会造成铁芯对地击穿放电,当铁芯一点接地后避免了变压器内部放电。铁芯一点接地后就会产生铁芯接地电流,正常情况下该电流不超过100 mA。

一种基于自由衰减振荡的固定占空比控制的无铁芯变压器

针对基于无铁芯变压器的DC-DC变换器工作频率过高的问题,提出了一种基于自由衰减振荡的无铁芯变压器的DC-DC变换器。首先,建立无激励源的串联型-串联型拓扑电路理论模型,讨论特征根的演化过程,分析系统自由衰减振荡的运动行为。其次,设计基于自由衰减振荡无铁芯变压器的DC-DC变换器。实验结果表明,该变换器的开关频率可明显低于无铁芯变压器的工作频率,且其输出功率与无铁芯变压器的工作频率可被自由衰减振荡系统的特征根所描述。最后,构建一个实验样机,该样机采用固定占空比控制,当无铁芯变压器的工作频率为206 kHz、开关频率为103 kHz和69 kHz时,变换器的最高整机效率为91.2%,变压器效率在任何工况下均高于96%。

非晶电机定子铁芯的制备工艺及最新研究进展

非晶合金凭借优异的综合软磁性能,尤其是在高频下有着极低的损耗而在高速电机领域备受关注。概述了非晶电机的优势和类型,综述了非晶定子铁芯的关键制备工艺,对比了径向叠压和轴向卷绕铁芯、模块拼接和整体成型铁芯以及有槽和无槽铁芯的各自优缺点。从退火处理、浸胶固化以及加工成型方式的角度总结了上述制备工艺对非晶带材和铁芯的性能影响。最后,结合非晶电机的最新研究进展,分析了当前非晶合金应用于电机定子铁芯存在的问题,并对未来非晶电机定子铁芯加工方法的发展进行了展望。

不同纳米晶铁芯结构下高频变压器空载铁耗特性

为了研究高频变压器采用不同纳米晶铁芯结构时的铁芯损耗分布特性,以工作频率为10kHz,容量为20 kVA的U型、三角型和O型结构纳米晶铁芯为研究对象,对比了3种铁芯空载运行时铁芯不同位置磁密和铁耗分布情况,进一步研究了拐角内径对铁芯局部损耗特性的影响。结果表明:O型铁芯损耗密度分布较均匀,U型和三角型铁芯的损耗密度在磁路直线区域分布均匀;在拐角区域径向方向上,损耗密度减小速度先快后缓,切向方向上损耗密度先增大后减小;U型和三角型铁芯拐角处损耗密度最大值显著大于直线区域,适当增大拐角内径,能够显著降低铁芯的最大损耗密度;实验测得U型、三角型和O型铁芯空载损耗分别为37.3 W、50.5 W和20.5 W,局部热点温度最高分别为46.5℃、55.2℃和35.0℃,明显高于铁芯最高平均温度。

干式铁芯电抗器振动特性数值模拟及试验研究

振动是影响干式铁芯电抗器运行状态的关键因素之一。在考虑铁芯夹件、垫块等结构件的影响下,采用有限元法实现了10 kV干式铁芯电抗器的3维瞬态电磁-结构多物理场仿真分析,研究了电抗器在磁致伸缩力、麦克斯韦力与洛伦兹力3者共同作用下的振动位移及速度分布特性。仿真结果表明,正常运行状态下,干式铁芯电抗器铁芯夹件的振动位移及速度显著大于其他部位,尤其是用于固定绕组的穿心螺杆。其次,结合干式铁芯电抗器模态仿真分析,获得了其模态特性及固有频率,并进一步分析了其振动机理。最后,采用多普勒激光测振仪测量了某10 kV干式铁芯电抗器的振动特性。试验结果表明,干式铁芯电抗器的振动频率以100 Hz及其倍频为主,其中300 Hz的振动响应最显著,其与其固有频率较接近,存在一定的共振风险。同时,试验结果与仿真结果一致性较好,验证了该文所述仿真分析方法的正确性和有效性。

非晶合金铁芯粘接-冲裁-叠压工艺研究

针对非晶合金在室温状态下冷加工性能不佳导致难以对其进行常规冲裁加工,严重限制其在电机领域的应用的问题,提出了一种粘接-冲裁-叠压工艺,以提高非晶合金的室温冲裁能力。首先,将多片非晶合金叠压粘结成具有一定厚度的坯料,然后对非晶合金坯料进行冲裁,最终将冲裁后的成品叠压成铁芯产品。试验证明,该工艺生产的非晶合金成品断面光洁,毛刺高度低于5μm,表面质量满足叠压要求,叠压后的成品满足电机铁芯的制造要求,解决了非晶合金在室温下冲裁质量较差、毛刺较高等问题。

混合型限流熔断器触发装置用电流互感器铁芯结构设计

针对短路电流保护装置的电流测控单元因电子元器件失效或电源掉电而导致保护装置拒动的问题,提出了一种无源电磁式电流互感器,分析了触发装置的工作原理,根据铁芯材料的磁化特性曲线,确定了互感器有效工作区间内铁芯的最大磁感应强度。针对铁芯在大电流条件下磁通容易饱和的问题,通过仿真分析了气隙分布对互感器内磁感应强度的影响。设计出在短路电流峰值为15 kA时仍可有效工作的电磁式电流互感器铁芯结构,三维瞬态电磁场仿真显示短路电流上升率为20 A/μs、二次绕组匝数为30匝时,铁芯二次绕组侧输出电压不小于14 V。最后设计制作了采用无源电磁式电流互感器作为触发装置的混合型限流熔断器工程样机,并进行了短路电流检测实验,实验结果与仿真基本一致,证明了铁芯设计的准确性和有效性。

铁芯叠装强度与护套过盈量分析

该文采用有限元法对电机铁芯加工中典型的叠铆工艺进行仿真分析,分别计算量中过盈量状态下的叠铆强度,随着过盈量的增加,冲片之间的叠铆强度越高。采用高频加热护套后当过盈量为0.03 mm时,护套上的应力约为75 MPa;当过盈量为0.04 mm时,护套内的应力大于300 MPa达到了330 MPa。为避免护套在装配和翻遍过程中破损,应选择转子护套的过盈量为0.03 mm。

采用异频电流激励法开展发电机定子铁芯损耗试验的可行性研究

发电机在运行中由于热和机械力的作用,引起片间绝缘损坏,造成短路,在短路区域形成局部过热,会危及机组的安全运行,因此对发电机定子铁芯进行损耗试验有重要意义。为解决现有试验方案在进行大型机组试验时绕线困难等问题,本文提出了一种采用异频电流激励法开展发电机定子铁芯损耗试验的方法。采用ANSYS Maxwell建立仿真分析模型,通过对幅值相同、频率不同的励磁电流下的铁芯发热情况进行分析,论证了采用异频电流法开展发电机定子铁芯损耗试验的可行性。

干式变压器铁芯振动特性的研究分析

干式变压器是电力系统中常用的重要电气设备,对电力系统的稳定运行具有重要的影响作用。干式变压器中的主要组成部分包括铁芯及绕组,由于磁致伸缩效应及电磁力的作用,使得变压器在工作过程中存在一定的振动,不利于变压器的稳定使用。针对干式变压器铁芯的振动特性采用有限元仿真计算的形式进行分析,建立变压器多物理场耦合分析模型,在不同的电压下对变压器的磁场分布及振动位移进行分析。结果表明,变压器空载状态下随着电压的增加,其内部的磁场密度及振动位移随之增加,且呈现一定的周期性,容易引发变压器的故障。

二次退火对1k107铁基纳米晶铁芯性能的影响

针对1k107铁基纳米晶铁芯在正常一次退火处理后产生的磁性能不合格产品,采取提高温度进行二次退火来恢复不合格铁芯的磁性能。二次退火可继续促进纳米晶铁芯晶化过程,调控纳米晶相和非晶相结构比例,提高直流软磁性能。在第一次热处理温度的基础上,提高10~40℃温度进行二次退火后铁芯磁性能有明显提升。研究表明,最佳的二次热处理温度为565℃,铁芯的起始磁导率达到126000,饱和磁感应强度1.17 T,矫顽力0.62A/m。表明通过简便的二次退火方式提高一次退火不合格品的性能,对应提高产品整体合格率,降低生产成本具有重要意义。

U型无铁芯直线电机的振动模态计算研究

随着我国工业等领域的飞速发展,产品升级速度越来越快,其中直线电机尤其是U型无铁芯直线电机可以直接将电力能源转化为直线运动机械能,无需设置中介传递结构,大幅度减少了直线电机长时间运转状态下的机械磨损问题,且满足高精度和快速定位等应用需求,可在各领域中被广泛应用,有异常广阔的发展前景。但是在U型无铁芯直线电机运转过程中,如果无法有效解决和预测评估振动问题,则会严重影响直线电机运行安全性、稳定性。基于此,本文针对U型无铁芯直线电机的振动模态进行计算研讨,希望能够助力直线电机设计水平优化升级。

变压器铁芯多点接地故障诊断与处理

铁芯是变压器的主要部件之一,是变压器的磁路部分,主要由硅钢片和夹紧装置组成。运行中的变压器为避免产生悬浮电位,铁芯必须有一点可靠接地。然而变压器在运行中,由于油箱内有异物、铁芯位移等原因,会发生两点或多点接地现象,从而产生环流,造成铁芯发热,严重时还将导致气体继电器动作,发生变压器跳闸事故。文章对变压器铁芯多点接地故障的诊断与处理方法进行了研究。

模内点胶的汽车铁芯一体化成形设备及其制造工艺

传统新能源汽车电机铁芯制造方式存在能量损耗大、工艺效率低等问题,难以满足大规模生产需求。开发了一种模内点胶一体化成形设备及制造工艺,通过模外喷涂催化剂、模内精准点胶和冲裁粘压成型,可实现高效、高质量的铁芯制造。设备采用上下模板结构,集成催化剂和粘胶喷涂装置,并设计了机械花洒式点胶阀,以保证胶液精准喷涂和快速固化。工艺流程包括喷涂催化剂、初步冲裁、喷涂粘胶、二次冲裁和粘压成型5个步骤,该工艺流程可有效避免粘胶剂提前固化,提高粘接强度。

基于电磁-结构力场耦合的铁芯电抗器振动特性分析及优化方法

建立准确的材料磁致伸缩模型是分析铁芯电抗器振动特性的关键。为准确建立硅钢片磁致伸缩模型,基于经典Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型和二次畴转模型建立了铁芯材料磁致伸缩模型,提出了基于改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)与归一化的阻尼最小二乘算法(Levenberg-Marquardt,LM)的混合优化算法,结合实验测量结果,该算法能够准确和快速辨识模型中的5个特征参数。根据软磁材料模型特征参数,构建了考虑磁致伸缩特性的三相干式铁芯电抗器几何模型,分析了铁芯电抗器铁芯振动位移分布。利用中心组合试验设计与有限元仿真相结合的方法,获得了不同气隙结构参数下电抗器的振动位移仿真结果,并建立了能够准确预测铁芯振动位移的正交多项式模型。以电抗器铁芯振动位移最小作为目标函数,在保证电感值基本不变的情况下获得了铁芯最佳气隙长度。优化结果表明,在最佳气隙结构参数下电抗器振动位移减少了10%,电感值变化仅为0.051%,优化方法对于降低铁芯电抗器的振动具有重要的参考意义。