刘福贵[1]2001年在《考虑磁滞特性的磁场数值分析及磁特性测量技术研究》文中认为在河北省自然科学基金的资助下，本文选择了“考虑磁滞特性的磁场数值分析及磁特性测量技术研究”这一贴近工程实际的课题，具有重要的实用价值。 对磁滞模型问题，目前大多数的磁滞模型都是以磁场强度为自变量，磁化强度为因变量，在与矢量磁位微分方程耦合时有一定的困难。本文应用神经网络技术对铁磁材料的磁滞特性进行了模拟。提出了利用单条磁滞回线磁感应强度最大值确定磁场强度随磁感应强度的变化轨迹，用参数α表示磁滞回线的上升支或下降支，从而实现磁感应强度与磁场强度的一一对应，建立了以磁感应强度为自变量，磁场强度为因变量的神经网络磁滞模型。 由于磁滞特性的复杂性，目前对考虑磁滞特性的磁场计算的研究仍停留在一维或二维场的分析求解，对叁维场问题研究的较少。本文提出了应用时间周期有限元法与神经网络磁滞模型耦合，分别对考虑磁滞特性的二维电磁场和叁维涡流场进行了数值分析，采用固定点法处理其中的磁阻率不连续问题。 磁滞损耗在工程磁损耗中占有重要的地位，但人们研究的较少。本文提出了采用时间周期有限元法计算得出铁磁体内各单元在一个周期内一系列时刻的磁感应强度值，通过神经网络磁滞模型计算得出相应的磁场强度值，得到该单元内磁场强度与磁感应强度的变化曲线，求出该磁滞回线的面积，再对整个铁磁体内单元进行累加，实现了对磁滞损耗的直接数值计算。 TEAM21基准问题为源于工程的叁维杂散损耗模型，本文通过对其中的B模型进行计算，验证以上方法的正确性。 铁磁材料磁化特性的测量对磁滞模型的建立非常重要。本文研究电工钢片磁化特性的单片测量方法，并研制了双轭铁单片测量装置，实现了使磁感应强度波形为正弦；测量了30RG120型电工钢片的交流磁化曲线和交流磁滞回线，验证了单片测量方法的可行性。
王晓燕[2]2009年在《电工钢片磁特性测量和模拟方法的研究》文中提出电工钢片磁特性的精细模拟涉及叁方面的研究内容,其一是磁特性的测量方法与特性数据的获取,其二是根据测量数据建立能够恰当描述其磁特性的数学模型,最后是如何将磁特性模型与电磁场数值计算方法相结合,用于电气设备的电磁场分析。研究的目的是要提高电气设备运行时复杂动态特性分析的计算精度,以此作为设备优化设计的基础,降低铁心损耗,减少局部过热,提高电气设备的效率与安全运行的可靠性。本文试图从电工钢片磁特性的测量方法入手,展开以上叁方面的研究。本文首先分析了两种一维磁特性测量方法,并指出这两种方法的不足之处,鉴于爱泼斯坦方圈法测试方法简单、应用广泛,本文将这种测量方法加以改进来考虑电工钢片的各向异性,并将实验数据应用于工程分析,说明了这种方法存在的问题和适用范围。在一维磁特性测量与分析的基础上,本文对二维磁特性测量方法进行了研究,并设计了二维磁特性单片测量系统,以正弦磁场测量作为测试标准,实现了对测试系统的反馈控制,使其能够产生交变磁场和椭圆磁场,并测试了在这两种磁场条件下,取向钢30ZH120和无取向钢50A1300两种不同牌号电工钢片的磁特性。为了考虑电气设备运行时,铁磁材料所表现出的磁特性,提出了一种以正弦电压测量作为测试标准,在谐波磁场作用下,对电工钢片的磁特性进行测量的方法,并对取向钢30ZH120和无取向钢50A1300的磁特性进行了测试。为了针对不同的实验条件所测得的实验数据,对电工钢片的磁特性进行模拟,考虑电工钢片的各向异性和动态磁滞特性,本文对几种磁特性模型进行了研究,结合测量数据,使磁特性模型能够方便快速地与有限元分析法耦合,提出了两种可以考虑各向异性和动态磁滞特性的矢量磁特性模型。一种是基于张量法来求解的考虑谐波磁场的E&S模型,另一种是基于M-B法来求解的傅立叶模型。结合张量法和M-B法,考虑材料的各向异性和动态磁滞特性,本文研究了与之相对应的有限元分析格式,并结合电气设备运行时电工钢片所表现的磁特性,给出了考虑谐波磁场的有限元分析的非线性迭代格式。针对制作变压器铁心和电机铁心所选用的材料不同,分别设计了两种铁心模型,并运用所提出的磁特性模拟方法进行了有限元分析。设计并制作了一台单相变压器铁心模型,采用探针法对铁心的磁特性进行非破坏性测量,通过计算结果与实验结果的对比分析验证了本文提出方法的有效性。
杨意妹[3]2017年在《考虑磁致伸效应的磁控饱和电抗器电磁振动研究》文中研究指明磁控饱和电抗器在电力系统中起到无功功率补偿的作用,但其运行时产生的振动噪声不仅给环境带来不利影响,还会损害电抗器本体性能,影响整个电网运行的稳定性和高效性。为了能有效的降低电抗器铁心产生的电磁振动噪声,本文从电抗器铁心产生电磁振动的根源对铁心振动噪声进行数值分析,即考虑迭片铁心磁致伸缩效应对其振动的影响。磁控饱和电抗器通过控制绕组调节其饱和程度,改变铁心磁导率实现电抗器无功功率的连续调节。但同时引入了偏磁问题,从而使电抗器振动加剧。所以,研究磁控饱和电抗器在不同饱和状态下考虑迭片铁心磁致伸缩效应引起的电磁振动具有重要的理论和现实意义。同时本文考虑了电工硅钢迭片的阻尼效应,分析了阻尼效应对电抗器振动的影响。本文主要研究内容如下:首先,为模拟不同饱和状态下磁控饱和电抗器铁心硅钢片的磁特性,本文考虑了直流磁通对磁化曲线的影响,采用德国BROCKHAUS公司的Epstein700和磁致伸缩测量系统MST500,获得了不同控制电流下的磁化特性曲线和磁致伸缩特性曲线,并将其处理成可用于数值计算的单值磁化特性曲线和磁致伸缩特性曲线。其次,基于麦克斯韦方程和弹性力学基本方程建立电抗器磁场和机械振动的数值分析模型。应用现有开源型多物理场耦合数值分析软件COMSOL Multiphysics,建立考虑迭片铁心磁致伸缩效应和阻尼效应的磁控饱和电抗器叁维数值模型。阻尼效应是通过计算电抗器铁心的模态分布,确定阻尼耦合系数。然后将处理获得的单值磁化特性曲线和磁致伸缩特性曲线耦合到数值分析软件中。计算并分析不同控制电流下磁控饱和电抗器磁场、振动等信号的分布及大小。最后,对数值分析的4.4kVar/220V磁控饱和电抗器样机完成不同控制电流下电抗器振动实验,测量并分析不同控制电流下电抗器铁心特殊点的振动加速度大小,并与数值计算结果作对比分析。
刘洋[4]2012年在《电工钢片矢量磁特性模拟问题研究》文中研究说明电工钢片磁特性的模拟是当前计算电磁学研究的热点问题之一。它包括叁个方面的研究内容,一是构建恰当的数学模型来描述材料的磁特性；二是研究与这一数学模型相对应的磁特性测量装置和测量方法,从而恰当地提取材料磁特性数据；叁是研究与材料特性模型相结合的电磁场数值计算方法,解决工程实际问题。研究的目的是通过考虑电工钢片在实际工况下表现出来的矢量磁特性,来准确地估算电气装备铁心中的磁场分布以及损耗分布,以此作为设备优化设计的基础,从而降低铁心损耗,减少局部过热,提高电气装备运行的可靠性。本文即从以上叁方面展开研究。首先介绍了几种典型的磁特性模型,并指出了它们存在的不足之处。鉴于E&S等矢量磁特性模型需要测量任意取向的交变以及旋转磁化条件下电工钢片的矢量磁特性,本文对二维磁特性测量方法进行了研究,并设计了二维旋转磁特性测量系统,以正弦磁场测量作为测试标准,实现了对测试系统的反馈控制,并完成了一种无取向电工钢片和一种取向电工钢片的二维矢量磁特性测量。针对E&S矢量磁特性模型存在的不足,提出了一种改进的E&S矢量磁特性模型。基于上述旋转磁特性测试数据推导了模型中参数的计算方法。为了保留时谐法在有限元计算中省时的优点,同时又能考虑交变磁化以及旋转磁化的影响,提出了一种基于能量密度与损耗特性的复数E&S矢量磁特性模型。在模型中引入了有效磁阻系数与有效磁滞系数来描述电工钢片的矢量磁特性。对上述磁特性模型与有限元分析相耦合方法进行了研究,给出了磁场数值分析公式,基于Fortran语言编制了相应的计算机程序,并采用了不同的计算模型进行计算分析。针对无取向电工钢片和取向电工钢片分别设计了两种铁心模型算例,并运用所提出的磁特性模拟方法进行了有限元分析。对使用改进E&S模型以及复数E&S模型的计算结果进行了对比,表明了本文所提出的两种方法在理论上的合理性和自编计算程序的正确性。除此之外,为了证明本文所提出方法的有效性,将上述磁特性模型的数值计算结果与传统方法使用轧制方向的BH曲线的数值计算结果进行了对比分析,证明了使用本文所提出的方法计算得到的数值分析结果要比传统方法的数值分析结果更加符合实际规律。最后,为了验证所提出方法的计算精度,本文设计并制作了一台叁相变压器铁心模型,采用在铁心中埋置测量线圈的方法测量局部磁场分布,通过对空载运行计算结果与实验结果的对比分析,进一步验证了本文提出方法的有效性。
李晓娜[5]2011年在《基于磁阻率张量模型的电力变压器铁心损耗分析》文中进行了进一步梳理本课题是国家自然科学基金项目“计算电磁学中电工钢片及其组合结构综合电磁特性的精细模拟(基金号：50777042)”和“铁磁材料叁维磁滞特性的测量与模拟”(基金号：50807039)的组成部分之一。电机、变压器等电工产品铁心磁场同时存在交变磁场和旋转磁场,与之对应的铁心损耗分为交变损耗和旋转损耗。受铁磁材料磁特性测量技术的限制,目前国内电气产品生产企业只能利用交变磁化曲线计算铁心损耗,这就导致损耗计算不准确,进而引起局部过热问题。因此,电工钢片旋转磁化特性的测量与模拟问题研究对电工产品精确设计起到至关重要的作用。本课题以此为背景,研究了一种基于二维磁特性测量技术的磁阻率张量模型,并用于变压器铁心磁场计算与损耗分析。具体工作如下：首先,对电工钢片二维磁特性测量装置及方法进行了简单介绍,在此基础上重点分析了目前国际上比较流行的两种描述电工钢片二维磁特性的数学模型,即E&S模型和|B|-θB,分析了它们的优缺点。然后,基于现有二维磁特性测量装置,对电工钢片二维磁特性测量数据进行了分析,给出了描述电工钢片旋转磁化特性的磁阻率张量数学模型,推导了模型中磁参数的数学表达式。由于模型参数对实验测量数据有很强的依赖性,因此,本文较为详细地分析了模型参数在不同磁通密度旋转轨迹下的变化情况。为便于将测量数据反映到磁场的有限元分析中,对模型参数进行了数据插值处理。最后,将上述磁阻率张量模型与磁场的有限元分析结合,推导了考虑旋转磁化特性的磁场有限元公式,编制了相应的FORTRAN程序。分析了叁相变压器铁心磁场及铁心损耗,给出了不同时刻磁场分布图及铁心损耗分布。
刘硕[6]2000年在《磁场数值计算中材料模型问题的研究》文中进行了进一步梳理材料模型问题被称为当今国际电磁计算界的叁大主流问题（材料模型、耦合和优化）之一。它包括两个方面的研究内容：一是研究介质材料电磁特性并给出合适的数学模型；二是研究考虑给定材料特性的场的分析方法。本论文研究了与铁磁材料电、磁特性有关的材料模型问题，主要内容如下： 具有直流偏磁时，铁磁材料的非线性磁化特性更趋复杂，这使得原有的磁场分析方法不再适用或有效，因此带来了如何数值模拟这样电磁系统的问题。本文提出了测量直流偏磁磁特性的双爱波斯坦方圈法并开发了测量装置；揭示了直流偏磁磁化现象；给出了直流偏磁磁化特性和损耗特性的描述方法；提出了相应的直流偏磁磁场及铁损耗的数值计算方法，并进行了验证。 与瞬态分析法和时间周期分析法相比，时谐分析法被认为是高效、实用的涡流场的分析方法。本文研究了将该方法引入非线性涡流分析的条件和铁磁材料等效磁化特性的获得方法。为模拟变截面铁心中的涡流分布，提出了各向异性电导率模型，并推证这样的模型不破坏有限元方程系数阵的对称性。 本文讨论了进行瞬态涡流分析时，铁磁材料磁化特性的选用问题。根据B_m-H_b和B_m-H_m曲线的物理意义，结合用矢量位A和标量位V描述的涡流方程，给出了应该用B_m-H_b曲线进行瞬态涡流分析的理由。 考虑磁滞特性的磁场数值分析的研究方兴未艾。本文研究了Jiles-Atherton磁滞模型及考虑磁滞特性的磁场M-B有限元分析方法，发现了其在处理材料特性上的局限性；为了解决此问题，提出了可考虑矢量磁滞特性的磁场直接分析方法。 铁磁材料磁化特性的测量对平均磁化模型和磁滞模型的建立非常重要。本文研究了电工钢片磁化特性的单片测量方法，并研制了双轭铁单片测量装置。 另外，本文对涡流分析中矢量位的唯一性问题进行了研究，详细推导了采用库仑规范罚函数法的A族和T族涡流方程、交界面条件、边界条件及Galerkin离散方程。
徐春苗[7]2010年在《交变磁通下各向异性电工钢片磁特性模拟》文中研究说明本文的研究受到国家自然科学基金项目“计算电磁学中电工钢片及其组合结构综合电磁特性的精细模拟(基金号:50777042)”和“铁磁材料叁维磁滞特性的测量与模拟”(基金号:50807039)的资助。近几年,国际电磁场计算的叁大热点问题是:耦合问题,优化问题和材料模拟问题。考虑电工钢片复杂磁特性的磁场计算是材料模拟这一研究方向中的主要问题。电工钢片(也称硅钢片)广泛用作各类电机、变压器的铁心材料以构成主磁路,其复杂磁特性的精确模拟关系到电工产品的节能降耗和优化设计,是当前计算电磁学研究的热点问题之一。针对各向异性电工钢片磁特性模拟问题,本文做了以下方面的研究工作:首先,在总结了当前电工钢片磁特性模拟技术的研究现状的基础上,分析了不同模拟方法采用的数学模型的优缺点,从工程应用实际出发研究了在交变磁通下电工钢片磁特性模拟的磁阻率张量模型。为了便于将磁阻率张量模型与有限元计算相耦合,本文通过公式推导对模型进行了简化处理。与传统各向异性模型不同,该模型中磁阻率被表达为磁场强度模值H、方向角θH和磁通密度模值B、方向角θB的函数。其次,利用电工钢片二维磁特性测量系统,获得了磁特性模拟所需的实验数据。为了保证非线性有限元计算的收敛性,利用B-Spline函数实现了测量数据的H=f(B,θB),θH=f(B,θB)曲面拟合。为了解决实验中无法进行高强度值磁通密度的测量问题,本文在最大测量点和饱和点之间用外插函数进行了曲线拟合。最后,推导了耦合磁阻率张量模型的有限元分析公式,给出了非线性有限元牛顿拉夫逊法求解的具体过程,编制了相应的FORTRAN程序。通过对单相变压器铁心模型进行有限元分析,证明了磁阻率张量模型及耦合该模型有限元分析的有效性。
周鹏超[8]2013年在《磁弹型索力传感器磁热力多场耦合分析研究》文中进行了进一步梳理钢缆索作为大跨度桥梁结构最主要的受力及传力部件之一，它的索力状态直接影响桥梁的健康状况。基于磁弹效应的索力检测是一种新型的索力测量方法，与传统的检测方法相比，磁弹法具有精度高、响应快、使用寿命长等优点。目前，虽然已有基于磁弹效应的索力传感器应用于实际的桥梁索力检测，但是这种索力传感器的研制和索力测量是基于大量实验数据的统计和分析，缺乏理论上对影响钢缆索索力测量的磁化特性、应力变化和温度变化的系统分析。本文首先以钢缆索磁化过程中能量守恒为理论基础，以影响索力测量的磁场特性、应力和温度等主要因素作为课题研究的切入点，采用先分析磁-热模型，再分析力-磁模型的间接耦合的方法建立了磁弹型索力传感器的多场耦合理论模型。由于该理论模型是一个高次、多变量的非线性数学方程，因此文中采用计算机逐次迭代的方法对模型进行数值求解。通过对数值结果的对比分析，系统地阐释了励磁特性、应力和温度变化对索力测量的影响机理，并依据模型计算结果给出了传感器工作点、励磁频率、幅度的参考范围。
张为民[9]2006年在《强磁场下永磁材料磁滞特性的数值分析》文中研究说明随着永磁材料性能的提高,用特殊设计的永磁机构来产生强磁场是一种发展趋势,而对强磁场永磁机构的设计必须建立在对永磁材料磁特性准确模拟的基础之上。永磁魔环是一种特殊的永磁机构,由若干充磁方向均匀变化的永磁块组成。通过合理的尺寸设计,可以在其中心位置的有效空腔内产生超过永磁材料自身剩余磁感应强度几倍的磁场。强磁场永磁魔环的装配是一个很复杂的过程,当磁块运动时,施加到同一磁块上的外部磁场的大小和方向在不断变化,磁块的局部可能出现退磁或饱和现象,即产生所谓的“旋转磁化”,涉及矢量磁滞问题。由于问题的难度较大,对这种外场按任意规律变化的旋转磁化问题的研究尚未见成功的报导。 本文详细研究了外磁场按任意规律变化时各向同性永磁材料特性的数值模拟。针对魔环组装过程的复杂性,本文假设组成魔环的各永磁块按照预定路线装配,利用Fortran语言,通过自编程序将Preisach磁滞模型和有限元分析相结合,实现了对强磁场永磁魔环结构装配过程的数值计算。本文所提出的方法将永磁材料的磁滞回环包括局部回环包含到数学模型中,在合理的假设下考虑了计及磁滞效应的“旋转磁化”。 本文应用上述方法,对两种不同材料(钕铁硼、铝镍钴)构成的永磁魔环在装配过程中的动态磁场进行了数值模拟,并与传统简化方法(如电流片等效法)进行了比较,对我课题组做出的增强型魔环的组装过程也进行了数值计算并和实验结果进行了比较,结果表明,在强磁场情况下,所提出的方法能够更好地模拟永磁材料的实际特性,所编制的计算机程序可以获得较高的计算精度。
王永[10]2002年在《硅钢片单片磁化特性计算机自动测量系统的研究》文中研究表明在河北省自然科学基金的资助下，本文选择了“硅钢片单片磁化特性计算机自动测量系统的研究”这一贴近工程实际的课题，具有重要的实用价值。 随着电能的开发和利用，与其相关的软磁材料的应用越来越广泛，其性能的好坏也越来越受到科研工作者的关注。近几十年来采用数值方法对电磁场进行分析以取得了丰硕的成果，但对于考虑磁滞特性的非线性介质的电磁场数值分析进行缓慢，其原因是对于非线性介质磁性材料，很难精确的获取其磁化特性。为了能够更加深入的对电磁场进行研究，首先必须能够精确的测量出磁性材料的磁化特性。 对于磁化特性的测量已经由经典的冲击电流计法发展到以模拟电子积分器为主要单元的半自动测量系统和以模拟电子积分、A／D转换、数据采集为主要单元的计算机控制的自动测量系统。到目前磁化特性的测量方法主要是爱波斯坦方圈法和环形样件法，但不论是爱波斯坦方圈法还是环形样件法，其测量原理和测量方法都有缺陷，不能满足高精度测量的要求。通过对这两种方法的深入研究，针对其测量原理和测量方法的缺陷采用了磁化特性的单片测量方法，并研制了双轭铁单片测量装置。 在进行磁化特性测量时，随着激磁电压的升高，磁感应强度波形将产生畸变。为了能够精确的测量磁化特性必须保证磁感应强度波形为正弦，因此必须对激磁电压波形进行控制。我们在完成了对激磁电压控制的基础上并研究了波形控制的加速算法，从而使磁化特性的测量速度有了很大提高。 对于直流磁化特性的测量，本文采用了用0.5Hz的激磁电压宋代替直流电压进行测量从而使测量方法更加简单。由于激磁电压为0.5Hz，因此其感应电压非常小，甚至小于干扰信号，如何准确的采集到该弱信号是进行直流磁化特性测量的关键。在此本文采用高精度仪用放大器结合数字信号处理技术使其得到解决。 在进行磁化特性测量时，激磁电源也是关键的一部分，我们自行研制了适用于单片测量装置的高功率激磁电源。 随着计算机技术、电子技术和软件技术的飞速发展，虚拟仪器技术已经在测控领域成了新的发展潮流。在此，我们将虚拟仪器技术应用于磁化特性测量中来，从而使测量系统具有友好的人机界面，使测量更加方便，同时可很方便的进行升级。
参考文献：
[1]. 考虑磁滞特性的磁场数值分析及磁特性测量技术研究[D]. 刘福贵. 河北工业大学. 2001
[2]. 电工钢片磁特性测量和模拟方法的研究[D]. 王晓燕. 沈阳工业大学. 2009
[3]. 考虑磁致伸效应的磁控饱和电抗器电磁振动研究[D]. 杨意妹. 天津工业大学. 2017
[4]. 电工钢片矢量磁特性模拟问题研究[D]. 刘洋. 沈阳工业大学. 2012
[5]. 基于磁阻率张量模型的电力变压器铁心损耗分析[D]. 李晓娜. 沈阳工业大学. 2011
[6]. 磁场数值计算中材料模型问题的研究[D]. 刘硕. 河北工业大学. 2000
[7]. 交变磁通下各向异性电工钢片磁特性模拟[D]. 徐春苗. 沈阳工业大学. 2010
[8]. 磁弹型索力传感器磁热力多场耦合分析研究[D]. 周鹏超. 西安石油大学. 2013
[9]. 强磁场下永磁材料磁滞特性的数值分析[D]. 张为民. 沈阳工业大学. 2006
[10]. 硅钢片单片磁化特性计算机自动测量系统的研究[D]. 王永. 河北工业大学. 2002
标签：电力工业论文; 数值分析论文; 电抗器论文; 磁场强度论文; 磁滞损耗论文; 磁化强度论文; 磁滞现象论文; 耦合系数论文; 磁阻效应论文; 二维材料论文; 有限元分析论文; 变压器损耗论文; 振动频率论文; 二维论文; 科普论文;