【摘 要】
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现如今电磁学领域研究范畴内的一个关键问题是软磁材料磁特性的模拟。具体涉及三个方向的内容,包括如何将材料的磁特性用合适的数学模型来描述;以及能对应这种数学模型的测量磁特性的装置和测量方法,以达到合理提取材料磁特性数据的目的;最后涉及将电磁场数值计算方法和材料特性模型相结合,从而解决工程实际问题。研究这三方面可达到用软磁材料于实际运行中的磁特性来精确模拟计算电气设备铁心中磁场和损耗分布的目的,并可作为
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现如今电磁学领域研究范畴内的一个关键问题是软磁材料磁特性的模拟。具体涉及三个方向的内容,包括如何将材料的磁特性用合适的数学模型来描述;以及能对应这种数学模型的测量磁特性的装置和测量方法,以达到合理提取材料磁特性数据的目的;最后涉及将电磁场数值计算方法和材料特性模型相结合,从而解决工程实际问题。研究这三方面可达到用软磁材料于实际运行中的磁特性来精确模拟计算电气设备铁心中磁场和损耗分布的目的,并可作为优化设备设计的理论基础,使得铁心损耗和局部过热降低,电气装备运行具有更高的可靠性。本文主要工作和成果如下。基于原始J-A模型不能准确模拟小磁滞回环的不足,本文提出了一种新的改进动态J-A模型。在原始J-A模型的主微分方程中引入一个可以改变小磁滞回环斜率的缩放因子R,构造出一种新的改进静态J-A模型,并将其与损耗统计理论相结合,形成一种新的动态J-A模型。通过将计算结果与测量结果对比,表明本文所提改进动态J-A模型在模拟含小磁滞回环的磁滞回线上相比原始模型精度提高。机械应力会对铁磁性材料的微观磁畴结构产生影响,宏观上磁性材料的磁滞特性将会产生变化,并引起材料磁损耗的变化,使得电力设备运行过程中的发热现象更加明显。本文首先开展应力下测量磁性材料磁特性的相关实验,分析应力对磁特性的影响,之后在损耗分离法中增加一个非线性损耗分量来模拟应力作用下高频时的磁损耗结果,并且修正损耗分离法中各损耗分量的系数以表示应力的作用。基于以上分析提出一种模拟应力下磁性材料总损耗的解析方法,通过将模拟结果与测量结果对比,表明本文所提解析方法在模拟应力下磁性材料总损耗的有效性。设计制作了一个专门用于测量超薄硅钢片磁特性的25cm爱泼斯坦方圈,测试频率范围是45Hz-1kHz,使用的超薄硅钢样片厚度为0.08mm。用定制的爱泼斯坦方圈测量不同实验条件下超薄硅钢样片的磁滞回线并和实验室BROCKHAUS-MPG200电工钢测量系统测试结果进行对比,证明所定制爱泼斯坦方圈的精度。将磁滞模型与有限元分析相结合,推导了磁场有限元数值分析公式,编制了相应的计算机程序,针对无取向电工钢片运用所提出的磁特性模拟方法进行了有限元分析。结果表明所提方法的准确性。
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