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考虑频率效应的正弦及直流偏磁条件电工钢磁滞特性模拟及验证

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中国电机工程学报 2021年第23期41卷 8178-8186页

作者：赵志刚马习纹姬俊安省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300130

为研究频率对正弦及直流偏磁条件磁性材料磁滞特性的影响,该文在静态J-A磁滞模型的基础上,考虑动态损耗对磁滞回线的影响,建立动态J-A磁滞模型,并利用混合优化算法和损耗分离理论提取静态模型参数与动态损耗系数。搭建磁性能测试系统,... 详细信息

为研究频率对正弦及直流偏磁条件磁性材料磁滞特性的影响,该文在静态J-A磁滞模型的基础上,考虑动态损耗对磁滞回线的影响,建立动态J-A磁滞模型,并利用混合优化算法和损耗分离理论提取静态模型参数与动态损耗系数。搭建磁性能测试系统,实验获得不同频率正弦及直流偏磁工况电工钢磁滞特性与损耗特性数据,分析频率对磁滞特性的影响规律。基于该规律提出一种可以考虑静态参数频率效应的磁滞建模方法,并用于模拟不同频率正弦及偏磁工况电工钢磁滞特性。通过与实验数据进行对比,结果表明:相较于传统建模方法,该文所提建模方法的仿真结果与实测磁滞特性数据吻合较好,验证了建模方法的正确性和有效性。

关键词：直流偏磁频率效应动态J-A磁滞模型磁滞特性

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考虑趋肤效应的铁磁材料宽频损耗分离模型

中国电机工程学报 2022年第14期42卷 5374-5382页

作者：赵志刚林琪铭姬俊安马习纹省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300130

为在较宽频率范围内准确计算变压器铁心损耗,该文在不同频率下对铁磁材料的磁滞特性及损耗特性进行了测量,并基于损耗分离模型进行分析。为考虑趋肤效应对涡流损耗的影响,计算过程中分别采用不同形式的实数、复数磁导率表示材料磁感应... 详细信息

为在较宽频率范围内准确计算变压器铁心损耗,该文在不同频率下对铁磁材料的磁滞特性及损耗特性进行了测量,并基于损耗分离模型进行分析。为考虑趋肤效应对涡流损耗的影响,计算过程中分别采用不同形式的实数、复数磁导率表示材料磁感应强度与磁场强度的本构关系。研究发现,采用磁导率描述本构关系时,其数值不能从近似的直流磁化曲线中提取,而应将其视为随频率变化的量。基于上述结论,该文基于损耗分离理论对铁磁材料内部的磁场进行分离,并基于异常损耗场提出一种实数磁导率近似方法,从而实现基于少量低频下的测量数据预测材料在较宽频率范围内的损耗特性。

关键词：损耗分离趋肤效应磁导率宽频率

基于AFSA与PSO混合算法的J-A动态磁滞模型参数辨识及验证

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仪器仪表学报 2020年第1期41卷 26-34页

作者：赵志刚马习纹姬俊安河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

Jiles-Atherton (J-A)磁滞模型静态参数辨识结果直接影响其对变压器铁心磁滞特性的预测效果。针对目前单一智能算法存在的寻优能力差、计算时间长等问题,提出了一种人工鱼群算法与优化惯性权重线性递减粒子群优化算法相结合的混合算法... 详细信息

Jiles-Atherton (J-A)磁滞模型静态参数辨识结果直接影响其对变压器铁心磁滞特性的预测效果。针对目前单一智能算法存在的寻优能力差、计算时间长等问题,提出了一种人工鱼群算法与优化惯性权重线性递减粒子群优化算法相结合的混合算法。搭建变压器铁心磁性能测试系统,对正弦激励下变压器铁心的磁滞特性和损耗特性进行实验研究。对比分析了所提混合算法与其他单一智能算法对J-A模型的参数辨识速度与精度。结果表明,混合算法辨识结果的均方根误差仅为0.006 9,低于其他单一智能算法的相应结果,证明了该混合算法相较于其他单一智能算法,具有不易陷入局部最优解、收敛速度快、参数辨识精度高等优点。此外,考虑交变磁场下动态损耗分量对变压器铁心磁滞特性的影响,修正现有动态损耗系数求解方法,建立了J-A动态磁滞模型。通过对比动态磁滞回线模型预测结果与实验数据,验证了该方法的正确性与有效性。

关键词： Jiles-Atherton磁滞模型混合算法变压器铁心磁滞回线

基于Energetic模型的直流偏磁条件下电工钢片磁特性模拟及实验验证

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中国电机工程学报 2020年第14期40卷 4656-4665页

直流偏磁条件下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁磁材料磁滞和损耗特性的影响,该文首先在静态Energetic磁滞模型的基础上,考虑涡流损耗和异常损耗对磁滞回线的影响,建立动态Energe... 详细信息

直流偏磁条件下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁磁材料磁滞和损耗特性的影响,该文首先在静态Energetic磁滞模型的基础上,考虑涡流损耗和异常损耗对磁滞回线的影响,建立动态Energetic模型,并利用优化算法和损耗分离理论分别提取无偏磁条件的静态Energetic磁滞模型参数和动态损耗系数。通过对比磁滞回线仿真结果与实测数据,验证了所建模型的准确性;其次,搭建磁性能测试系统,实验获取了不同偏磁工况下电工钢片的磁滞特性和损耗特性数据,并分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗(涡流损耗与异常损耗之和)的影响规律;最后,基于上述分析结果,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者吻合较好,验证了该文方法的正确性。

关键词：直流偏磁动态Energetic模型爱泼斯坦方圈磁损耗磁滞回线

谐波激励条件下铁心动态Energetic建模与验证

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电工技术学报 2020年第20期35卷 4241-4250页

作者：赵志刚马习纹姬俊安张鹏省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

谐波激励条件下,表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环,导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗,该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论,建立综... 详细信息

谐波激励条件下,表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环,导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗,该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论,建立综合考虑谐波特征的动态Energetic谐波磁滞模型。实现人工鱼群算法结合归一化处理技术对传统静态Energetic谐波磁滞模型参数的辨识,并提出一种可以有效考虑局部回环影响的动态损耗系数求解方法。搭建磁通密度波形可控的变压器铁心磁性能测试平台,对不同谐波阶次、谐波含量、谐波相位激励条件下的变压器铁心磁滞特性和损耗特性进行实验研究。通过模型仿真结果与实验数据的对比,验证了该文所建动态Energetic谐波磁滞模型的正确性和有效性。

关键词：谐波激励局部回环动态Energetic谐波磁滞模型铁心损耗磁滞特性

基于动态J-A模型的直流偏磁条件下电工钢磁特性模拟及实验验证

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高电压技术 2020年第6期46卷 2081-2089页

作者：赵志刚姬俊安马习纹李晓雪省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分... 详细信息

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分别辨识与计算未引入直流偏磁量的静态模型参数和动态损耗系数,并通过仿真结果与实测数据对比,验证了模型的准确性。搭建电工钢磁性能测试系统,获得不同直流偏磁条件下电工钢的损耗及磁性能数据,并用于分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗的影响规律。基于分析得到的规律,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者拟合较好,验证了该方法的正确性和有效性。

关键词：直流偏磁动态J-A模型磁性能测试系统磁滞回线磁损耗

考虑磁通波形特征的谐波磁损耗计算方法及验证

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电网技术 2021年第2期45卷 811-817页

作者：赵志刚徐曼胡鑫剑马习纹张鹏省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300132 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300132

考虑到当前电力系统中变压器铁心损耗计算复杂的问题,提出一种用于谐波激励条件下变压器铁心损耗计算的改进Bertotti损耗模型。首先根据变压器的实际运行情况,基于正弦激励条件下测量的实验数据,采用数值拟合法确定修正的Bertotti损耗... 详细信息

考虑到当前电力系统中变压器铁心损耗计算复杂的问题,提出一种用于谐波激励条件下变压器铁心损耗计算的改进Bertotti损耗模型。首先根据变压器的实际运行情况,基于正弦激励条件下测量的实验数据,采用数值拟合法确定修正的Bertotti损耗模型的系数。之后,综合考虑谐波相位、含量、阶次的变化对材料磁性能的影响,引入磁滞、涡流、剩余损耗修正因子对正弦条件下确定的Bertotti损耗模型进行修正,得到改进的Bertotti损耗模型。最后,在多种工况下将改进的Bertotti损耗模型计算得到的损耗值,与叠片铁心模型测量得到的损耗值进行对比,结果表明,所提模型在谐波激励条件下具有良好的适用性,并且能考虑局部磁滞回环对铁心损耗的影响,计算误差小于8%,满足工程上的精度要求,验证了所提改进Bertotti模型的有效性与适用性。

关键词：变压器铁心损耗模型谐波激励磁特性

基于改进Preisach模型的电工钢片磁特性模拟

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高电压技术 2021年第6期47卷 2149-2157页

作者：赵志刚张鹏马习纹胡鑫剑徐曼省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

为实现电工钢片磁滞特性的准确模拟,针对经典Preisach磁滞模型无法精确描述材料磁化过程中可逆磁化的问题,基于对可逆磁化过程和可逆磁导率实验数据的分析,通过引入含参数的指数函数表征可逆磁化分量;同时,针对不可逆磁化分布函数难以... 详细信息

为实现电工钢片磁滞特性的准确模拟,针对经典Preisach磁滞模型无法精确描述材料磁化过程中可逆磁化的问题,基于对可逆磁化过程和可逆磁导率实验数据的分析,通过引入含参数的指数函数表征可逆磁化分量;同时,针对不可逆磁化分布函数难以确定的问题,采用两个1维函数乘积的形式对其进行表征,进而建立Everett函数,实现了不可逆磁化分量的确定,最终建立了一种可以考虑可逆磁化分量的改进Preisach模型。搭建了电工钢磁特性测试平台,对其在不同频率正弦激励条件下的磁滞特性进行了实验研究,并将模型仿真结果和实验结果进行对比分析。研究结果表明,所提出的改进Preisach模型对两种硅钢片磁滞特性模拟误差在10%以内。

关键词： Preisach模型电工钢片可逆磁化不可逆磁化磁滞特性

考虑畸变磁通影响的铁磁材料损耗分离方法研究

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中国电机工程学报 2020年第22期40卷 7490-7498页

作者：赵志刚胡鑫剑徐曼马习纹张鹏省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300132 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300132

为了提高损耗分离模型在谐波激励条件下的计算精度,该文对磁通畸变时铁磁材料的磁滞特性及损耗特性展开实验研究。研究发现,无论局部磁滞回环位于磁化环路还是反磁化环路,只要其相对于B=0轴的"高度"不变且幅值不变,则其对于动态磁化过... 详细信息

为了提高损耗分离模型在谐波激励条件下的计算精度,该文对磁通畸变时铁磁材料的磁滞特性及损耗特性展开实验研究。研究发现,无论局部磁滞回环位于磁化环路还是反磁化环路,只要其相对于B=0轴的"高度"不变且幅值不变,则其对于动态磁化过程的影响是相同的,宏观上表现为引起相同大小的损耗增加;此外,无论是否出现局部磁滞回环,谐波磁滞损耗总会随着磁通密度波形畸变程度的变化而变化,此时传统计算方法已不再适用,必须对其进行改进。该文通过引入各次谐波幅值的加权方和根得到谐波磁滞损耗修正系数;此外,综合考虑集肤效应和去磁效应对涡流损耗的影响,并引入频率无关项对异常损耗项进行修正,从而建立可以有效考虑畸变磁通影响的改进损耗分离模型。通过对比多种谐波激励条件下磁损耗的测量值及计算值,验证所提改进损耗分离模型的准确性和可行性。

关键词：铁磁材料谐波激励畸变磁通损耗分离