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零磁通霍尔电流传感器磁路仿真

化工自动化及仪表 2011年第10期38卷 1200-1202页

作者：李傲梅王林森中国科学院等离子物理研究所合肥230031 解放军炮兵学院合肥230022

在分析霍尔电流传感器磁路的基础上,推导出零磁通霍尔电流传感器的直流传递函数,并根据这个传递函数,运用ANSYS对该类传感器的磁路进行三维空间电磁场仿真,得到了磁场强度和磁感应强度矢量的仿真模型,与磁路模型和传感器电路模型的分析... 详细信息

在分析霍尔电流传感器磁路的基础上,推导出零磁通霍尔电流传感器的直流传递函数,并根据这个传递函数,运用ANSYS对该类传感器的磁路进行三维空间电磁场仿真,得到了磁场强度和磁感应强度矢量的仿真模型,与磁路模型和传感器电路模型的分析结果进行对比,该模型可用于闭环霍尔电流传感器对极向场电源系统±15kA双向直流大电流的检测。

关键词：霍尔电流传感器磁路模型电路模型三维空间磁场仿真

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电磁机构中非线性永磁体分布参数模型的研究

电磁机构中非线性永磁体分布参数模型的研究

作者：吴金龙福州大学

学位级别：硕士

永磁机构不仅能够实现传统电磁机构的全部功能,还具有高可靠、高节能、抗晃电以及无温升等诸多优点,因而得到了越来越多的普及。电磁机构能够稳定可靠的工作,关键在于吸力与反力特性的配合。目前,基于传统的永磁集总参数模型构造系统等... 详细信息

永磁机构不仅能够实现传统电磁机构的全部功能,还具有高可靠、高节能、抗晃电以及无温升等诸多优点,因而得到了越来越多的普及。电磁机构能够稳定可靠的工作,关键在于吸力与反力特性的配合。目前,基于传统的永磁集总参数模型构造系统等效磁路的方法,求解电磁机构吸力特性的精度还比较低。针对永磁集总参数等效磁路模型存在的吸力求解精度较低的问题,本文通过Ansoft软件对电磁机构永磁体磁场分布进行仿真分析,结果表明由于存在漏磁效应和端面气隙扩散磁通,使得永磁体内部磁感应强度分布并不均匀。为了提高电磁吸力的求解精度,提出了根据永磁体内磁场疏密不同的分布,对永磁体沿磁化方向和垂直于磁化方向进行分块的永磁体分布参数模型,并通过永磁接触器实例进行分析计算并得到其静态吸力值。将永磁体分布参数模型静态吸力特性计算值与永磁体集总参数模型的计算值、有限元仿真值以及实测值进行对比分析,表明采用永磁体分块的分布参数磁路模型可以获得较高的计算精度。在静态吸力特性求解的基础上,本文提出根据不同励磁电流情况获得的动铁心静态吸力曲线簇以及仿真得到的静态线圈磁链曲线簇,结合永磁接触器动态微分方程组,求解永磁接触器动铁心的动态特性。该方法获得的动铁心位移动态数据与以高速摄像机为核心的电磁机构动态检测平台测量得到的动铁心位移动态数据相比,具有较高的一致性和求解精度,验证了所提出永磁体分布参数模型在求解永磁机构动态过程时的有效性和合理性。对动铁心位移-时间曲线做进一步的数据处理,继而又可得到永磁接触器的动态吸力特性。电磁机构中只有动态吸力特性才是吸反力特性配合的真实过程。研究表明,基于永磁分布参数模型在计算动铁心静态吸力和动态吸力方面可以获得较高的计算精度,且具有建模方便、参数易修改、计算快速等优点,本文的研究成果为永磁机构设计和优化分析提供了一种有效的方法。

关键词：永磁接触器永磁分块磁路模型静态吸力动态吸力

管道漏磁内检测不同磁路特征的管道缺陷特性研究

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管道漏磁内检测不同磁路特征的管道缺陷特性研究

作者：徐龙沈阳工业大学

学位级别：硕士

随着国民经济水平和装备制造生产力的显著提高,石油、天然气等国家战略能源的重要性逐日提升,能源的长距离管道运输带来的安全问题不容忽视。但是,我国的能源运输管道网线规格不一、在役年限长久、分布错综复杂、运输距离过长、建管时间... 详细信息

随着国民经济水平和装备制造生产力的显著提高,石油、天然气等国家战略能源的重要性逐日提升,能源的长距离管道运输带来的安全问题不容忽视。但是,我国的能源运输管道网线规格不一、在役年限长久、分布错综复杂、运输距离过长、建管时间久,对管道检测的效率和安全性提出了巨大考验。在多种管道缺陷检测方法中,漏磁检测在效率、安全、成本方面有其突出的优势。在漏磁检测装置中,主要以永磁励磁方式为主进行轴向励磁,在励磁过程中存在着磁路的设计优化、永磁体几何尺寸、永磁体充磁能量以及管道间的材料特性等问题,解决这些问题对提高漏磁检测的效率、减小检测成本有一定的意义。针对漏磁检测中的永磁磁路优化以及仿真模型不够准确问题,基于漏磁检测及工程电磁场原理对永磁磁路进行分析,得到永磁磁路的磁化特点及其影响因素;提出了一种以直流电磁铁为励磁源的仿真模型,分析电磁励磁的磁路模型,通过COMSOL有限元法多物理场分析,分别建立具有相同磁化效果的两种励磁方式的仿真模型。研究不同的管道磁路特征的管道缺陷及特殊部件的磁路特性,探求电磁励磁模型与永磁励磁模型之间的联系与区别。采用管道漏磁内检测装置进行实验,对不同磁路特征的管道缺陷及管道特殊部件进行检测,对比仿真数据与实验数据,分析磁感应强度分布特点,对电磁励磁仿真模型的准确性进行验证。结果表明:相同的模型几何尺寸下,调整电磁铁参数可使电磁励磁与永磁励磁具有相同的磁化效果;对于不同磁路特征所表现出来磁通密度的特性,与永磁励磁仿真模型相比,电磁励磁仿真模型表现的形态趋势相同且结果更加贴近实验数据,证明了从电磁场角度来分析永磁磁路的可行性;电磁励磁仿真数据与实验数据存在线性比例关系,从而建立一种可以准确描述永磁磁路的电磁励磁仿真模型。对于分析永磁磁路的设计优化以及提高检测准确性具有重要意义。

关键词：永磁励磁方式电磁励磁方式磁路模型磁通密度漏磁场计算管道漏磁内检测有限元分析

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磁芯环线圈感应热像系统

磁芯环线圈感应热像系统

作者：赵健电子科技大学

学位级别：硕士

无损检测技术是可靠性保障和结构健康监测的重要手段,感应热像检测作为一种新型无损检测技术,结合了涡流检测技术和热像检测技术的优势,具有对近表面缺陷敏感、缺陷空间分辨率高、可直观显示缺陷位置、可非接触在役检测、检测结果易于... 详细信息

无损检测技术是可靠性保障和结构健康监测的重要手段,感应热像检测作为一种新型无损检测技术,结合了涡流检测技术和热像检测技术的优势,具有对近表面缺陷敏感、缺陷空间分辨率高、可直观显示缺陷位置、可非接触在役检测、检测结果易于存储等特点。该技术近年来发展迅速,已广泛应用于冶铁、电力、核工业、军事、运输、石油等多个领域,但目前仍存在单次可检测面积小、对倾角缺陷检测鲁棒性差、允许的提离距离小、对曲面构件的检测能力差等限制,为解决上述限制,本文提出了一种新型磁芯环线圈感应热像系统,其可收集空间磁通与磁能并注入被检对象,在被检对象内形成均匀高强辐射状磁场与环形涡流场,有效提高了感应热像系统的检测能力。本文首先建立了所提磁芯环线圈感应热像系统基于磁阻的电磁感应模型和基于辐射的热像采集模型,从理论层面解释了所述系统的检测优势,包括:单次可检测面积大、对倾角缺陷检测鲁棒性好、允许的提离距离大、检测结果信噪比高等;其次,结合理论模型与数值实验分析了磁芯环感应器空间磁场、被检对象内磁场和涡流场的特征;再次,通过有限元数值实验与实际验证实验评估了磁芯环线圈的实际检测能力。数值实验包括多倾角实验、单次可检测面积实验、曲面试件实验三组,每组均由磁芯环感应器实验与直导线感应器对照实验组成,被检构件包括铁磁性材料试件和非铁磁性材料试件。验证实验包括人工缺陷和自然缺陷检测实验,两类实验均以直导线感应器检测实验作为对照,实验试件包括铁磁性材料试件和非铁磁性材料试件,人工缺陷验证实验的设置与数值实验相同,用于验证数值实验;自然缺陷实验用于进一步检验磁芯环感应器的实际检测能力,被检对象包括铁磁性钢轨试件与非铁磁性晶界腐蚀缺陷试件。理论分析与实验验证表明,磁芯环感应器对铁磁性材料和非铁磁性材料构件均具有良好的检测能力,整体检测能力优于传统感应器。其优势在于对倾角缺陷的检测鲁棒性好,单次可检测面积不小于26000mm,对较规则曲面构件的检测能力好,检测结果信噪比平均高于传统直导线感应器3倍以上。最后,本文通过对磁芯环感应器的分析总结了感应器设计的参考准则,并展望了进一步改进与应用的方向。

关键词：感应热像检测无损检测故障诊断裂纹磁路模型

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电动车开关磁阻电机启动噪声抑制的实现

电动车开关磁阻电机启动噪声抑制的实现

作者：金文辉东南大学

学位级别：硕士

开关磁阻电机(Switched Reluctance Machine,简称SRM)具有结构简单、制造成本低、启动性能好、系统鲁棒性强、无需稀土资源等优点,使其在电动汽车等领域具有良好的发展前景。但由于其双凸极结构的特殊性,在启动过程中振动噪声较大,尤其... 详细信息

开关磁阻电机(Switched Reluctance Machine,简称SRM)具有结构简单、制造成本低、启动性能好、系统鲁棒性强、无需稀土资源等优点,使其在电动汽车等领域具有良好的发展前景。但由于其双凸极结构的特殊性,在启动过程中振动噪声较大,尤其是发生偏心故障时,会产生更大的噪声,限制了其在家用电器、电动汽车等噪音敏感领域的应用。因此,研究开关磁阻电机启动阶段偏心故障下的振动噪声抑制方法对于拓宽其应用领域至关重要。本文针对SRM转子静态偏心故障对启动振动噪声的影响展开研究并提出抑制方法。其主要内容如下:1)对SRM启动噪声原因进行分析。基于有限元分析方法分析了转子静态偏心对气隙磁密、径向力、转矩等参数、性能的影响,揭示了转子静态偏心将产生径向力变化及不平衡力,进而引起振动噪声;2)启动阶段电机工作在电流斩波模式,根据斩波电流波形的特点,本文提出了基于各极电流独立控制与电流分区偏心补偿的振动抑制方法,并基于完整磁路模型建立了径向力与绕组电流的解析计算关系,但由于求解过程极其复杂,因此,在保证模型准确度的情况下,本文进一步提出简化磁路模型,建立基于简化磁路模型的径向力与绕组电流的解析计算关系,从而计算得到斩波电流参考值,获得电流控制参数。之后再通过独立控制各极绕组斩波电流参考值以控制各极电流,进而控制各极径向力,减小径向力变化及不平衡力,达到偏心补偿的效果,实现对启动阶段振动噪声的抑制;3)针对一款12/8极三相SRM,本文基于MATLAB/Simulink分别搭建了传统三相控制方式及所提各极电流独立控制方式仿真模型,验证了偏心补偿及启动阶段振动抑制方法的有效性;4)本文设计了SRM驱动系统软、硬件平台,并搭建了振动测试平台进行实测分析,实测结果同样验证了所提方法的有效性。实测结果表明,采用基于各极电流独立控制与电流分区偏心补偿的振动抑制方法,可将由偏心引起的附加振动加速度峰值减小68.8%,达到了设计指标的要求。

关键词：开关磁阻电机静态偏心磁路模型不平衡力各极电流独立控制

电动自行小车系统（EMS）无接触供电拾电器的研发与应用

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电动自行小车系统（EMS）无接触供电拾电器的研发与应用

作者：侯隆斌南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着现代化工业的发展,物流自动化装备供电技术出现了许多新的要求。基于电缆拖链、滑触线和蓄电池的自动化装备,在某些场合由于有局限性已难以满足这种要求。而无接触供电（CPS）技术依靠其安全性好、可靠性高、维护费用低以及环境友... 详细信息

随着现代化工业的发展,物流自动化装备供电技术出现了许多新的要求。基于电缆拖链、滑触线和蓄电池的自动化装备,在某些场合由于有局限性已难以满足这种要求。而无接触供电（CPS）技术依靠其安全性好、可靠性高、维护费用低以及环境友好等特点,适应了物流自动化装备发展的最新要求。本文以工业物料输送系统中典型的电动自行小车系统（EMS）为例,研究了无接触供电技术及其在EMS的应用。在详细阐述了无接触供电系统基本原理和结构的基础上,分析了EMS无接触供电系统拾电器（Pickups）的关键技术,提出了拾电器研究与开发的技术方案。本文研究的重点在于拾电器的电磁机构和电路结构。首先,分析了电磁机构的材料和损耗,建立了电磁机构的磁路模型,并运用ANSYS软件对电磁机构进行仿真分析,确定了原边电缆和绕组线圈的最佳位置关系。其次,针对电路部分,基于传统的并联谐振与串联谐振补偿电路,重点讨论了LCL谐振补偿电路的特性,提出了一种在一定负载范围内具有稳定电压输出的拾电器电路,为有效提高拾电器的性能打下了技术基础。本文以江苏省物流自动化装备工程技术研究中心EMS无接触供电系统试验线为基础,对自行开发的拾电器样机经过不断的实验和改进,解决了大量在实际应用中的技术问题,实现了对电动自行小车的无接触供电,满足了用户的应用要求。最后对全文的研究内容进行了简要的总结,并对进一步的研究进行了展望。

关键词：电动自行小车系统无接触供电拾电器磁路模型 LCL拓扑

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双向DC/DC变换器的磁集成技术研究

双向DC/DC变换器的磁集成技术研究

作者：李久振辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

本文通过对电感器进行合理的结构设计,将集成磁件运用到交错并联双向DC/DC变换器中,其优点是能够提高该变换器各性能和轻载效率等指标。因此设计出一种新型耦合电感器的结构,即“EIE”形电感结构。根据结构图分析并画出其基本的磁路模... 详细信息

本文通过对电感器进行合理的结构设计,将集成磁件运用到交错并联双向DC/DC变换器中,其优点是能够提高该变换器各性能和轻载效率等指标。因此设计出一种新型耦合电感器的结构,即“EIE”形电感结构。根据结构图分析并画出其基本的磁路模型结构,以及改进的磁路模型结构,接着分析出来其设计的方法,然后研究“EIE”形耦合电感器结构的磁通和气隙的分布情况,用Maxwell Ansoft三维电磁场软件,仿真其磁感应强度以及磁力线。最后通过相关实验来验证,由实验得出该“EIE”形耦合电感器的结构具有减小铜耗和能节约铜材,使磁压分布更均匀的特点。在磁集成交错并联双向DC/DC变换器中引入该“EIE”形耦合电感器的结构,结果表明该结构的电感电流的波形相对比较平滑,输出的电压纹波比较小,当开关管开通和关断时,其电流的尖峰也比较小。对于本文中的“EIE”形耦合电感器结构,两相线圈采用反向耦合的耦合方式,能够消减部分直流偏磁,降低磁芯损耗,提高效率。分析磁通分布并建立考虑气隙边缘时和不考虑气隙时的磁路模型和改进磁路模型。对于自感,漏感,互感以及空气磁阻的计算采用空间切割法来计算,并得出其性质和方法设计,并通过实验验证以及三维有限元仿真软件验证本文所提出的“EIE”形电感器结构有效性以及设计方法的正确性。

关键词：双向DC/DC变换器交错并联磁集成 “EIE”形耦合电感器磁路模型

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功率级高频耦合薄膜微电感的分析与设计

功率级高频耦合薄膜微电感的分析与设计

作者：陈义祥福州大学

学位级别：硕士

网络信息技术的飞速发展推动处理器频率不断提高,也对处理器供电电源的容量、功率密度和动态响应等提出新要求。为了进一步提升处理器电源的供电质量,减小高频下引线寄生参数的影响,人们试图将处理器与供电电源集成在一起,实现供电电源... 详细信息

网络信息技术的飞速发展推动处理器频率不断提高,也对处理器供电电源的容量、功率密度和动态响应等提出新要求。为了进一步提升处理器电源的供电质量,减小高频下引线寄生参数的影响,人们试图将处理器与供电电源集成在一起,实现供电电源芯片化。电源要实现芯片化,其工作频率需要提升到兆赫兹甚至是上百兆赫兹,才能使电源体积减小到与处理器大小相当。由于半导体器件技术、封装技术以及高密度电容集成技术的发展,目前限制电源芯片化的最大瓶颈是电感的集成。工作频率为兆赫兹级的薄膜微电感具有尺寸小,重量轻,电感密度高的特点,是实现电源芯片化的关键突破点。本文在此背景下以两路耦合的跑道型薄膜微电感为研究对象,主要研究磁路模型,绕组损耗解析算法以及结构参数的优化设计,具有理论研究意义和工程实用性。论文首先介绍高频薄膜微电感采用反耦合方案的必要性,分析了磁路磁阻在多因素影响下的变化情况,根据磁场分布建立两路耦合跑道型薄膜微电感的常规磁路模型,用于指导薄膜微电感的初步设计。在常规磁路模型的基础上建立改进型磁路模型,能很好地反映薄膜微电感性能参数在频域上的非线性变化。闭合磁芯的薄膜微电感窗口内的磁场分布有明显二维特性,一维解析算法计算其绕组损耗精确度很差。文中分析薄膜微电感绕组中的磁场分布特点,计算出绕组四周边沿的磁场强度,并将绕组所处的二维磁场分解为垂直场和水平场,进而提出薄膜微电感绕组交流损耗的二维解析算法,并证实该算法的准确性,误差可控制在6%以内。薄膜微电感采用反耦合方案提高电源模块的性能,但耦合绕组的电流之间存有相位差,电流相位差使电感内的磁场分布发生改变,引起绕组交流损耗的显著变化。文中分析跑道型耦合薄膜微电感在不同电流相位差下的磁场分布情况,通过准确提取相应频率下的电阻矩阵,建立不同电流相位差下的绕组损耗解析算法,且用有限元软件仿真结果验证了本文耦合薄膜微电感绕组损耗解析算法的准确性和实用性。论文最后详细分析跑道型耦合薄膜微电感各个几何结构参数对电感高频性能的影响。由于不同结构参数之间对耦合薄膜微电感高频性能的影响具有有关联性,为了得到耦合薄膜微电感的最优设计方案,文中采用多变量分析方法,利用多学科设计优化集成平台iSIGHT联合Ansoft Maxwell进行设计,并给出优化设计后耦合薄膜微电感的频域特性曲线。

关键词：耦合薄膜微电感磁路模型绕组损耗相位差结构参数优化

基于Play模型的软磁材料磁滞特性模拟与实验研究

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基于Play模型的软磁材料磁滞特性模拟与实验研究

作者：杜莹雪华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

软磁材料广泛应用于变压器、电机等电力设备中,其磁滞特性与损耗特性的准确快速模拟及计算对电力设备本身的运行效率分析以及优化设计具有十分重要的意义。在电力设备的实际运行中,铁心中的磁通密度通常是带有一定谐波分量的非正弦波以... 详细信息

软磁材料广泛应用于变压器、电机等电力设备中,其磁滞特性与损耗特性的准确快速模拟及计算对电力设备本身的运行效率分析以及优化设计具有十分重要的意义。在电力设备的实际运行中,铁心中的磁通密度通常是带有一定谐波分量的非正弦波以及高频正弦波,因此需要建立对应非正弦激励下以及高频下的磁滞模型对软磁材料的磁滞特性与损耗特性进行模拟计算。本文基于Play模型对软磁材料的磁滞及损耗特性进行模拟与实验研究,主要研究内容和成果如下:1)针对现有逆Play模型需要使用大量实验数据以提高形状函数参数辨识的精度导致实用性较差的问题,提出了将一阶回转曲线的数值生成方法与优化算法结合,将Play模型形状函数参数的提取问题转化为优化问题,以此得到一种准确且实用的逆Play模型形状函数参数辨识方法。2)提出一种可准确快速模拟非正弦激励下包含偏置小磁滞回环的软磁材料磁滞特性的改进逆Play模型。相较于传统逆Play模型,该模型利用数值方法生成的非均匀间隔一阶回转曲线数据调整Play磁滞算子以及内部状态值、提取逆Play模型形状函数参数,同时利用三角形激励代替非正弦输入激励,从而提高在不同谐波下的软磁材料磁滞特性模拟精度、计算速度。3)将磁路模型与逆Play模型结合实现了准确模拟磁性材料动态磁滞特性以及计算动态损耗。首先,从能量守恒的角度出发,在损耗统计理论的基础上,分析各个磁场强度分量与损耗分量之间的转换关系;而后,将等效磁路模型引入到涡流损耗与剩余损耗对应磁场强度分量的计算中,推导相应部分的磁场强度分量解析表达式,并计算动态损耗;对于磁滞损耗以及对应的磁场强度分量,利用改进后的逆Play模型进行计算;最终,通过将各个磁场分量与损耗分量叠加,建立一种新的软磁材料动态磁滞特性与损耗的模拟计算方法。

关键词：软磁材料逆Play模型非正弦激励磁路模型磁滞特性模拟损耗计算