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非正弦激励下换流变压器绕组损耗和温度分布特性

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华北电力大学学报(自然科学版) 2024年

作者：殷家祺孙海峰华北电力大学电力工程系

为准确研究换流变压器绕组在非正弦激励下的损耗和温度分布特性，给换流变压器的绝缘性能评估提供依据，采用精细化建模的思路，以某台工频50Hz、容量317.6MVA的换流变压器为例，建立了其绕组的二维轴对称模型。采用电磁—流体—温度场... 详细信息

为准确研究换流变压器绕组在非正弦激励下的损耗和温度分布特性，给换流变压器的绝缘性能评估提供依据，采用精细化建模的思路，以某台工频50Hz、容量317.6MVA的换流变压器为例，建立了其绕组的二维轴对称模型。采用电磁—流体—温度场耦合计算方法分别对工频激励和额定工况非正弦激励下换流变绕组的损耗和温度进行了计算。与工频激励情况相比，非正弦激励下绕组端部和内测损耗增长显著，其中，绕组端部饼损耗增长33.23%，绕组内测整体损耗增长20.74%；非正弦激励下绕组平均温度上升5.57℃，其中，绕组热点温度上升16.69℃，整体分布因涡流效应的影响而向绕组内侧和端部集中。结果显示，采用多物理场耦合计算的精细化模型的损耗计算结果更接近出厂试验测量值，比整体模型更准确。

关键词：换流变压器绕组非正弦激励多物理场耦合损耗温度

非正弦激励下纳米晶材料高频磁心损耗的计算方法改进与验证

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电工技术学报 2023年第5期38卷 1217-1227页

作者：刘欢李永建张长庚穆生辉金楚皓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

软磁材料广泛应用于各种电气设备的铁心,磁心损耗的精确计算关系着电气设备的效率。尤其是高频非正弦激励条件下磁心损耗的精确计算,是逆变器、电力电子变压器和高频电抗器等电力电子装置的优化设计的重要组成部分。该文首先总结了几种... 详细信息

软磁材料广泛应用于各种电气设备的铁心,磁心损耗的精确计算关系着电气设备的效率。尤其是高频非正弦激励条件下磁心损耗的精确计算,是逆变器、电力电子变压器和高频电抗器等电力电子装置的优化设计的重要组成部分。该文首先总结了几种非正弦激励下的磁心损耗的计算方法,对比几种改进的Steinmetz经验公式,分析磁化过程对磁心损耗的影响;然后提出一种考虑磁感应强度变化率的改进Steinmetz波形系数公式(WcSE)计算模型,推导出高频方波和矩形波激励下的损耗计算表达式;接着搭建高频非正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统,在频率为10~70kHz范围内对环形纳米晶样品(FT-3KL和FT-3KS)进行不同占空比的方波和矩形波激励下的高频磁特性实验,得到方波和矩形波激励下的磁心损耗实验测量值;最后对比实验值和几种修正Steinmetz模型的计算值,并进行误差分析,得到改进的WcSE计算模型的平均计算误差在20%以内,均小于Steinmetz修正公式、修正广义Steinmetz公式和WcSE的计算误差的结论,验证了所提改进的WcSE新模型的计算精确性,为电力电子装置的磁心损耗预测以及优化设计提供了重要依据。

关键词：纳米晶磁心损耗非正弦激励 Steinmetz经验公式

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非正弦激励下磁心损耗的计算方法及实验验证

电工技术学报 2016年第17期31卷 224-232页

作者：张宁李琳魏晓光新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 全球能源互联网研究院北京102209

在电力电子装置中,磁性元件的输入电压波形往往不是正弦波,研究非正弦激励下电力电子装置中磁心损耗的计算方法有重要意义。首先介绍正弦激励下磁心损耗的计算方法,在此基础上研究了非正弦激励下磁心损耗的计算方法,得到了修正铁耗分离... 详细信息

在电力电子装置中,磁性元件的输入电压波形往往不是正弦波,研究非正弦激励下电力电子装置中磁心损耗的计算方法有重要意义。首先介绍正弦激励下磁心损耗的计算方法,在此基础上研究了非正弦激励下磁心损耗的计算方法,得到了修正铁耗分离法和修正Steinmetz经验公式法计算式。其次,考虑磁心叠片的趋肤效应,对修正铁耗分离法做了进一步改进。然后,对环形非晶和纳米晶磁心的损耗测量结果进行数值拟合,得到了非正弦激励下两种方法的解析计算式,并比较了应用两种计算方法的损耗计算结果。最后,分别对环形非晶和纳米晶磁心开展非正弦激励下的磁心损耗测量实验,将实验结果和上面两种计算方法的解析结果进行比较,验证了非正弦激励下两种计算方法的准确性。

关键词：非正弦激励磁心损耗修正铁耗分离法修正Steinmetz经验公式法

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非正弦激励下高频变压器励磁参数辨识

中国电机工程学报 2019年第22期39卷 6757-6764页

作者：周志达葛琼璇赵鲁杨博中国科学院大学北京市海淀区100049 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室(中国科学院电工研究所) 北京市海淀区100190

高频隔离DC/DC变换器是电力电子设备智能化和小型化的重要环节,其核心元件高频变压器通常工作在非正弦激励条件,励磁参数与特性均与正弦激励有较大区别。首先,该文通过解析法与保守功率理论(conservative power theory,CPT),给出非正弦... 详细信息

高频隔离DC/DC变换器是电力电子设备智能化和小型化的重要环节,其核心元件高频变压器通常工作在非正弦激励条件,励磁参数与特性均与正弦激励有较大区别。首先,该文通过解析法与保守功率理论(conservative power theory,CPT),给出非正弦激励下串联阻感参数辨识方法,通过仿真与实验验证了辨识方法的有效性。其次,在非正弦激励下对纳米晶变压器进行空载实验,提取励磁特性曲线,并对励磁参数进行辨识,分析参数变化规律。通过Simplorer/Maxwell场路联合仿真平台重现了变压器空载实验,仿真准确拟合了变压器励磁参数及其变化规律,并给出非正弦激励下磁芯磁通密度与磁芯损耗的分布,为进一步优化变压器设计提供了有效手段。

关键词：非正弦激励高频变压器参数辨识场路联合仿真空载实验

非正弦激励下中频变压器铁损计算方法对比分析

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高电压技术 2017年第3期43卷 808-813页

作者：律方成郭云翔华北电力大学输变电设备安全防御河北省重点实验室保定071003

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电... 详细信息

为了对非正弦激励下中频变压器(MFT)的铁芯损耗进行准确的计算,对比了几种基于原始Steinmetz公式(OSE)的铁损计算修正方法。首先,从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析;其次,针对典型的中频变压器端口电压方波波形,并参考三角波电压激励,推导了上述修正方法在这两种波形下的铁损计算式;然后通过搭建铁芯磁滞回线测量系统,对一纳米晶磁环铁芯在中频范围内的原始Steinmetz经验公式系数进行了拟合,并对比了铁芯方波与三角波激励下铁损密度实测值和各修正方法解析计算值。结果表明:Steinmetz波形系数公式(Wc SE)的误差最小,对纳米晶铁芯在中频非正弦激励下进行损耗计算,应用Wc SE最为准确。研究结果可为中频变压器在设计与优化阶段铁芯损耗的准确计算提供参考。

关键词：中频变压器铁芯损耗纳米晶经验公式法非正弦激励对比分析

考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗计算方法

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中国电机工程学报 2020年第19期40卷 6093-6102页

作者：刘任李琳乔光尧靳艳娇李伊玲新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206 先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京市昌平区102209

准确、快速地计算磁性材料在非正弦激励下的损耗是变压器、电机等电力设备优化设计的关键环节,特别是当其包含偏置小磁滞回环的情况。然而,在现有的文献中还没有高效系统地考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗的算法。从主磁... 详细信息

准确、快速地计算磁性材料在非正弦激励下的损耗是变压器、电机等电力设备优化设计的关键环节,特别是当其包含偏置小磁滞回环的情况。然而,在现有的文献中还没有高效系统地考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗的算法。从主磁滞回环与其内部偏置小磁滞回环相互独立的角度出发,分别计算这两种环对应的磁滞损耗与剩余损耗分量,并基于简化静态Preisach模型推导磁滞损耗的通用算式;针对损耗统计理论(statistical theory of losses,STL)剩余损耗统计参数提取较为繁琐的问题,利用简化动态Preisach模型与STL剩余损耗算式之间的函数关系,推导剩余损耗统计参数的通用辨识公式,继而提出一种考虑偏置小磁滞回环的磁性材料非正弦激励损耗算法。利用所提算法,仅需少量传统正弦激励下的数据即可辨识模型所有参数。最后,通过实验及仿真验证所提算法的准确性与实用性。

关键词：非正弦激励主磁滞回环小磁滞回环能量损耗损耗统计理论简化Preisach模型

非正弦激励下硅钢片的磁滞特性模拟及损耗计算

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华北电力大学学报（自然科学版） 2019年第4期46卷 1-7页

作者：李琳宋雅吾韩钰刘洋华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网北京市电力公司城区供电公司北京100034 全球能源互联网研究院电工新材料研究所北京102209

利用硅钢磁环极限磁滞回线测量值推导出起始于极限磁滞回线下降支的一阶回转曲线从而得到用于模拟磁滞特性的 Everett 函数并给出利用 Everett 函数计算高阶回转曲线的方法实现了基于 Preisach 模型的硅钢磁环磁滞特性模拟然后从磁滞损... 详细信息

利用硅钢磁环极限磁滞回线测量值推导出起始于极限磁滞回线下降支的一阶回转曲线从而得到用于模拟磁滞特性的 Everett 函数并给出利用 Everett 函数计算高阶回转曲线的方法实现了基于 Preisach 模型的硅钢磁环磁滞特性模拟然后从磁滞损耗定义出发对含不同幅值小磁滞回环时的磁滞损耗进行分析计算并与实验测试结果进行对比结果表明:这种磁滞特性模拟方法能够简化 Preisach 模型的实现并能够准确地模拟出磁性材料的高阶回转曲线利用该方法分析计算得到的静态磁滞损耗与实验结果相吻合且损耗值与小磁滞回环的幅值呈正相关性.

关键词：磁滞回线非正弦激励 Preisach模型小磁滞回环磁滞损耗

非正弦激励下铁磁元件空载特性低频测量方法研究

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非正弦激励下铁磁元件空载特性低频测量方法研究

作者：杨宁重庆大学

学位级别：硕士

随着我国电力系统的快速发展,发电机单机容量逐步增加,输电网的电压等级和输送容量也相应提高。作为电力系统中主要设备的变压器、互感器、电抗器等铁磁元件的容量也越来越大,其性能的好坏直接影响着电力系统的安全、经济运行。而空载特... 详细信息

随着我国电力系统的快速发展,发电机单机容量逐步增加,输电网的电压等级和输送容量也相应提高。作为电力系统中主要设备的变压器、互感器、电抗器等铁磁元件的容量也越来越大,其性能的好坏直接影响着电力系统的安全、经济运行。而空载特性(包括铁心损耗和励磁特性)测量是检测这些设备绕组和铁心故障的有效方法之一。但是随着铁磁元件的电压和容量的增加,使得常规工频法测量空载特性所需要的设备的电压和容量较大,试验操作复杂。而现有空载特性低频测量方法存在折算精度不高,所需的变频正弦波电源造价高等缺点,不适合工程应用的推广。为了降低试验设备体积和容量,同时降低试验成本使低频法具有更广的应用范围,提出了非正弦激励下的铁磁元件空载特性低频测量方法。本文首先推导得出非正弦激励(方波和三角波)下改进的铁心损耗分离方法,通过非正弦激励下多个频率的铁心损耗数据并结合最小二乘法原理求出折算至同频率以及工频正弦波的铁心损耗。再利用低频非正弦激励下的励磁特性曲线和磁滞回线,结合样条插值、多项式拟合等数值计算方法对磁化电流和涡流损耗电流进行补偿,从而得到折算至工频正弦波下的励磁特性曲线。利用可编程的变频电源在单相变压器、升压器、升流型电流互感器以及电磁式电流互感器等多种铁磁元件试品上开展了试验验证。结果表明应用低频测量方法计算得到的铁心损耗与工频实测法相比的平均相对误差约5%,励磁电压的计算误差在1%以内;对于变压器、升压器、升流互感器等励磁电流较大的试品,励磁电流的计算误差在3%以内;而对于高匝数比、二次侧励磁电流较小的电磁式电流互感器,其励磁电流的计算误差约5%。此外,与Omicron CT分析仪测量结果相比,本文所述方法的计算精度更高。此外,本方法所需电源容量随着频率的降低而成倍降低,同时,采用变频方波(或三角波)电源又避免了变频正弦波电源造成的大容量、高成本的缺点,具有一定的工程应用价值。

关键词：铁磁元件非正弦激励铁心损耗励磁特性低频法

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非正弦激励下异步电机铁耗计算与分析

非正弦激励下异步电机铁耗计算与分析

作者：罗富强天津大学

学位级别：硕士

相对于正弦激励,在非正弦激励下,异步电机的铁耗将发生较大的变化,非正弦激励将使异步电机的铁耗以一定程度增加,增加程度取决于激励源的特性。对于异步电机高性能控制算法和优化设计,铁耗的准确计算是一个需要重点考虑的方面。提高非... 详细信息

相对于正弦激励,在非正弦激励下,异步电机的铁耗将发生较大的变化,非正弦激励将使异步电机的铁耗以一定程度增加,增加程度取决于激励源的特性。对于异步电机高性能控制算法和优化设计,铁耗的准确计算是一个需要重点考虑的方面。提高非正弦激励下异步电机铁耗的计算准确度,是一个值得研究的问题。本文在分析非正弦激励下异步电机铁耗特性的基础上,提出了一种适用于非正弦激励异步电机的铁耗等值电阻模型,改进了非正弦激励异步电机电磁设计中铁耗的计算方法。首先,分析了正弦激励下异步电机的铁耗计算模型。正弦激励条件下,根据铁耗成因的不同,异步电机的铁耗可分为磁滞损耗、经典涡流损耗和异常涡流损耗三部分,这三部分随铁心磁密及交变频率以不同规律变化。然后,分析对比了非正弦激励下铁耗的不同计算方法,并阐述了验证铁耗计算结果的方法。基于正弦激励下铁耗计算值,铁耗分离模型法通过分析非正弦激励下与正弦激励下铁耗的变化来计算此状况下电机的铁耗;谐波分析法首先将非正弦激励信号分解为各次谐波,然后采用正弦激励下铁耗计算模型计算各次谐波铁耗,叠加得到总铁耗。第三,建立了一种非正弦激励下异步电机铁耗等值电阻模型。为了计及铁耗各个分量随铁心磁密和频率变化不同的影响,在电机的等效电路中,分别为每一铁耗分量等值一个电阻,以此提高等效电路中铁耗的计算准确度。然后基于前述铁耗计算理论,推导了各个等值电阻的表达式,并设计了确定表达式中参数的方案。通过仿真及实验验证了该铁耗等值电阻模型的有效性。第四,改进了非正弦激励异步电机电磁设计中铁耗的计算方法。分析了非正弦激励下异步电机谐波磁密的计算,通过修正磁路计算中磁密的计算结果,来计及谐波磁密对铁耗的影响。仿真结果表明,该方法提高了异步电机电磁设计中铁耗的计算准确度。

关键词：异步电机铁耗非正弦激励等值电阻电磁设计