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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

考虑脉冲宽度调制激励特征及松弛过程影响的铁磁材料损耗分离模型研究

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中国电机工程学报 2021年第18期41卷 6431-6439页

作者：赵志刚赵瑞张学增河北工业大学天津市红桥区300132

准确高效求解非正弦条件下的磁损耗,对电工装备发热分析及优化设计具有重要意义。为了研究脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)激励下铁磁材料的磁损耗建模方法,通过搭建磁通密度可控的PWM激励磁特性测试系统,测量获得不同工况下... 详细信息

准确高效求解非正弦条件下的磁损耗,对电工装备发热分析及优化设计具有重要意义。为了研究脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)激励下铁磁材料的磁损耗建模方法,通过搭建磁通密度可控的PWM激励磁特性测试系统,测量获得不同工况下硅钢片的磁滞特性和损耗特性数据,并分析PWM激励的特征(电压波形、磁密波形、调制比)对损耗各分量的影响。同时,结合PWM激励时材料磁滞过程的分析,考虑电压突变为零时松弛过程对剩余损耗的影响,提出一种计及PWM激励特征及松弛过程的改进损耗分离模型,实现PWM激励下磁损耗的有效计算,并进行相关的实验验证。仿真及实验结果表明,所建立的模型具有较高的计算精度和工程适用性。

关键词：脉冲宽度调制松弛过程铁磁材料损耗分离

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

基于改进的Bertotti损耗分离模型的铁心损耗计算

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实验室研究与探索 2021年第4期40卷 19-23页

作者：李丹丹朱聪聪乔振阳吴宇翔宋寅卯郑州轻工业大学建筑环境工程学院郑州450001

针对Bertotti经典常系数损耗模型中磁滞损耗和杂散损耗计算误差较大的问题,提出了一种改进的Bertotti损耗分离模型。首先在考虑频率无关项2n_(0)V_(0)B_(m)影响的基础上提出了一种确定磁滞损耗的方法,并结合实验数据将磁滞损耗的计算参... 详细信息

针对Bertotti经典常系数损耗模型中磁滞损耗和杂散损耗计算误差较大的问题,提出了一种改进的Bertotti损耗分离模型。首先在考虑频率无关项2n_(0)V_(0)B_(m)影响的基础上提出了一种确定磁滞损耗的方法,并结合实验数据将磁滞损耗的计算参数α表示为磁感应强度峰值B_(m)的多项式函数;其次考虑了统计特征参数n_(0)、V_(0)为常数时对杂散损耗的影响,并用多项式函数来拟合杂散损耗计算式中的斜率k以减小频率大于200 Hz时的误差;最后分别应用改进的损耗模型与经典常系数损耗模型对不同磁感应强度下取向硅钢片的损耗特性进行了模拟研究,并将模拟结果与实验结果进行对比分析。结果表明,改进的Bertotti损耗模型提高了铁心损耗的模拟精度,对变压器的损耗预测及优化设计提供了必要的数据支持。

关键词：损耗分离磁滞损耗杂散损耗改进损耗模型

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功率锰锌铁氧体材料的损耗分离

电子元件与材料 2007年第11期26卷 63-66页

作者：黄爱萍何华辉冯则坤谭福清熊惟皓华中科技大学电子科学与技术系湖北武汉430074 江门市粉末冶金厂有限公司材料开发中心广东江门529000 华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074

采用传统陶瓷工艺,制备了功率MnZn铁氧体材料。根据磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗与频率的关系,在Bm为50mT和200mT两种典型工作磁通密度下,对JPP—44、JPP—5两种典型低损耗MnZn铁氧体材料进行了损耗分离。结果表明:JPP—5材料的涡流损... 详细信息

采用传统陶瓷工艺,制备了功率MnZn铁氧体材料。根据磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗与频率的关系,在Bm为50mT和200mT两种典型工作磁通密度下,对JPP—44、JPP—5两种典型低损耗MnZn铁氧体材料进行了损耗分离。结果表明:JPP—5材料的涡流损耗,最低可为JPP—44材料的1/10,而其磁滞损耗相当于甚至超过JPP—44材料,并深入分析了它们损耗组成不同的原因。

关键词：无机非金属材料 MnZn铁氧体功率损耗损耗分离

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宽频非正弦激励下铁磁材料损耗分离模型研究

宽频非正弦激励下铁磁材料损耗分离模型研究

作者：林琪铭河北工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着磁芯材料与功率半导体器件的高速发展,各类电能变换装置的开关频率显著提升。变压器作为电能变换装置中的核心器件,高频化在有效提升其功率密度,减小其体积的同时,也令其损耗和温升问题更为突出。因此,考虑到各类装置结构优... 详细信息

近年来,随着磁芯材料与功率半导体器件的高速发展,各类电能变换装置的开关频率显著提升。变压器作为电能变换装置中的核心器件,高频化在有效提升其功率密度,减小其体积的同时,也令其损耗和温升问题更为突出。因此,考虑到各类装置结构优化与散热设计的需要,对高频变压器中关键元件的磁化特性及损耗特性进行准确表征具有重要意义。由于通常与各类电力电子拓扑配合运行,高频变压器往往工作在以方波为代表的非正弦激励环境,传统应用于工频、正弦激励工况的磁损耗计算方法不再适用。为此,本文以损耗分离模型为基础,针对铁磁材料在宽频、非正弦激励下的磁损耗预测问题展开深入研究。主要工作内容如下:(1)基于爱泼斯坦方圈法,自主搭建磁通密度波形可控的宽频磁特性测试系统,对电工钢在不同频率正弦及方波激励下的磁性能进行测量,为后续铁磁材料损耗计算方法研究提供必要的数据支撑。(2)依据损耗分离理论,将铁磁材料磁损耗分为磁滞损耗、涡流损耗、异常损耗三项分别进行计算。并在Berttotti经典损耗分离模型的基础上,通过求解麦克斯韦方程组推导考虑趋肤效应影响的涡流损耗计算方法,以得到适用于正弦激励工况的经典宽频损耗分离模型。(3)针对经典涡流损耗计算方法对铁磁材料磁化特性考虑不完善,导致其在较高频率下高估趋肤效应影响的问题,分别基于有限元法以及场分离法,研究动态磁化过程中,非线性特性及动态磁滞特性对铁磁材料在不同频率下等效磁导率的影响。并在此基础上引入一种随频率变化的磁导率用于表征铁磁材料的B-H本构关系以进行宽频磁损耗计算,从而得到考虑动态磁化特征的改进宽频损耗分离模型。(4)以方波为例,对铁磁材料在非正弦激励下的宽频损耗特性展开研究,引入正弦趋肤效应因子、方波趋肤效应因子描述两种波形激励下涡流损耗受趋肤效应的影响程度。分别基于实验数据与经典宽频损耗分离模型获取材料在不同频率下的趋肤效应因子,并针对两种方法的结果差异深入分析非线性特性与动态磁滞特性对不同波形激励下铁磁材料涡流损耗特性的影响。(5)基于损耗分离理论与宽频磁特性测量结果,探究铁磁材料宽频正弦与方波磁损耗之间的关系及其表征方法,并将其与正弦激励下的改进宽频损耗分离模型结合,从而实现宽频方波激励下的磁损耗准确、快速计算。

关键词：铁磁材料损耗分离涡流损耗磁导率宽频

基于统计学损耗分离理论的高频铁芯谐波损耗性能研究

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基于统计学损耗分离理论的高频铁芯谐波损耗性能研究

作者：刘维豪天津理工大学

学位级别：硕士

随着能源互联网与新能源电力系统等新兴的电力系统结构快速发展,电力电子变压器的应用越来越广泛,高频变压器作为电力电子变压器的核心部件,其输入信号常为各种谐波信号,采用传统的正弦激励条件下损耗计算模型无法适应新的运行工况,对... 详细信息

随着能源互联网与新能源电力系统等新兴的电力系统结构快速发展,电力电子变压器的应用越来越广泛,高频变压器作为电力电子变压器的核心部件,其输入信号常为各种谐波信号,采用传统的正弦激励条件下损耗计算模型无法适应新的运行工况,对铁芯损耗的计算精度无法满足要求。因此,本文基于Bertotti损耗分离理论,针对晶粒取向硅钢片的磁特性和谐波激励下的损耗特性进行研究,提出改进的损耗分离计算方法,将损耗的预测范围扩展到更大的频率范围以及更高磁通密度范围,论文具体工作如下:为了考虑谐波激励的影响,针对传统Bertotti损耗分离模型进行改进,本文提出高频谐波激励下的损耗预测模型。针对更高频率以及更高磁通密度下的运行工况,引进了定点技术,不再将材料的磁本构关系近似为线性,而是引入包含定点磁阻率的非线性磁本构关系进行有限元计算,考虑到了硅钢片的趋肤效应的影响,可在高频高磁密下更为准确的预测铁芯涡流损耗。为了将上述所提改进的损耗预测模型应用于高频变压器铁芯中,并研究谐波对磁损耗模型的影响,首先通过爱泼斯坦方圈实验方法,分别测量了铁芯模型在1k Hz频率下不同谐波阶次、含量、相位以及谐波下不同频率的磁特性和损耗数据,根据磁特性测量结果,定性的分析了不同谐波特征量对损耗的影响并利用上述模型预测了相应激励下的损耗。最终本文在验证了COMSOL仿真模型准确性的基础上,对比分析了谐波激励下实验测量结果、COMSOL仿真结果与本文改进模型的预测结果,验证了本文改进模型的准确性。并通过传统损耗分离模型、线性磁导率的损耗模型,与本文改进模型以及实验测量值的对比分析,验证了本文所提改进模型的优越性。

关键词：统计学损耗理论软磁材料损耗分离谐波激励涡流损耗

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电工钢片及叠片铁心的损耗分离研究

电工钢片及叠片铁心的损耗分离研究

作者：王琳华北电力大学

学位级别：硕士

当前背景下,全球能源问题火热、电网规模不断增加、特高压工程建设不断完善、电力系统不断扩张融合,作为重要电气设备之一的电力变压器面临着无法避免的电能质量问题和更高的标准要求。谐波的存在不仅导致变压器损耗的增加以及产生振动... 详细信息

当前背景下,全球能源问题火热、电网规模不断增加、特高压工程建设不断完善、电力系统不断扩张融合,作为重要电气设备之一的电力变压器面临着无法避免的电能质量问题和更高的标准要求。谐波的存在不仅导致变压器损耗的增加以及产生振动噪声,也在一定程度上威胁电气设备运行安全、降低使用寿命。如何完成复杂工况下变压器铁心损耗分离是复杂而重要的研究课题。为了对电工钢片和变压器叠片铁心在复杂激励条件时的损耗进行准确计算和损耗分离,分别搭建爱泼斯坦方圈与叠片铁心损耗测量平台,获取27ZH95和27ZDKH95两种型号电工钢片及其制成的叠片铁心,在正弦、叠加谐波激励下真实有效的损耗特性,对铁心材料的生产制造提供了数据支持,也为变压器厂家提供了参考;在Bertotti三相式计算方法的基础上对模型进行改进,对电工钢片及叠片铁心各自进行正弦、叠加3次谐波激励下的损耗分离计算,各自计算结果与原模型相比准确度均较高,对变压器损耗特性的研究具有一定的意义;使用低频激励电压模拟静态直流磁化过程得到两种型号电工钢片磁滞损耗,验证了计算结果的准确性;使用Mag Net软件以27ZDKH95为例进行叠片铁心的有限元建模并进行损耗计算,将计算结果与本文改进模型中的计算结果进行对比,结果说明本文准确度更高,对叠片铁心的有限元建模分析提供了参考。

关键词：电工钢片叠片铁心损耗分离 Magnet 铁心损耗

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变压器铁心损耗分离与磁特性研究

变压器铁心损耗分离与磁特性研究

作者：田潇阳华北电力大学

学位级别：硕士

变压器是电力系统中最重要的电力设备之一,其铁心损耗也是电力系统损耗项的重要一环。长期以来变压器铁心损耗由于其复杂的电磁特性与非线性特性而难以建模。1988年Bertotti根据实验数据给出了铁心损耗模型,将铁心损耗分为磁滞损耗、涡... 详细信息

变压器是电力系统中最重要的电力设备之一,其铁心损耗也是电力系统损耗项的重要一环。长期以来变压器铁心损耗由于其复杂的电磁特性与非线性特性而难以建模。1988年Bertotti根据实验数据给出了铁心损耗模型,将铁心损耗分为磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗三部分。该模型的各项系数是通过对铁磁材料总损耗的实测数据拟合得到的。本文在该模型的基础上针对几种传统的损耗分离算法进行了进一步研究并提出一种改进的损耗分离计算方法。该方法可描述电力系统中变压器各种工况下铁耗情况,且计算精度较高,论文的主要工作如下:1.对正常工况下变压器硅钢的损耗情况进行了研究。搭建了Epstein方圈损耗测量平台对多种常见硅钢进行了损耗测试,所加激励电压波形为工频正弦波。在此激励条件下对基于Bertotti铁耗模型的几种损耗分离算法进行了对比研究,并提出一个改进的分段拟合算法。通过直流磁特性测试系统测量了相应硅钢片的静态磁滞损耗,数据结果显示,该改进算法在计算精度上优于传统的损耗分离算法。2.在工频正弦激励条件下损耗分离算法的基础上进一步研究,讨论了当激励中含有高次谐波时硅钢的损耗构成。利用硅钢磁滞损耗的相关特性,可依据基波条件下的损耗数据进一步计算得到当激励中含有相应高次谐波时硅钢损耗的各项组成成分。同时,本文依据多组硅钢进行的损耗分离计算结果进行分析,并于实验数据对比验证了该计算方法对激励中含高次谐波的硅钢的损耗分离时也是准确有效的。3.针对产品级变压器模型——叠片铁心进行了多组实验,同时利用本文提出的分段拟合算法对叠片铁芯在不同激励条件下的损耗分离问题进行了研究,并给出了计算实例。同时,根据计算结果总结出不同激励条件下谐波对变压器磁滞损耗、涡流损耗与异常损耗的影响规律。此外,本文将针对该算法给出了常见硅钢的模型系数计算值,以及建议的拟合初值的取值范围,可为其他型号钢片的损耗预测提供参考,也为变压器的设计制造中铁心损耗的精确计算提供了可靠的数据支持。

关键词：变压器铁心损耗磁滞损耗损耗分离叠片铁心模型