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纳米晶合金二维磁特性测量装置的设计与优化

纳米晶合金二维磁特性测量装置的设计与优化

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作者：熊晗三峡大学

学位级别：硕士

电工软磁材料二维磁特性的精确测量与模拟对电机和变压器的优化设计与节能具有重要意义,是提高电网运行效率的有效途径之一。二维磁特性测量先由励磁装置在待测样片上产生磁场,然后由测量系统进行测量。针对励磁装置的结构设计和测量系... 详细信息

电工软磁材料二维磁特性的精确测量与模拟对电机和变压器的优化设计与节能具有重要意义,是提高电网运行效率的有效途径之一。二维磁特性测量先由励磁装置在待测样片上产生磁场,然后由测量系统进行测量。针对励磁装置的结构设计和测量系统的搭建,本文做了如下工作:1、提出了一种基于圆形样片的新型两相绕组励磁装置,采用目前较为成熟爱泼斯坦方圈法对励磁装置磁轭硅钢片进行了不同角度的磁特性测量,得到了各个磁化角度下的磁滞回线与磁化曲线,为励磁装置电磁特性有限元分析提供数据基础。在测量数据基础上考虑磁心结构及硅钢片磁特性各向异性,建立了有限元分析模型,并对其进行了二维离散分析。将新型两相绕组磁测量装置同基于圆形样片的16极Halbach式励磁装置、感应电机式励磁装置和三相绕组式励磁装置进行了二维有限元仿真对比,分析励磁性能和磁化均匀性,得出两相绕组励磁装置具有最好的励磁性能和最优的磁化均匀性;2、构建两相绕组励磁装置的三维有限元模型,引入屏蔽层,消除绕组产生杂散磁场的影响,显著改善了装置均匀性。由于有限元算法每次计算耗时1～2小时,时间过长,提出自适应粒子群算法,提高了收敛速度和计算精度,联合支持向量机算法确定了装置将样片磁化最均匀时的结构尺寸,大大节省了时间,完成两相绕组励磁装置结构的优化。最后,通过对两相绕组装置的磁路分析和装置齿槽的结构约束完成了励磁绕组的设计;3、根据优化后数据搭建两相绕组励磁装置,设计了测量系统,采用在样片表面平行放置H线圈法测量样片的磁场强度,而纳米晶材料易碎,传统B线圈法测量磁通密度B需在样片打孔测量,破坏样片,故采用探针法测量磁通密度B,探针法只需要在样片上实现电接触即可完成测量磁通密度,提高了测量的准确性。最后,在10 k Hz的高频磁场激励下的纳米晶合金在轧制方向与垂直轧制方向上的磁滞回线与损耗特性曲线的测量。本文工作测得了纳米晶材料的一些物理性质和损耗特性,对以纳米晶合金为磁心材料的电工设备的优化设计具有指导性作用,对实现高频二维磁特性的精确测量具有重要的理论意义,从而为进一步精确分析电机、变压器能耗提供数据基础与理论支撑。

关键词：磁特性测量励磁装置磁化均匀性装置优化二维磁特性

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