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供用电 2024年第6期41卷 90-96页

作者：罗炜陈煜敏钱海岑宝仪秦小彬陈彬中国南方电网有限责任公司广东广州510630 南方电网数字电网科技(广东)有限公司广东广州510520 深圳市中电电力技术股份有限公司广东深圳518000 三峡新能源平山发电有限公司河北石家庄050400 湖北省输电线路工程技术研究中心湖北宜昌443002

快速、准确地仿真高频变压器铁芯磁性材料在高频下的磁滞特性,对于电工设备能量传输效率的评估及多目标结构优化具有重要的意义。而传统动态J-A磁滞模型在高频段动态磁滞回线的仿真误差较大,且存在损耗计算值高于实测值的问题。首先在... 详细信息

快速、准确地仿真高频变压器铁芯磁性材料在高频下的磁滞特性,对于电工设备能量传输效率的评估及多目标结构优化具有重要的意义。而传统动态J-A磁滞模型在高频段动态磁滞回线的仿真误差较大,且存在损耗计算值高于实测值的问题。首先在损耗统计理论框架内,基于各损耗分量与场分量的等效关系,考虑了高频不均匀磁通密度产生的涡流损耗,推导了传统涡流场及剩余损耗场的解析式。通过引入r-l分数阶导数来修正传统的涡流场,并将修正后的涡流场和剩余损耗场引入到静态J-A磁滞模型,从而构建了一种基于损耗统计理论及分数阶导数理论的新型动态J-A磁滞模型。对2种磁性材料进行了较高频段的动态磁滞回线仿真,并与实测值进行了比较,结果表明所提模型在动态磁滞回线模拟及损耗计算误差均大大降低。

关键词：动态J-A磁滞模型 r-l分数阶导数场分离损耗统计理论高频变压器

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基于分数阶导数理论的磁性材料高频磁滞特性模拟及损耗计算方法研究

基于分数阶导数理论的磁性材料高频磁滞特性模拟及损耗计算方法研...

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作者：秦小彬三峡大学

学位级别：硕士

磁性材料被广泛应用于发电机、变压器等电工装备中,作为电能的产生及传输介质使用。近年来,随着电力电子技术发展,电工装备趋于小型化轻量化,其工作频率也随之增加。磁性材料工作在高频条件下,其磁滞特性将受到影响,损耗也随之增加,进... 详细信息

磁性材料被广泛应用于发电机、变压器等电工装备中,作为电能的产生及传输介质使用。近年来,随着电力电子技术发展,电工装备趋于小型化轻量化,其工作频率也随之增加。磁性材料工作在高频条件下,其磁滞特性将受到影响,损耗也随之增加,进而将影响电工装备的电能传输效率。磁性材料产生的损耗将转化为热量使温度升高,进一步影响设备的工作性能。因此快速、准确地实现磁性材料在不同工况下动态磁滞特性模拟与高频损耗计算对于电工装备的结构、效率等多目标优化设计具有重要的意义。本文创新性地引入r-l分数阶导数理论用于求解磁性材料在正弦激励与直流偏磁两类较常见工况下的高频磁滞特性模拟与损耗计算问题,主要研究成果如下:(1)针对传统损耗统计理论对磁性材料的高频损耗预测误差较大且存在过高估算的问题,首先考虑高频条件下磁通密度不均匀分布对磁滞损耗的影响,提出基于有限单元剖分法的磁滞损耗计算方法。然后基于r-l型分数阶导数对传统损耗统计理论中的涡流场和涡流损耗计算式进行改进,并引入量子遗传算法对分数阶导数模型中阻尼系数和导数阶次进行全局寻优。在上述磁滞损耗、涡流损耗模型以及参数提取方法的基础上,提出适用于宽频率、宽磁通密度范围的改进型损耗统计方法。最后采用爱泼斯坦方圈测量了3%Si-Fe超薄取向硅钢片在10Hz～10k Hz频率范围的损耗,将理论计算值与实验测量值进行对比,结果表明,所提方法平均相对误差最大值为9.14%,最小值为2.13%。相比于传统损耗理论,本章所提高频损耗解析计算模型实现了对低频与高频范围内的精确计算。(2)提出了基于r-l分数阶导数的新型动态J-A磁滞模型,并引入相关优化算法对其模型参数进行辨识。首先,分别引入遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、模拟退火算法(SA)及SA与l-M混合算法,以磁场强度计算值及测量值间的均方根误差为目标函数成功辨识了静态J-A模型参数的全局最优值。通过综合比较确定了SA与l-M混合算法在参数辨识中的优越性。其次,为提升静态J-A模型参数求解的便捷性及模型的通用性,具体分析了各参数对静态磁滞回线定义特殊点的影响,通过直观观察磁滞回线族特殊点随磁密的变化情况,提出了3参数变化的静态J-A模型。最后,基于场分离技术将r-l分数阶导数改进涡流场与传统剩余场对应反向场量引入有效场,推导得到新型动态J-A模型,并运用磁性材料动态磁滞回线数据验证了所提模型的有效性。(3)在高频、直流偏磁等非标准磁化条件下,电力变压器的铁心损耗显著增加,造成其性能恶化。为实现对高频叠加直流偏磁下磁性材料动态磁滞特性与损耗的准确模拟,本文首先提出了基于无偏磁磁滞回线族与插值法快速提取直流磁通密度的方法。在此基础上,在静态J-A模型中引入直流磁密分量,推导得到适用于描述直流偏磁条件下磁性材料磁滞特性的静态J-A修正模型;进一步将静态J-A修正模型引入到第二章提出的高频损耗解析计算模型,得到适用于计算高频叠加直流偏磁的损耗计算模型。同时计及直流偏磁对统计参数的影响,并基于多元回归分析法构建了归一化统计参数与峰值磁密、直流分量间的函数表达式。最后将r-l分数阶导数改进涡流场与静态J-A修正模型相结合,推导得到新型动态J-A修态模型。通过磁性材料样品在直流偏磁下的损耗数据及动态磁滞回线测量数据验证本文所提模型的准确性。

关键词： r-l分数阶导数损耗统计理论 J-A磁滞模型智能优化算法与参数辨识高频损耗计算动态磁滞回线模拟

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基于分数阶导数下kelvin模型改进

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四川建材 2018年第12期44卷 116-117页

作者：吴明颖安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

通过riemann-liouville分数阶导数分析经典Kelvin模型,利用蚁群优化算法,结合温度对冻土蠕变的影响,进而改进经典kelvin模型。根据采集及分析不同温度下的人工冻结砂土试验数据及结果发现改进后的Kelvin模型不仅可以较准确地描述冻土蠕... 详细信息

通过riemann-liouville分数阶导数分析经典Kelvin模型,利用蚁群优化算法,结合温度对冻土蠕变的影响,进而改进经典kelvin模型。根据采集及分析不同温度下的人工冻结砂土试验数据及结果发现改进后的Kelvin模型不仅可以较准确地描述冻土蠕变过程中温度、应变及时间的关系,也可以更精准地描述出蠕变过程的三个阶段(初始蠕变、匀速蠕变及加速蠕变),使理论公式与实际工程更加贴近,为实际工程中冻结施工过程提供更准确地理论基础。

关键词： kelvin模型 r-l分数阶导数温度蠕变

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