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考虑磁-力耦合效应的混合磁滞模型研究

电工技术学报 2024年

作者：李永建李宗明利雅婷岳帅超窦宇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) 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室

应力作用会影响磁性材料的磁性能，准确快速模拟磁性材料在不同应力下的磁化特性对设计承受机械应力的装备铁心具有重要意义。本文研究拉应力作用下取向电工钢磁畴结构沿轧制方向的变化规律，将拉应力与畴壁平移运动之间的关系量化处理... 详细信息

应力作用会影响磁性材料的磁性能，准确快速模拟磁性材料在不同应力下的磁化特性对设计承受机械应力的装备铁心具有重要意义。本文研究拉应力作用下取向电工钢磁畴结构沿轧制方向的变化规律，将拉应力与畴壁平移运动之间的关系量化处理，由此采用基于畴壁平移运动的J-A模型对材料的磁化特性进行描述，通过提出适用于低磁通密度范围的新型无磁滞磁化公式替代传统J-A理论中的郎之万公式以考虑拉应力对取向电工钢磁化特性的影响；通过将磁畴简化为独立个体，将磁致伸缩效应在高磁通密度范围对取向电工钢磁化特性的影响转化为磁畴之间的摩擦作用，提出适用于高磁通密度范围的改进磁滞模型；应用BP神经网络寻找出最佳比例参数，将两种不同适用范围的磁滞模型构建为完整的磁-力耦合模型。通过对比实验结果与模型计算结果，验证了所提混合磁滞模型的准确性。

关键词： J-A模型 BP神经网络取向电工钢拉应力磁畴运动

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趋肤深度对增强型电磁推进器电感梯度的影响

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年

作者：闫荣格安康杨庆新赵文月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河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室

为了准确描述电感梯度随增强型电磁推进器尺寸、实际工况下动态电流趋肤深度和温度变化的情况，建立基于动态电流趋肤深度的轨道几何模型，得到了综合考虑装备尺寸和电流的速度趋肤效应的电感梯度解析计算方法．通过多次推进实验对电枢... 详细信息

为了准确描述电感梯度随增强型电磁推进器尺寸、实际工况下动态电流趋肤深度和温度变化的情况，建立基于动态电流趋肤深度的轨道几何模型，得到了综合考虑装备尺寸和电流的速度趋肤效应的电感梯度解析计算方法．通过多次推进实验对电枢速度进行测试，结果表明：解析计算的电枢速度与实际测试情况相比误差较小，从而验证了该方法的正确性，这不仅可以揭示电感梯度随电流趋肤深度的变化规律，而且能够为预测增强型电磁推进器的电枢速度提供行之有效的理论指导．

关键词：增强型电磁推进器动态电流趋肤深度电感梯度解析法温度变化

锂离子电池微过充循环老化特性与失效机理研究

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储能科学与技术 2024年第10期13卷 3343-3356页

作者：闵越明张闯刘文杰刘素贞徐志成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河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室

锂离子电池在实际工作中会因为电池组的不一致性或充电系统故障而出现微过充现象，长期循环会引发安全隐患。为探究微过充循环对锂离子电池老化特性及其失效机理的影响，将电池分别过充至不同截止电压，应用电化学阻抗谱、弛豫时间分布... 详细信息

锂离子电池在实际工作中会因为电池组的不一致性或充电系统故障而出现微过充现象，长期循环会引发安全隐患。为探究微过充循环对锂离子电池老化特性及其失效机理的影响，将电池分别过充至不同截止电压，应用电化学阻抗谱、弛豫时间分布和容量增量分析等技术对其进行老化分析，并结合拆解后电极的SEM、EDS表征加以验证。实验结果表明，与正常循环相比，微过充循环会显著加速电池老化，导致电池比容量衰减速率加快；随着循环次数的增加，电池内部的可用锂离子和活性材料不断消耗，电池各类阻抗明显增加，其中4.5 V微过充循环电池的电荷转移电阻较初始状态增加了196.15%；微过充循环还会加剧电池极化现象，降低材料的循环稳定性；微过充循环后，电池的活性材料逐渐从集流体上脱落，正极材料的活性颗粒破裂，负极材料表面SEI膜增厚，F、P元素含量显著增加。

关键词：锂离子电池微过充循环电化学阻抗谱老化特性失效机理

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高频利兹线变压器漏感快速计算方法

电工技术学报 2024年

作者：陈天缘赵志刚郑宇萱王凯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) 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学)

高频变压器的漏感作为电力电子变换器中的重要参数，对改善隔离型DC-DC变换器的运行模式和功率传输特性具有重要的意义。与圆导线相比，利兹线能够有效的减少高频磁性元件中的涡流损耗。然而，利兹线绕组的复杂结构给高频变压器漏感预... 详细信息

高频变压器的漏感作为电力电子变换器中的重要参数，对改善隔离型DC-DC变换器的运行模式和功率传输特性具有重要的意义。与圆导线相比，利兹线能够有效的减少高频磁性元件中的涡流损耗。然而，利兹线绕组的复杂结构给高频变压器漏感预测造成了严峻的挑战。一方面，磁芯窗口各区域的磁场能量难以准确提取；另一方面，利兹线的多股和扭转结构难以准确表征。因此，本文基于镜像原理和网格化处理，精确提取磁芯窗口不同区域的磁场能量。通过引入相对复数磁导率实现了多股利兹线的均匀化建模，揭示了宽频范围内磁场能量的衰减规律，提出坐标变换方法对利兹线的扭转结构进行表征，建立了计及利兹线扭转特征和频变特性的高频变压器漏感预测模型。最后，针对两种不同利兹线绕组的变压器模型，从计算精度和效率两方面进行了详细的实验研究和对比分析。结果表明，所提出计算方法的最大偏差不超过4%，计算时间约为20秒，验证了该方法的准确性和高效性。

关键词：高频变压器漏感镜像法利兹线绕组频变特性

考虑改进粒子滤波SOH预测与经济优化的电动汽车集群调频策略

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电力系统及其自动化学报 2024年

作者：孙英肖龙坤王天奕任博凯张磊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河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室

为应对电动汽车电池老化给电力系统带来的调频稳定性降低与成本升高等严峻挑战，提出考虑改进粒子滤波健康状态(State-of-Health，SOH)预测与经济优化的电动汽车调频策略。首先，基于蒙特卡洛思想与贝叶斯滤波原理，利用边界约束与指数... 详细信息

为应对电动汽车电池老化给电力系统带来的调频稳定性降低与成本升高等严峻挑战，提出考虑改进粒子滤波健康状态(State-of-Health，SOH)预测与经济优化的电动汽车调频策略。首先，基于蒙特卡洛思想与贝叶斯滤波原理，利用边界约束与指数罚函数通过改进粒子滤波预测SOH并重构电动汽车集群；其次，根据荷电状态与SOH，结合比例-积分控制器，搭建集群变频率特征系数控制模型并引入系统调度模型；再次，以频率偏差与经济成本为目标函数优化调度指令；最后，仿真验证所提策略对降低调频偏差与经济成本都有良好效果，实现了电动汽车资源高效利用。

关键词：电动汽车调频策略电池健康状态改进粒子滤波荷电状态经济优化

考虑动态接触电阻的电磁能推进装置运动和温度特性研究

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高电压技术 2024年

作者：闫荣格王学谦赵浩凯赵文月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) 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学)

在电磁能推进装置工作过程中，电枢与轨道间的接触电阻动态变化对系统性能有着重要影响。针对现有研究多依赖于Holm接触电阻理论并以电枢静止状态为基础的局限性，本文采用有限元和控制变量法研究实际推进情况下枢轨动态接触电阻对电磁... 详细信息

在电磁能推进装置工作过程中，电枢与轨道间的接触电阻动态变化对系统性能有着重要影响。针对现有研究多依赖于Holm接触电阻理论并以电枢静止状态为基础的局限性，本文采用有限元和控制变量法研究实际推进情况下枢轨动态接触电阻对电磁能推进装置运动和温度特性的影响。首先，通过实验获取膛口电压、电流、电枢速度和位移等关键参数。其次，利用ICEEMDAN ( Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise)-小波阈值组合算法对所获得信号进行降噪处理，计算实际工况下的动态变化接触电阻。分别建立考虑枢轨动态接触电阻与不考虑接触电阻情况下的电磁热力耦合有限元模型，通过对比计算结果得到动态接触电阻对电枢运动和温度特性的影响。最后与实验结果进行对比，发现动态接触电阻是影响推进装置性能的重要因素，随着电枢位移的增加，接触电阻对运动特性的影响逐渐增加。另外，动态接触电阻的存在还会使电枢表面的温度迅速升高，电枢尾翼容易发生烧蚀，进而影响电枢的加速性能。该研究为进一步分析极端条件下动态接触电阻对电磁能推进装置的性能影响提供理论支持。

关键词：电磁能推进装置动态接触电阻电磁热力耦合运动特性温度特性

基于电流平方量约束的新型开关磁阻电机转矩调制方法

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电工技术学报 2024年

作者：孙庆国吕广宇刘旭李珊瑚牛峰河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(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(河北工业大学)

针对开关磁阻电机转矩脉动大，现有开关磁阻电机的转矩脉动抑制方案通常依赖于大量电机电磁特性数据的问题，本文提出一种基于电流平方量约束的新型开关磁阻电机转矩调制方法，既可以有效降低开关磁阻电机转矩脉动，同时也大大降低了控... 详细信息

针对开关磁阻电机转矩脉动大，现有开关磁阻电机的转矩脉动抑制方案通常依赖于大量电机电磁特性数据的问题，本文提出一种基于电流平方量约束的新型开关磁阻电机转矩调制方法，既可以有效降低开关磁阻电机转矩脉动，同时也大大降低了控制过程中对于电机电磁特性数据的依赖。首先基于开关磁阻电机瞬时转矩公式得出一阶电流平方量对于转矩产生的作用，然后分析了二阶电流平方量的影响，通过一、二阶电流平方量的协同作用得出最小化开关磁阻电机转矩脉动的约束条件，接下来采用极值点确定法得出电流平方量的最优给定值，对于误差转矩脉动采用即时转矩补偿法进行分相直接抑制。最后基于一台150W、三相12/8极开关磁阻电机进行了实验验证，验证了所提方法的可行性与有效性。

关键词：开关磁阻电机电流平方量转矩脉动抑制电磁特性数据极值点确定法

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电磁轨道发射器高速下电流密度场预测方法

电工技术学报 2024年

作者：金亮宋居恒马天赐尹振豪张陈源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) 河北省电磁场与可靠性重点实验室(河北工业大学)

通过有限元方法计算发射过程中电流密度场，是实现电磁轨道发射器结构精细化设计的必要条件之一。但存在计算时间长、高速计算困难甚至无法计算的问题。本文首先以激励电流、电枢电导率、轨道结构参数和时间t为输入，建立了基于条件生... 详细信息

通过有限元方法计算发射过程中电流密度场，是实现电磁轨道发射器结构精细化设计的必要条件之一。但存在计算时间长、高速计算困难甚至无法计算的问题。本文首先以激励电流、电枢电导率、轨道结构参数和时间t为输入，建立了基于条件生成对抗网络（CGAN）的电流密度场预测模型。其次，为提高对复杂场分布的预测能力，构建ResUnet-Trans网络作为CGAN的特征生成器。最后，以低速电磁轨道发射器实例验证模型内插预测精度，结果表明，模型在测试集上的平均绝对百分比误差（MAPE）小于1.5%。并以高速电磁轨道发射器实例验证模型外推预测能力，结果表明，使用由低电导率向高电导率的迁移学习训练策略可以提高模型外推预测精度和泛化能力，在测试集上外推预测MAPE小于2.5%。本文提出的预测方法可实现电流密度场的秒级计算，为高速电磁轨道发射器的优化设计和数字化提供了一种新的思路。

关键词：电磁轨道发射器电流密度场分布深度学习图预测

基于能量模型与电磁场数值法的高频激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型

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中国电机工程学报 2024年

作者：姬俊安赵志刚张时陈天缘贾慧杰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) 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学)

准确预测纳米晶材料的磁滞特性，对高频变压器磁芯的电-磁-热特性分析具有重要意义。然而，受制于高成本、不准确的静态磁滞特性表征方法，现有的基于静态磁滞模型与电磁场数值法的软磁材料磁滞特性预测模型难以兼顾实用性与有效性。本... 详细信息

准确预测纳米晶材料的磁滞特性，对高频变压器磁芯的电-磁-热特性分析具有重要意义。然而，受制于高成本、不准确的静态磁滞特性表征方法，现有的基于静态磁滞模型与电磁场数值法的软磁材料磁滞特性预测模型难以兼顾实用性与有效性。本文首先基于能量模型（Energetic model）建模理论与软磁材料磁化机理，推导并建立能量模型参数与磁通密度之间的函数解析关系，实现不同磁化强度下软磁材料静态磁滞特性高效、准确的模拟；其次，将能量模型与Maxwell方程进行耦合，考虑高频方波电压激励下材料静态磁滞特性对带材内部涡流分布的影响，进而求解带材内部的磁通密度分布；最后，依据损耗统计理论，建立高频方波电压激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型，并通过实验验证本文所建预测模型的有效性。

关键词：纳米晶涡流能量模型数值方法