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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作者 姬俊安 赵志刚 +2 位作者 张时 陈天缘 贾慧杰 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第5期2027-2038,I0035,共13页

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。该文首... 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。该文首先基于能量模型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、准确地模拟;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,并通过实验验证该文所建预测模型的有效性。 展开更多

关键词 纳米晶 涡流 能量模型 数值方法

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基于Maxwell方程和R-L分数阶导数的高频激励条件下纳米晶材料磁滞特性预测模型 被引量：3

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作者 姬俊安 赵志刚 +3 位作者 张时 杜振斌 翟志强 贾慧杰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期5431-5440,I0035,共11页

准确预测高频激励条件下纳米晶材料的磁滞特性,对电力电子变压器等高频电力设备磁性元件的优化设计具有重要意义。该文基于Maxwell方程和Riemann-Liouville(R-L)分数阶导数,建立高频激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型。首先,根据Maxwel... 准确预测高频激励条件下纳米晶材料的磁滞特性,对电力电子变压器等高频电力设备磁性元件的优化设计具有重要意义。该文基于Maxwell方程和Riemann-Liouville(R-L)分数阶导数,建立高频激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型。首先,根据Maxwell方程,首次推导出计及趋肤效应影响的涡流磁场强度解析式;其次,针对现有静态磁滞特性和异常效应建模方法未考虑趋肤效应影响的问题,依据R-L型分数阶导数理论,建立有效描述带材内部磁通密度分布不均时纳米晶静态磁滞特性与异常效应综合预测模型,并提出一种考虑频率效应的阻尼系数ρ和非整数阶n的解析计算方法;最后,基于磁场分离理论,建立高频激励下纳米晶材料磁滞特性预测模型。通过与纳米晶材料1K107B在高频激励下实测磁滞回线进行对比,验证该文所建预测模型的有效性。相较于经典模型,该文所建模型对磁滞回线的预测精度提升了35.8%。 展开更多

关键词 MAXWELL方程 Riemann-Liouville(R-L)分数阶导数 趋肤效应 磁滞回线

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谐波激励条件下铁心动态Energetic建模与验证 被引量：9

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作者 赵志刚 马习纹 +1 位作者 姬俊安 张鹏 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第20期4241-4250,共10页

谐波激励条件下,表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环,导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗,该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论,建立综... 谐波激励条件下,表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环,导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗,该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论,建立综合考虑谐波特征的动态Energetic谐波磁滞模型。实现人工鱼群算法结合归一化处理技术对传统静态Energetic谐波磁滞模型参数的辨识,并提出一种可以有效考虑局部回环影响的动态损耗系数求解方法。搭建磁通密度波形可控的变压器铁心磁性能测试平台,对不同谐波阶次、谐波含量、谐波相位激励条件下的变压器铁心磁滞特性和损耗特性进行实验研究。通过模型仿真结果与实验数据的对比,验证了该文所建动态Energetic谐波磁滞模型的正确性和有效性。 展开更多

关键词 谐波激励 局部回环 动态Energetic谐波磁滞模型 铁心损耗 磁滞特性

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基于动态J-A模型的直流偏磁条件下电工钢磁特性模拟及实验验证 被引量：17

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作者 赵志刚 姬俊安 +1 位作者 马习纹 李晓雪 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2081-2089,共9页

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分... 直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分别辨识与计算未引入直流偏磁量的静态模型参数和动态损耗系数,并通过仿真结果与实测数据对比,验证了模型的准确性。搭建电工钢磁性能测试系统,获得不同直流偏磁条件下电工钢的损耗及磁性能数据,并用于分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗的影响规律。基于分析得到的规律,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者拟合较好,验证了该方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 直流偏磁 动态J-A模型 磁性能测试系统 磁滞回线 磁损耗

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基于AFSA与PSO混合算法的J-A动态磁滞模型参数辨识及验证 被引量：24

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作者 赵志刚 马习纹 姬俊安 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期26-34,共9页

Jiles-Atherton (J-A)磁滞模型静态参数辨识结果直接影响其对变压器铁心磁滞特性的预测效果。针对目前单一智能算法存在的寻优能力差、计算时间长等问题,提出了一种人工鱼群算法与优化惯性权重线性递减粒子群优化算法相结合的混合算法... Jiles-Atherton (J-A)磁滞模型静态参数辨识结果直接影响其对变压器铁心磁滞特性的预测效果。针对目前单一智能算法存在的寻优能力差、计算时间长等问题,提出了一种人工鱼群算法与优化惯性权重线性递减粒子群优化算法相结合的混合算法。搭建变压器铁心磁性能测试系统,对正弦激励下变压器铁心的磁滞特性和损耗特性进行实验研究。对比分析了所提混合算法与其他单一智能算法对J-A模型的参数辨识速度与精度。结果表明,混合算法辨识结果的均方根误差仅为0.006 9,低于其他单一智能算法的相应结果,证明了该混合算法相较于其他单一智能算法,具有不易陷入局部最优解、收敛速度快、参数辨识精度高等优点。此外,考虑交变磁场下动态损耗分量对变压器铁心磁滞特性的影响,修正现有动态损耗系数求解方法,建立了J-A动态磁滞模型。通过对比动态磁滞回线模型预测结果与实验数据,验证了该方法的正确性与有效性。 展开更多

关键词 Jiles-Atherton磁滞模型 混合算法 变压器铁心 磁滞回线

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基于Preisach磁滞模型的电工钢片磁特性模拟 被引量：14

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作者 赵志刚 李晓雪 +2 位作者 姬俊安 魏乐 温涛 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期4038-4046,共9页

电工钢片广泛应用于变压器等电气设备的制造中,其磁滞特性对电气装备的运行性能具有十分重要的影响,因此,需要精确高效的磁滞模型以描述电工钢片的磁滞特性。为此,基于Preisach理论将Preisach分布函数写成2个1维函数的乘积形式,由分布... 电工钢片广泛应用于变压器等电气设备的制造中,其磁滞特性对电气装备的运行性能具有十分重要的影响,因此,需要精确高效的磁滞模型以描述电工钢片的磁滞特性。为此,基于Preisach理论将Preisach分布函数写成2个1维函数的乘积形式,由分布函数积分获得Everett函数及动态磁化率,并将积分以封闭形式进行表征,将推导出的闭式表达式应用于Preisach模型中可以模拟不同频率下电工钢片的磁化过程。并且以电工钢片为实验样本进行了仿真和实验,二者对比结果表明该模型运算速度快,仿真准确,具有较高的精度,能准确模拟电工钢片在磁化过程中的磁滞特性。 展开更多

关键词 PREISACH模型 电工钢片 分布函数辨识 Everett函数 动态磁化率

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基于Energetic模型的直流偏磁条件下电工钢片磁特性模拟及实验验证 被引量：15

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作者 赵志刚 马习纹 姬俊安 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第14期4656-4665,共10页

直流偏磁条件下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁磁材料磁滞和损耗特性的影响,该文首先在静态Energetic磁滞模型的基础上,考虑涡流损耗和异常损耗对磁滞回线的影响,建立动态Energe... 直流偏磁条件下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁磁材料磁滞和损耗特性的影响,该文首先在静态Energetic磁滞模型的基础上,考虑涡流损耗和异常损耗对磁滞回线的影响,建立动态Energetic模型,并利用优化算法和损耗分离理论分别提取无偏磁条件的静态Energetic磁滞模型参数和动态损耗系数。通过对比磁滞回线仿真结果与实测数据,验证了所建模型的准确性;其次,搭建磁性能测试系统,实验获取了不同偏磁工况下电工钢片的磁滞特性和损耗特性数据,并分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗(涡流损耗与异常损耗之和)的影响规律;最后,基于上述分析结果,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者吻合较好,验证了该文方法的正确性。 展开更多

关键词 直流偏磁 动态Energetic模型 爱泼斯坦方圈 磁损耗 磁滞回线

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考虑频率效应的正弦及直流偏磁条件电工钢磁滞特性模拟及验证 被引量：7

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作者 赵志刚 马习纹 姬俊安 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第23期8178-8186,共9页

为研究频率对正弦及直流偏磁条件磁性材料磁滞特性的影响,该文在静态J-A磁滞模型的基础上,考虑动态损耗对磁滞回线的影响,建立动态J-A磁滞模型,并利用混合优化算法和损耗分离理论提取静态模型参数与动态损耗系数。搭建磁性能测试系统,... 为研究频率对正弦及直流偏磁条件磁性材料磁滞特性的影响,该文在静态J-A磁滞模型的基础上,考虑动态损耗对磁滞回线的影响,建立动态J-A磁滞模型,并利用混合优化算法和损耗分离理论提取静态模型参数与动态损耗系数。搭建磁性能测试系统,实验获得不同频率正弦及直流偏磁工况电工钢磁滞特性与损耗特性数据,分析频率对磁滞特性的影响规律。基于该规律提出一种可以考虑静态参数频率效应的磁滞建模方法,并用于模拟不同频率正弦及偏磁工况电工钢磁滞特性。通过与实验数据进行对比,结果表明:相较于传统建模方法,该文所提建模方法的仿真结果与实测磁滞特性数据吻合较好,验证了建模方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 直流偏磁 频率效应 动态J-A磁滞模型 磁滞特性

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考虑趋肤效应的铁磁材料宽频损耗分离模型 被引量：3

9

作者 赵志刚 林琪铭 +1 位作者 姬俊安 马习纹 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第14期5374-5382,共9页

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... 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。 展开更多

关键词 损耗分离 趋肤效应 磁导率 宽频率

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基于表面阻抗边界的变压器杂散损耗计算方法

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作者 赵志刚 温涛 +2 位作者 魏乐 姬俊安 李晓雪 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期82-89,共8页

表面阻抗法是基于电磁波理论并将导体表面阻抗作为一种边界条件进行有限元求解的方法,它具有求解规模小、计算效率高等优势。首先借助工程电磁场数值计算软件Magnet,使用有限元法和表面阻抗法对该模型进行仿真,然后基于TEAM Problem 21... 表面阻抗法是基于电磁波理论并将导体表面阻抗作为一种边界条件进行有限元求解的方法,它具有求解规模小、计算效率高等优势。首先借助工程电磁场数值计算软件Magnet,使用有限元法和表面阻抗法对该模型进行仿真,然后基于TEAM Problem 21基准族中的P21-B模型搭建了变压器杂散损耗测试系统,用于测量在不同频率电流激励条件下的变压器杂散损耗。针对现有测量方法的不足,引入温度系数对测量结果进行修正,并采用改进线圈损耗法以得到更准确的杂散损耗测量结果。通过与实验值对比,验证了有限元法与表面阻抗法计算结果的准确性。从计算规模和时间角度分析,表面阻抗法远远小于有限元法,大大节省了计算资源。 展开更多

关键词 杂散损耗 有限元法 表面阻抗法 求解时间 温度影响

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变压器铁心模型谐波磁损耗的计算与分析 被引量：8

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作者 赵志刚 魏乐 +2 位作者 温涛 李晓雪 姬俊安 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期19-27,共9页

近年来,谐波问题的出现对高压直流输电系统的高效运行提出了重大挑战。换流变压器作为其中的核心设备之一,准确计算其谐波激励下的损耗显得尤为重要。提出了一种新的铁心损耗计算模型,设计制作了产品级变压器铁心模型对新方法进行验证,... 近年来,谐波问题的出现对高压直流输电系统的高效运行提出了重大挑战。换流变压器作为其中的核心设备之一,准确计算其谐波激励下的损耗显得尤为重要。提出了一种新的铁心损耗计算模型,设计制作了产品级变压器铁心模型对新方法进行验证,并进一步对换流变压器在谐波激励下铁心损耗问题进行了分析。首先,利用爱波斯坦方圈测量得到变压器铁心材料的磁性能数据,拟合得到原始斯坦梅兹公式的3个参数;其次,搭建磁通密度可控的变压器铁心实验测试平台,用实验方法得到谐波激励下的损耗,并借助谐波激励下变压器铁心磁性能测量数据通过新的计算模型计算其损耗,计算值与实验值对比,验证模型的正确性;最后,考察了谐波含量、阶次、相位差对变压器铁心损耗的影响。 展开更多

关键词 计算模型 换流变压器铁心 损耗规律

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