基于J-A理论的直流偏磁条件电工钢磁滞特性研究

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直流电流的侵入,使电力变压器处于一种非正常工作状态,对变压器本体产生影响(铁心振动加剧、变压器温升增加进而引起局部过热)。此外,随着运行工况的复杂,一些电磁设备不单受到直流偏磁的干扰,还会伴随着一些高频分量,此时需要综合考量高频分量与直流偏磁对铁磁材料磁滞特性的影响。本文主要的研究内容如下:(1)在静态J-A磁滞模型基础上,依据损耗分离理论,考虑磁性材料在交变磁场作用下涡流损耗和异常损耗对磁化过程的影响,推导并建立动态J-A磁滞模型。(2)针对采用单一优化算法提取静态模型参数出现的优化精度低、优化时间长等问题,本文提出一种人工鱼群算法与惯性权重线性递减粒子群算法相结合的混合算法。该混合算法结合了人工鱼群算法前期的全局快速寻优能力和惯性权重线性递减的粒子群算法后期局部快速收敛能力,具有寻优速度快,预测精度高等优点;针对动态损耗系数的求解,本文依据损耗分离的思想,基于麦克斯韦方程和损耗分离理论推导涡流损耗、异常损耗表达式,对动态损耗系数进行求解。(3)搭建了基于爱泼斯坦方圈的正弦磁性能测试平台,对正弦条件下电工钢材料的磁滞特性和损耗特性进行了实验研究。通过分析频率对磁性材料磁滞特性的影响规律,对现有的工频及更高频率动态磁滞建模方法进行合理改进,实现工频及更高频率正弦激励条件下磁滞特性较为准确的模拟,为工频及更高频率偏磁动态磁滞建模方法研究提供理论支持。(4)基于爱泼斯坦方圈与特制直流电源,搭建与实际电力变压器发生直流偏磁时相同的激励方式的直流偏磁实验平台,分别获得电工钢在低频偏磁、工频及更高频率偏磁条件下的磁滞特性和损耗特性;研究动态J-A磁滞模型参数(静态模型参数、动态损耗系数)随磁化频率、偏磁量的变化规律;进而提出一种直流偏磁动态磁滞建模方法,对不同直流偏磁条件下的磁滞回线及磁损耗进行模拟和预测,通过对比仿真数据与实验数据,验证直流偏磁动态磁滞建模方法的有效性。本文的研究成果可为电力变压器磁损耗计算提供理论支持。
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