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面向变压器工程的铁磁材料电磁性能的模拟研究

杜永  
【摘要】:电工材料的电磁特性精细模拟是提高电气工程中复杂电磁场问题的求解精度和产品电磁设计(electromagnetic design)有效性的关键。特别是在材料供应商提供的性能数据不充分时,根据实际情况进行必要的材料模拟试验研究就显得尤为重要。 本文以大型电力变压器为工程背景,系统研究关键材料的电磁特性模拟,结合典型的三维涡流分析方法( A-V-A、T-ψ-ψ)公式推演,详细阐述了含有非线性和各向异性铁磁性材料的电磁性能在电磁场数值分析中的实现过程。 第二,采用标准的爱泼斯坦方圈(Epstein Frame)磁特性测量方法,通过多方向取样试验研究了电力变压器取向硅钢片的磁性能与轧制方向的关系。基于试验数据,提出了两种新的模型—抛物线磁导率模型和混合磁导率模型,分别用于模拟非饱和和饱和情况下,取向硅钢片沿任意方向角度的磁化曲线,同时验证了新磁导率模型的有效性。 第三,由于在标准条件下,通过测量得到的电力变压器叠片铁心材料的电磁性能数据,不能完全反应实际工作状态下材料的真实电磁行为,建立了两个产品级的叠片铁心模型模拟电力变压器铁心的实际工作状态,提出双铁心方法获取电力变压器叠片铁心工作条件下的综合磁性能,得到了包括有效磁路长度,磁化曲线,损耗曲线,铁心接缝区和柱轭区的激磁伏安以及有功损耗等磁性能数据,有助于提高电力变压器产品的电磁分析和优化设计。 第四,基于电力变压器杂散损耗工程背景的TEAM (Testing Electromagnetic Analysis Methods) Problem 21基准族中的Model B和Model M1模型,考察不同激励方式下电力变压器导磁钢板及取向硅钢叠片的损耗和磁通的分布,研究不同激励源之间的交叉作用对导磁钢板和取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的有效、可行的方法。不同激励方式下,铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。


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