《基於材料本構的旋轉電機鐵損精確計算模型研究》是依託浙江大學，由馬吉恩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於材料本構的旋轉電機鐵損精確計算模型研究
- 外文名：Study on accurate calculation model of core loss of rotating motor based on material constitutive model
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：馬吉恩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高精度的材料模型對於旋轉電機的鐵損分析以及整個電機系統的損耗與效率計算至關重要。本項目試圖通過對磁疇運動的原位觀測解釋電工鋼磁滯/弛豫損耗的微觀物理本質，同時結合複雜激勵條件下磁滯回線和回複線精確測量，以及非線性瞬變渦流場的有限元計算，形成更為完備精確的基於唯像模型的多維電工鋼磁滯/弛豫損耗和渦流損耗的計算方法；進而實現計及電樞反應的複雜電源供電條件下實際工況旋轉電機鐵損的分布計算和精確測量。通過本項目研究，將構建更為物理自洽、系統完整、高效準確的旋轉電機鐵損計算、分析和試驗仿真的理論體系，為更高效率、更高功率密度、更高集成度和更高可靠性的旋轉電機及系統設計最佳化提供支撐。
結題摘要
提高鐵芯損耗計算分析精度對電機、變壓器和高低壓電器的設計最佳化極為重要。對大量其他電力裝備和科學儀器的研究與發展也有重要意義。本項目主要圍繞電工鋼的磁滯損耗開展研究，從理論與實驗兩個方面進行了一些探索。在理論方面：本項目提出了一種非正弦激勵下鐵損的時域分析方法，分析了直流偏置對Steinmetz公式各個參數的影響，並針對大直流偏置高磁場飽和特性對SPG方法進行了改進。基於實驗數據擬合研究得到了非正弦、直流偏置激勵下磁場強度與磁感應強度以及直偏磁場的關係，建立了直偏磁場下的材料磁滯回線的唯象預測模型，並進而實現了直偏磁場下鐵芯損耗的準確計算。本項目還研究了基於磁網路的永磁同步電機建模及轉子損耗計算。利用諧波分析、離散累加的方法計算了轉子渦流損耗，分析了定子槽數對轉子渦流損耗的影響，最佳化了轉子不同部件渦流損耗的磁網路算法，提高了計算準確性，在此基礎上利用磁網路方法大幅提高了電機空載和穩態特性計算和最佳化效率，滿足了工程設計要求。在實驗方面：利用高精度可程式電源設計搭建了激勵電壓、頻率、諧波含量、直流偏置量可調的電工鋼圓圈測試平台，驗證了鐵損計算模型的準確性及其在電機中的適用性；發明了電機鐵損的精確測試技術，搭建了測試平台。實驗表明，本項目提出的損耗模型誤差小於12%，優於傳統的經驗公式。基於極低溫超導量子干涉磁強計(SQUID)測量系統MPMS3開展了電工鋼磁滯損耗的研究，得到只受巴肯豪森效應影響的B-H曲線，實現了磁滯損耗的精確測量，解決了傳統鐵損測試中無法將磁滯損耗和渦流損耗分離的難題。在此基礎上建立了磁滯損耗的多維資料庫，為更高效率、更高功率密度、更高集成度和更高可靠性的旋轉電機設計最佳化提供了支撐。
