考慮磁疇壁移動的異常渦電流損分析方法研究

《考慮磁疇壁移動的異常渦電流損分析方法研究》是依託武漢大學，由關偉民擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮磁疇壁移動的異常渦電流損分析方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：關偉民
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

整個研究的總體構思是從節能的角度出發，使用具有更高精度的基於磁場分析的鐵損計算開發和設計高性能電氣設備，從而進一步提高電氣設備的效率。本研究針對由逆變器電源驅動的電氣設備鐵損增加的主要因素之一，由於磁疇壁移動而產生的異常渦電流損，運用一種考慮磁疇壁移動的物理模型明確磁疇構造和異常渦電流損的關係，並提高鐵損分析的準確性。最終通過這種建模分析方法對由逆變器電源驅動的電抗器模型進行分析，確定其有效性和實用性。

結題摘要

為了開發更能效的電工矽鋼和套用矽鋼作為鐵心的電氣設備,研究矽鋼在高頻下的附加損耗是十分必要的。本研究使用基於有限元法的高精度磁場解析模型對電工矽鋼的磁疇和磁疇壁及其在磁化過程中的移動進行建模，並在此基礎上根據磁場解析的結果對取向性和非取向性矽鋼的異常渦電流損耗分別進行了評價。為驗證該模型在電機的鐵損分析計算套用中的有效性，本研究試製了一台實驗電抗器，將該電抗器的鐵損實測值與考慮磁疇壁移動的異常渦電流損模型計算鐵損值進行了比對。比對結果顯示 2000 Hz 以下的諧波造成的附加損耗與計算值之間的誤差在5%以內。在本研究中，引起異常渦電流損的主要因素被歸納為磁通在磁疇結構中的滲透深度減弱和由於雜質和缺欠等引起的磁疇壁移動過程中的釘扎效應。針對由於釘扎效應產生的磁疇壁移動過程中的彎曲現象，本研究提出了描述磁疇壁彎曲程度的一個參數DWBD（磁疇壁彎曲度），並發現該參數同時受磁通滲透深度和釘扎效應影響。通過非線性渦流場分析計算的結果，我們獲得了磁疇壁彎曲度的數值，並發現異常渦電流損與磁疇壁彎曲度在數值上存在指數函式關係。根據擬合得到的公式，我們計算了50 Hz 至 2000 Hz 下取向電工矽鋼的異常渦電流損並用實測鐵損值進行驗證。該方法可以簡便地套用於含諧波的激勵的鐵心鐵損計算場合。 另一方面，非取向矽鋼的磁疇結構與取向矽鋼存在很大區別，並且對於非取向矽鋼的磁疇在磁化過程中的行為研究甚少。為了分析如逆變器電源驅動的電機等使用非取向矽鋼的電氣設備鐵心在諧波下鐵損增加的主要因素，我們針對非取向矽鋼中更顯著的釘扎效應修正了取向矽鋼的磁疇模型。通過在修正模型中加入反映同時考慮了磁通的趨膚效應和磁疇壁的釘扎效應的算法，形成趨膚效應和釘扎效應兩種現象在模型中相互耦合。修正模型中的鐵損直接根據磁通和渦電流分布結果計算得到，包含了磁滯損耗，經典渦電流損和異常渦電流損。將該模型套用於2種不同型號的非取向矽鋼，計算結果的誤差均在2%以內。最後使用該建模分析方法對由逆變器電源驅動的電抗器模型進行分析，確定了其有效性和實用性。