[發(fā)明專利]一種考慮自耦變壓器卷鐵心材料非線性磁性能的渦流損耗分析方法

有效

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• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112016204B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 吳振宇;周利軍;張陳擎宇;陳田東;周猛
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F17/11
• 代理公司: 武漢聚信匯智知識產(chǎn)權代理有限公司 42258
• 代理人: 馬尚偉

本發(fā)明公開了一種考慮自耦變壓器卷鐵心材料非線性磁性能的渦流損耗分析方法：在給定卷鐵心結構和材料物性參數(shù)的條件下，采用高精度的擬合函數(shù)表征硅鋼片非線性媒質的本構關系，引入并構建卷鐵心渦流場的簡化計算模型，提出適用于工頻條件的卷鐵心渦流損耗測評方案。本發(fā)明的有益效果是提出了一種更符合物理規(guī)律和實際運行工況的卷鐵心渦流損耗評估方法，能為自耦變壓器生產(chǎn)優(yōu)化設計和服役性能測評提供數(shù)據(jù)支持。

技術領域

本發(fā)明屬于電氣設備電磁分析與數(shù)值計算領域，具體涉及一種考慮自耦變壓器卷鐵心材料非線性磁性能的渦流損耗分析方法。

背景技術

AT供電方式是我國高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的主流方式之一，自耦變壓器作為橋接電磁能量的大型電氣設備，其運行性能直接關系著整個牽引供電系統(tǒng)的命脈。同時，空載時間長的工況貫徹著整個高鐵運行線路，因而關注鐵心的運行損耗在變壓器優(yōu)化設計和運行性能評估中有著舉足輕重的地位。而渦流損耗作為鐵心能耗的重要組成部分，提出一套足夠精確、通用性強的渦流損耗評估方法具有迫切的工程意義。

目前針對自耦變壓器卷鐵心渦流損耗的評估只能直接套用對單級硅鋼片依據(jù)線性媒質約束關系進行不嚴格推導而得出的經(jīng)典公式進行計算，然而其重要的磁特性參數(shù)(如磁導率)往往需要通過經(jīng)驗方法獲?。豪鐚Ψ谴棚柡蛥^(qū)的不同平均磁通密度對應的所有磁導率數(shù)值求統(tǒng)計學平均，以此為渦流損耗計算的參數(shù)標準。這種基于工程經(jīng)驗的算法很難對不同類型、結構的自耦變壓器損耗評估提供足夠的參考價值，因此要得到通用性強的計算方法，需要考慮卷鐵心材料本身的非線性磁性能，從電磁機理層面對渦流場重新進行分析。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種考慮自耦變壓器卷鐵心材料非線性磁性能的渦流損耗分析方法，并通過如下技術手段實現(xiàn)：

一種考慮自耦變壓器卷鐵心材料非線性磁性能的渦流損耗分析方法，其特征在于，卷鐵心材質為高導磁冷軋晶粒取向硅鋼片，包括以下步驟：

1)依據(jù)磁準靜態(tài)場麥克斯韋方程的微分形式，以及卷鐵心磁路長度和截面寬度遠大于硅鋼片厚度的特性，得到硅鋼片內渦流場復數(shù)形式標準方程：

式中，D為位移電流，ρ為自由電荷體密度，E為電場強度，j₀為全電流密度，B為磁通密度，H為磁場強度，j為虛數(shù)單位，f為勵磁頻率，σ為卷鐵心材質的電導率，H_z(x)和B_z(x)分別代表硅鋼片內部各點的磁場強度和磁通密度，通過對實測的材料磁特性數(shù)據(jù)進行高精度的數(shù)值擬合，得到它們滿足非線性的耦合關系：

B_z(x)＝μ₀[αarctan(βH_z(x))+γH_z(x)] (3)

式中，μ₀為真空磁導率，α、β、γ是與卷鐵心材料有關的擬合系數(shù)。

由于卷鐵心通常運行于工頻50Hz條件下，其集膚效應在低頻工況可以被忽略，因此磁場強度隨位置量的變化并不劇烈，(3)重新改寫為：

B_z(x)＝μ₀[αarctan(βH_m)+γH_m] (4)

式中，H_m為卷鐵心截面磁場強度幅值，滿足：

式中，U₀為自耦變壓器的一次側電壓，μ_avg為卷鐵心材料在非飽和區(qū)磁密區(qū)的平均磁導率，N為勵磁繞組匝數(shù)，S為卷鐵心的截面積。

結合(2)(4)，對等式兩邊進行積分，得到卷鐵心磁場強度函數(shù)表達式：