[發明專利]一種鐵磁材料磁感應強度在線估測方法

有效

• 申請號: 202111396320.X
• 申請日: 2021-11-23
• 公開（公告）號: CN114236433B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 楊歡;馬銥林
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種鐵磁材料磁感應強度在線估測方法。首先，提出一種新的不可逆磁化強度M_irr計算公式，確保了不可逆強度隨有效磁場強度H_e的變化率dM_irr/dH_e始終為正；其次，提出一種變參數計算公式，其中，無磁滯磁化曲線形狀參數a、磁疇內部耦合平均場參數α、可逆磁化參數c隨有效磁場強度H_e絕對值增大而增大；并且，提出一種新的模型縮放系數計算公式，該公式僅需單個歷史磁場強度轉折點的有效磁場強度H_e與不可逆磁化強度M_irr。本發明方法在不引入新非物理現象的基礎上，可以有效修正傳統Jiles?Atherton模型的負不可逆磁化強度對磁場強度變化率dM_irr/dH問題、磁滯回環不閉合問題、以及中心磁滯回線關于原點不對稱問題，適應于在線估測鐵磁材料磁感應強度應用領域。

技術領域

本發明涉及一種鐵磁材料磁感應強度在線估測方法，屬于電氣工程、鐵磁材料領域。

背景技術

鐵磁材料由于具有高磁導率的特性，所以被廣泛應用于電機、變壓器等功率變換器件。但是，由于鐵磁材料還具有磁飽和、磁滯等非線性特性，所以使得鐵磁材料內部磁感應強度的測量難度大大增加。而倘若想要精確建模應用了鐵磁材料的電氣器件的電磁特性，從而實現高性能電路控制、浪涌電流故障保護等目標，則需要綜合考慮并在線測量鐵磁材料內部磁感應強度的變化情況。

目前，針對磁感應強度測量方法主要包含：接觸式測量與非接觸式估測。其中，接觸式測量依靠在鐵磁材料內部嵌入磁感應強度傳感器從而達到測量目的，該方法應用簡單、在確保傳感器精度的情況下有較高的準確性。但是，該方法也會造成成本增加，并改變嵌入點的磁路結構，引入額外的結構應力，影響電氣器件的工作性能。非接觸式估測則在不引入額外傳感器基礎上，基于電路電流、電壓信息估計鐵磁材料內部的磁感應強度，該方法不會改變電氣器件結構、節約成本，因而被廣泛應用于學術研究中。

目前，針對鐵磁材料內部磁感應強度的非接觸式估測方法主要采用Jiles-Atherton(JA)模型，因為JA模型對磁化物理過程有著更好的理論依據，并且所需整定的模型參數較少。然而，傳統的JA模型估測的磁感應強度可能會具有諸多非物理現象：首先，由于JA模型存在可突變的符號函數δ，使得不可逆磁化強度對磁場強度變化率dM_irr/dH可能存在負值；其次，針對不同的磁場強度變化方向，JA模型的表達式也存在差異，使得JA模型求解的磁滯回環不再閉合；最后，JA模型可能會導致中心磁滯回線的下降沿和上升沿不再針對原點對稱。

目前，針對dM_irr/dH可能為負值問題，已有學者提出采用限幅器δ_M將負的dM_irr/dH限制為0。但是，該方法可能會使得磁滯回環兩邊沿重疊，引入新的非物理現象。而針對磁滯回環不閉合問題，已有學者提出可以采用縮放系數的方法，縮放磁滯回環不閉合的邊沿，使其閉合。但是，該縮放系數不能解決磁滯回線關于原點不對稱問題。因此，能同時解決上述負dM_irr/dH問題、磁滯回環不閉合問題、磁滯回線關于原點不對稱問題，又不引入新非物理現象的鐵磁材料磁感應強度在線估測方法仍有待進一步提出。

發明內容

本發明的目的在于修正傳統Jiles-Atherton模型的負不可逆磁化強度對磁場強度變化率dM_irr/dH問題、磁滯回環不閉合問題、中心磁滯回線關于原點不對稱問題，并在不引入新非物理現象的基礎上，提出一種鐵磁材料磁感應強度在線估測方法。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案是：

一種鐵磁材料磁感應強度在線估測方法，所述的磁感應強度包括磁場強度H和磁化強度，所述磁化強度包括可逆磁化強度和不可逆磁化強度；采用改進的Jiles-Atherton模型計算不可逆磁化強度；所述改進的Jiles-Atherton模型中，針對負dM_irr/dH問題，提出一種新的不可逆磁化強度計算公式：