[发明专利]一种电工钢片偏磁特性的分析方法

摘要

本发明是一种电工钢片偏磁特性的分析方法。本发明根据设计参数及电源输入条件，建立等效电路的独立基尔霍夫电压和电流方程组，铁芯绕组的压降用磁场密度B的变化率dB/dt、漏感L以及绕组自身电阻rL的串联形式来表示。在模拟计算中，根据铁质材料的典型磁滞回线和磁化曲线，确定最大磁密Bm和矫顽磁力Hc，初始值可从零值开始，根据反映磁滞特性的磁滞回线中的历史工作点逐步上行或下行递增，在一个循环周期后又开始另一个磁滞回环过程，所得的ΔB/Δt以及对应电流的H值必须满足基尔霍夫电压、电流方程组。数值逼近的方法就是在最大磁滞回线Bm和Hc所限定下的约束条件下，采用等间隔时间Δt来模拟任何偏磁情况下的B～H轨迹。本发明过程和思路简单，实用方便。

主权项

1.一种电工钢片偏磁特性的分析方法，其特征在于包括如下步骤：1）根据设计参数计算铁芯绕组的漏感L、自身电阻r_L，其中漏感按理论电感设计参数的3%～5%选取，电阻则根据r_L=ρ﹡l/S来计算，其中：ρ为绕组材质的电阻率，l为绕组总长度，S绕组导线的横截面积，利用该公式计算所得到的结果为直流电阻，在交流运行条件下，则应考虑趋肤效应，此时直流电阻r_dc、交流电阻r_ac、导线电流密度J、绕组单位体积的功率损耗P_w，以及填充系数k之间的关系为：其中J的单位为A/mm²，k的定义为绕线窗口的总面积除以窗口面积。若绕线横截面积为S_cu，窗口面积为S_W，绕组匝数为n，则k值为：2）从铁芯材料的典型磁滞回线确定最大磁密B_m和矫顽磁力H_c值，并选择原点为初始值；3）根据电源频率确定数值逼近的计算步长t，步长越小，精度越高；反之，则精度越低；4）根据电路拓扑结构列出线性无关的基尔霍夫电流、电压方程组，其中感性或电抗元件用磁感应强度B的变化率表示，根据Preisach或JA模型建立绕组中的电流与磁路中的磁场强度H之间的关系，该关系 与具体的磁路结构有关；5）在B～H平面初始工作点、B_m、H_c的约束条件下，在所计算得出的步长下，优化步进的方向用数值逼近的方法尝试步进结果，并用ΔB/Δt代替感性元器件上的电压u_L(t)，同时根据H～i_L(t)之间的关系得到电流i_L(t)，将这两个变量代入到基尔霍夫电压、电流方程组中，其最终结果以误差最小的步进方向的结果作为实际值保存，并作为下一个步进运算的初始值；6）在决定步长在B～H平面中的移动的幅值和方向时，根据ΔB/Δt和ΔH/Δt的正负号和幅值大小来决定，当ΔB/Δt为正时，增量方向向上移动，增量大小则由其幅值决定；当ΔB/Δt为负时，增量方向朝下，增量大小也由幅值确定；类似地，当ΔH/Δt为正时，移动的方向向右，为负时则向左移；移动的幅值也由该比值的大小来决定；7）当计算结果处于不同状态时，当系统根据运行工况或运行阶段的不同而改变开关状态时，根据实际控制要求重新列出电路层面的基尔霍夫电压、电流方程组，但磁路的初始状态应以前一次的步进计算结果为依据；8）重复执行(5)～(7)，直至需仿真的时间段结束。