[发明专利]一种考虑磁通密度不均匀分布的卷铁心涡流损耗评估方法

摘要

本发明公开了一种考虑磁通密度不均匀分布的卷铁心涡流损耗评估方法，在给定卷铁心内窗尺寸与铁轭、心柱外截面半径的条件下，明确硅钢带各层级的卷绕路径长度、截面宽度与卷绕级数的定量关系，构建铁心沿轧制方向解析的等效磁路模型，计算不同卷绕层级的磁阻和磁通密度，改进单级硅钢片的涡流损耗评估公式中的边界磁通密度参数，综合考虑不同卷绕层级几何约束关系的差异性，得到适用于沿叠装方向磁通密度不均匀分布的卷铁心涡流损耗计算公式。本发明利用硅钢片导磁性能的各向异性对卷铁心分层级构建等效磁路模型，解决了各卷绕层级边界磁通密度难以确定的问题，提出了精度更高的涡流损耗评估方法，为变压器散热结构优化设计提供理论基础。

主权项

1.一种考虑磁通密度不均匀分布的卷铁心涡流损耗评估方法，其特征在于，所述卷铁心为多级圆形截面，材质为高导磁冷轧取向硅钢片，包括以下步骤：1)根据卷铁心内窗几何参数，包括心柱长度a、铁轭长度b、圆角半径r，硅钢带厚度d，构建卷铁心的等效磁路模型，计算不同卷绕层级的磁阻R_i，其中每个层级的磁阻分为心柱磁阻R_ai、铁轭磁阻R_bi和拐角磁阻R_ri三个部分，具体如下：式中，μ为卷铁心材质的磁导率，S_i为卷铁心不同卷绕层级的截面积，l_i为不同卷绕层级的卷绕路径长度，它们满足：式中，i∈{1,2,3,…,n,n+1,n+2,…,2n}，2n为硅钢带卷绕的总层级数，它满足：为向上取整的运算，R为卷铁心外截面半径，2m_i为卷铁心不同卷绕层级的截面宽度，它满足：2)根据磁路的欧姆定律及磁通量的物理定义，建立不同卷绕层级的磁动势F、磁通量Φ_i、磁阻R_i的定量关系：根据安培环路定律，不同卷绕层级的磁动势F还应满足：其中，N为励磁绕组匝数，I为励磁电流，l为卷铁心截面的几何中心所在磁路的长度，B_avg为整个卷铁心磁通密度的平均值，它们满足：式中，U_rms为变压器绕组一次侧电压的有效值，f为励磁频率，S为整个卷铁心的截面积；合并与磁动势F有关的等式，得到不同卷绕层级的边界磁通密度B_i表达式：3)根据步骤2)对不同卷绕层级的边界磁通密度的评估结果，改进单级硅钢片的涡流损耗计算公式中的磁通密度参数，得到考虑磁通不均匀分布的卷铁心各层级单位体积涡流损耗的评估公式：式中σ为卷铁心材质的电导率。4)考虑卷铁心不同卷绕层级的截面积及卷绕路径长度的差异，对步骤3)中各层级涡流损耗的计算值求和再比上铁心总体积，得到整个卷铁心的单位体积涡流损耗评估公式：