硅钢叠片材料的损耗特性测试及工程模拟研究

摘要

准确测量硅钢叠片材料的磁特性和损耗特性对电力变压器和电机的设计与制造起着至关重要的作用，是电气设备中铁心设计的关键因素。在硅钢叠片材料诸多特性中，描述磁场强度H和磁感应强度B关系的磁滞回线是反映磁特性的重要参量，也是计算损耗值的重要依据。传统的测试方法仅考虑了单一方向的磁化特性，这与工程实际有较大差异。与爱泼斯坦方圈法和单片测量方法相比，新型的三维磁特性测量系统可以用来测试硅钢叠片在多种复杂激磁条件下的磁特性和损耗特性。 结合国家自然科学基金重点项目“电工磁性材料三维磁特性检测技术和张量磁滞模型的研究”(51237005)的要求，对硅钢叠片材料的磁特性和损耗特性测试进行了深入研究。本文利用新型三维磁特性测试装置，对无取向硅钢叠片样品35WW270和取向硅钢叠片样品27ZH95进行磁特性测试实验。测定了硅钢叠片样品在轧制方向、切向方向和叠片方向进行20Hz~500Hz正弦交变激磁条件下的一维磁特性；在轧制平面进行50Hz~200Hz圆形旋转激磁条件下的二维磁特性；在空间进行轧制方向和切向方向为100Hz，叠片方向为10Hz的空间球形旋转激磁条件下的三维磁特性。为了更好地检验激磁电流波形的优劣和量化分析磁特性曲线的畸变程度，进行了50Hz条件下的磁通密度和磁场强度的谐波分析。计算了各种激磁频率和激磁模型下的铁心损耗值，并将不同激磁频率、不同激磁模型和不同类型硅钢叠片样品条件下的损耗值进行了对比与分析。利用损耗分离理论，在20Hz~200Hz之间，对轧制方向、切向方向和叠片方向上无取向硅钢叠片样品的铁心损耗进行了分离与预测。这项研究为设计和优化电机和电力变压器提供了较为全面的数据。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 硅钢材料的主要分类

1.2 研究硅钢叠片损耗的意义

1.3 磁特性测量方法的发展

1.4 本文主要研究内容

第二章 硅钢叠片的磁特性测试

2.1 三维磁特性测试实验

2.1.1 三维磁特性测试系统

2.1.2 B、H矢量的精确计算

2.1.3 硅钢叠片样品的制备

2.2 正弦交变激磁下的磁特性测试

（1）无取向 硅钢叠片的 磁特性 测量结果

（2）取向硅钢叠片的磁特性测量结果

2.3 旋转激磁条件下的磁特性测试

2.3.1 旋转磁场对硅钢叠片样品的特殊影响

2.3.2 圆形与空间球形的旋转激磁模型

2.3.3 旋转激磁条件下的磁特性测量结果

2.4 B、H信号的谐波分析

2.5 磁特性和损耗特性的可视化设计

2.6 本章小结

第三章 硅钢叠片的损耗特性分析

3.1 基于磁畴理论的磁化机理

3.2 叠片样品的损耗计算方法

3.3 不同激磁条件下的损耗计算

3.3.1 正弦交变损耗特性

3.3.2 旋转激磁条件下的损耗特性

3.4 损耗特性对比与分析

（1）不同激磁频率下的损耗对比

（2）不同激磁模型下的损耗对比

（3）损耗与磁通密度和频率的关系

3.5 本章小结

第四章 基于磁特性测量的损耗分离与预测

4.1 微观损耗产生的原因

（1）磁滞损耗

（2）涡流损耗

（3）异常损耗

4.2 涡流损耗的定量分析

4.3 损耗分离理论

4.3.1 交变损耗分离理论

4.3.2 旋转损耗分离理论

4.4 正弦交变激磁条件下的损耗分离

4.4.1 轧制方向的损耗分离

4.4.2 切向方向的损耗分离

4.4.3 叠片方向的损耗分离

4.5 损耗分离的有限元验证

4.6 本章小结

第五章 结论

5.1 论文工作总结

5.2 本文主要创新之处

5.3 需要进一步研究的工作

参考文献

附录

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果

致谢