谐波激励条件下取向电工钢磁性能测量与损耗特性研究

摘要

随着交直流混合输电的不断发展，直流输电系统的引入使得电网中的电压以及电流发生畸变，造成谐波污染。电力变压器是电力系统中不可缺少的电气设备，而谐波的存在对变压器造成了许多不利的影响，尤其是使得变压器的损耗增大。变压器的铁心和磁屏蔽一般情况下是由取向电工钢制成，而且铁心作为变压器的核心部件决定了变压器的性能，所以对谐波激励条件下取向电工钢磁性能测量与损耗特性研究是十分必要的。 本文的主要研究内容如下： 1.本文采用双爱泼斯坦方圈测量方法，对多个角度取样的取向电工钢进行磁性能测量，并通过实体建模及三维磁场仿真证明了该测量方法的可行性。采用该方法得到的数据与标准爱泼斯坦方圈测量方法得到的数据相比更能准确反映出取向电工钢材料的磁性能。 2.由于在标准条件下测量得到的取向电工钢磁性能数据，不能完全反应出由取向电工钢制成的构件在实际工作状态下的磁性能。本文按照实际电力变压器铁心结构制作了两个横截面相同但尺寸不同的铁心模型，采用双铁心法对铁心模型进行磁性能测量。并对铁心施加谐波激励，得到在基波叠加不同阶次、不同含量和不同相位差的谐波时铁心的磁化特性和损耗特性。 3.本文采用基于损耗分离方法的Bertotti损耗模型和Steinmetz改进模型及变系数损耗模型对铁心模型在正弦激励时的损耗进行计算，结果证明变系数损耗模型能够更精确和全面的计算铁心损耗。为了能够计算铁心模型在谐波激励下的损耗并考虑局部磁滞回环对损耗的影响，在Bertotti损耗模型的基础上进行改进，使其能够计算谐波激励时的铁心损耗。 4.为研究取向电工钢在磁屏蔽中的磁性能，本文基于TEAM Problem21基准族中的磁屏蔽模型P21c-M1并使用其简化模型P21-M1。对激励线圈施加不同方式的激励，得到屏蔽层的磁化特性和损耗特性，但传统方法测量得到的磁屏蔽损耗是不精确的。而且使用在标准条件下测量得到取向电工钢磁性能数据来对磁屏蔽仿真计算，得到的损耗也是不精确的。因此提出测量与仿真结合的方法，得到相对精确的P21-M1模型中磁屏蔽的损耗。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 磁性材料的测量技术

1.2.2 磁性材料损耗计算模型

1.3 本文主要研究内容

第二章 取向电工钢多方向磁性能测量及模拟

2.1 爱泼斯坦方圈测量原理

2.2 双爱泼斯坦方圈法测量取向电工钢磁性能

2.3 三维磁场仿真验证

2.4 实验结果与分析

2.5 本章小结

第三章 变压器铁心模型磁性能测量

3.1 变压器铁心模型及其参数

3.2 测量变压器铁心磁性能实验方法

3.3 铁心模型与爱泼斯坦方圈样片磁性能对比分析

3.3.1 双铁心法测量铁心模型磁性能

3.3.2 铁心模型与爱泼斯坦方圈样片磁性能数据对比

3.4 谐波激励下铁心模型磁性能测量

3.5 本章小结

第四章 变压器铁心损耗特性研究

4.1 铁心损耗产生的机理

4.2 常系数损耗模型

4.3 变系数损耗模型

4.4 谐波激励下铁心模型损耗研究

4.5 三维仿真计算铁心损耗

4.5.1 MagNet仿真软件计算原理

4.5.2 定解条件

4.5.3 MagNet控制方程

4.5.4 铁心模型三维仿真

4.6 本章小结

第五章 基于Problem21基准模型测量取向电工钢磁性能和损耗特性

5.1 实验设备和电路

5.2 传统测量损耗方法

5.2.1 实验步骤

5.2.2 损耗测量结果

5.3 磁通测量

5.3.1 磁通测量方法

5.3.2 磁通测量结果

5.4 P21-M1模型三维仿真分析

5.5 测量与仿真结合得到谐波激励下磁屏蔽损耗

5.6 本章小结

第六章 结论

6.1 全文总结

6.2 进一步工作

参考文献

攻读学位期间的科研成果

致谢