球刻痕对Fe-3%Si取向硅钢磁性能影响的研究

摘要

取向硅钢是一种重要的软磁材料，具有优良的磁学性能，是制造变压器、磁屏蔽材料等不可或缺的原料，广泛应用于电力、电子等相关行业。取向硅钢的磁学性能一直备受专家学者的关注。球刻痕是欧洲硅钢公司开发的一种刻痕方法，作为机械刻痕法的一种，既克服了破坏绝缘层的缺点，又可以达到理想的刻痕效果，球刻痕对取向硅钢磁学性能的研究直接决定其应用的广泛性。本文研究了球刻痕对Fe-3％Si取向硅钢磁性能的影响，建立了取向硅钢磁畴、刻痕间距与铁损等参数间关系的修正模型，分析了球刻痕对取向硅钢磁导率、矫顽力及磁屏蔽效能的影响规律，研究了刻痕法及涂层、应力对巴克豪森噪声等磁性能的影响。论文的主要工作及研究成果如下：
　　(1)采用标准的Epstein试样沿不同方向进行磁化，获取磁化参数并对其进行研究，基于传统的椭圆模型提出了抛物线拟合和综合模型，并分别对BC1普通取向硅钢、BH1高磁感取向硅钢在不同磁化方向上的磁导率进行分段拟合，BC1、BH1取向硅钢的分段拟合模型与实验测量值吻合良好。
　　(2)将磁场强度与磁感应强度分别按傅里叶级数展开，构建了Fe-3％Si取向硅钢的磁滞回线模型，提出了采用固定角度法和最小二乘法确定角度、磁感应强度和磁场强度等待定参数的方法，该模型拟合效果良好。
　　(3)研究了球刻痕对Fe-3％Si取向硅钢铁损的影响。从磁畴能量等角度分析降低铁损的原因，推导了磁畴、刻痕间距等与取向硅钢铁损间的关系模型，得到了最佳刻痕间距的计算方法。将取向硅钢的铁损按磁滞损耗、涡流损耗、反常损耗进行分离，并计算所占比例及球刻痕对各部分铁损的影响。
　　(4)研究了球刻痕对Fe-3％Si取向硅钢磁导率的影响。从填充磁力线角度分析磁导率随磁感应强度变化的规律。对屏蔽效能的反射损耗、吸收损耗、内部多重损耗进行了分析。球刻痕可大幅提高取向硅钢的磁导率和磁屏蔽效能，同时会取得降低取向硅钢矫顽力的效果。经过球刻痕处理后，CC1普通取向硅钢的趋肤深度明显降低，CH1高磁感取向硅钢的趋肤深度在磁感应强度大于0.2 T时才逐渐下降。
　　(5)研究了球刻痕对Fe-3％Si取向硅钢巴克豪森噪声的影响，刻痕后CC1普通取向硅钢的巴克豪森噪声值上升，而CH1高磁感取向硅钢的巴克豪森噪声值下降。拟合了铁损和巴克豪森噪声两者间的线性关系，线性拟合度高。根据巴克豪森噪声与铁损值之间的关系，提出了一种取向硅钢铁损值的无损检测方法，该方法测试精度高、线性拟合度良好、容易实现。研究了表面涂层和拉应力对取向硅钢巴克豪森噪声的影响。去除表面涂层导致CC1与CH1取向硅钢的巴克豪森噪声值上升。计算了磁畴壁的移动速度，验证了铁损与巴克豪森噪声的关系。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 取向硅钢的生产及研究现状

1．1．1 引言

1．1．2 取向硅钢的发展概况

1．1．3 取向硅钢磁性能的研究现状

1．2 取向硅钢的磁畴细化原理

1．2．1 磁畴及磁畴壁的形成

1．2．2 分畴理论

1．2．3 磁畴壁的迁移与磁矩转动

1．2．4 技术磁化过程对磁畴的影响

1．2．5 磁畴细化的模型

1．3 刻痕技术的发展及应用

1．3．1 刻痕技术

1．3．2 刻痕技术的发展

1．4 研究背景、意义及研究内容

1．4．1 研究背景及意义

1．4．2 研究内容

第2章 球刻痕装置和磁性能测量系统

2．1 引言

2．2 实验材料

2．3 球刻痕装置

2．4 Epstein试样测量系统

2．4．1 Epstein试样测量系统的优点

2．4．2 Epstein测量系统检测磁感应强度与磁场强度原理

2．4．3 双轭铁单片测量装置

2．5 巴克豪森噪声测试系统

2．5．1 巴克豪森噪声测试原理

2．5．2 巴克豪森噪声信号的检测装置

2．6 Epstein试样应力装置

2．7 本章小结

第3章 多方向磁性及磁滞回线模型研究

3．1 引言

3．2 取向硅钢多方向磁性能研究

3．2．1 实验材料与方法

3．2．2 BC1取向硅钢多方向磁性模型研究

3．2．3 BH1取向硅钢多方向磁性模型研究

3．2．4 模型的应用步骤

3．3 难磁化角的确定及其与磁导率的关系

3．3．1 BC1取向硅钢难磁化角的确定及其与磁导率的关系

3．3．2 BH1取向硅钢难磁化角的确定及其与磁导率的关系

3．4 磁滞回线模型

3．4．1 以磁场强度确定磁感应强度的磁滞模型

3．4．2 以磁感应强度确定磁场强度的磁滞模型

3．5 本章小结

第4章 球刻痕对取向硅钢铁损的影响

4．1 引言

4．2 球刻痕对取向硅钢铁损的影响

4．2．1 球刻痕对CC1取向硅钢铁损的影响

4．2．2 球刻痕对CH1取向硅钢铁损的影响

4．3 球刻痕降低取向硅钢铁损的原理

4．3．1 磁畴及能量角度

4．3．2 磁畴宽度与反常涡流流损耗关系模型

4．4 刻痕间距计算与分析

4．5 球刻痕对取向硅钢铁损分离的影响

4．5．1 球刻痕对CC1取向硅钢铁损分离的影响

4．5．2 球刻痕对CH1取向硅钢铁损分离的影响

4．6 本章小结

第5章 球刻痕对取向硅钢磁导率的影响

5．1 引言

5．2 球刻痕对CC1取向硅钢磁导率的影响

5．3 球刻痕对CH1取向硅钢磁导率的影响

5．4 球刻痕对取向硅钢磁屏蔽效能的影响

5．4．1 磁屏蔽基本原理

5．4．2 刻痕前后整体磁屏蔽变化

5．4．3 磁屏蔽效能的分离

5．4．4 等值厚度减薄计算

5．5 球刻痕对取向硅钢矫顽力及趋肤深度的影响

5．5．1 球刻痕对取向硅钢矫顽力的影响

5．5．2 球刻痕对取向硅钢趋肤深度的影响

5．6 本章小结

第6章 球刻痕对巴克豪森噪声的影响

6．1 引言

6．2 巴克豪森噪声图谱及统计原理

6．3 球刻痕对CC1取向硅钢巴克豪森噪声的影响

6．4 球刻痕对CH1取向硅钢巴克豪森噪声的影响

6．5 巴克豪森噪声与铁损的关系研究

6．5．1 CC1取向硅钢巴克豪森噪声与铁损的线性关系

6．5．2 CH1取向硅钢巴克豪森噪声与铁损的线性关系

6．6 一种Fe-3％Si取向硅钢铁损值的软测量方法

6．7 涂层应力及外加应力对取向硅钢巴克豪森噪声的影响

6．7．1 表面涂层应力对取向硅钢巴克豪森噪声的影响

6．7．2 拉应力对巴克豪森噪声的影响

6．7．3 取向硅钢磁畴壁移动距离的计算

6．8 本章小结

第7章 结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及发明专利

致谢

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