基于材料本构的旋转电机铁损精确计算模型研究

批准号:
51577166
项目类别:
面上项目
资助金额:
68.0 万元
负责人:
马吉恩
依托单位:
学科分类:
E0703.电机及其系统
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
姚缨英、骆忠汉、吴琛、章玮、赵沛、宋也男、张健、陈威、张建承
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中文摘要
高精度的材料模型对于旋转电机的铁损分析以及整个电机系统的损耗与效率计算至关重要。本项目试图通过对磁畴运动的原位观测解释电工钢磁滞/弛豫损耗的微观物理本质,同时结合复杂激励条件下磁滞回线和回复线精确测量,以及非线性瞬变涡流场的有限元计算,形成更为完备精确的基于唯像模型的多维电工钢磁滞/弛豫损耗和涡流损耗的计算方法;进而实现计及电枢反应的复杂电源供电条件下实际工况旋转电机铁损的分布计算和精确测量。通过本项目研究,将构建更为物理自洽、系统完整、高效准确的旋转电机铁损计算、分析和试验仿真的理论体系,为更高效率、更高功率密度、更高集成度和更高可靠性的旋转电机及系统设计优化提供支撑。
英文摘要
The iron loss is the research focus of scholars around the world, and its precise measurement and calculation means a lot for the performance analysis, optimization and evaluation of rotary machines. This project will make effort to establish a complete and multi-parameters calculation method of hysteresis/relaxation losses and eddy current losses in electrical steels based on phenomenological models as following: micro physical explanations of hysteresis/relaxation losses in electrical steels obtained by observations of the motion of magnetic domains, precise measurements of hysteresis curves and recoil curves under complex excitations, and finite element analysis of non-linear transient eddy current fields. Based on above, the calculation and measurement method of iron losses in rotary machines under various power supply conditions in real operation will be presented by taking armature reactions into account. Thus, a compact, physical compatible, complete and more precise theory of calculation, simulation and testing of iron losses in rotary machines is established, which lends support for industrial application of new, highly efficient, intelligent and advanced electrical machines and driving systems.
提高铁芯损耗计算分析精度对电机、变压器和高低压电器的设计优化极为重要。对大量其他电力装备和科学仪器的研究与发展也有重要意义。本项目主要围绕电工钢的磁滞损耗开展研究,从理论与实验两个方面进行了一些探索。.在理论方面:本项目提出了一种非正弦激励下铁损的时域分析方法,分析了直流偏置对Steinmetz公式各个参数的影响,并针对大直流偏置高磁场饱和特性对SPG方法进行了改进。基于实验数据拟合研究得到了非正弦、直流偏置激励下磁场强度与磁感应强度以及直偏磁场的关系,建立了直偏磁场下的材料磁滞回线的唯象预测模型,并进而实现了直偏磁场下铁芯损耗的准确计算。.本项目还研究了基于磁网络的永磁同步电机建模及转子损耗计算。利用谐波分析、离散累加的方法计算了转子涡流损耗,分析了定子槽数对转子涡流损耗的影响,优化了转子不同部件涡流损耗的磁网络算法,提高了计算准确性,在此基础上利用磁网络方法大幅提高了电机空载和稳态特性计算和优化效率,满足了工程设计要求。.在实验方面:利用高精度可编程电源设计搭建了激励电压、频率、谐波含量、直流偏置量可调的电工钢圆圈测试平台,验证了铁损计算模型的准确性及其在电机中的适用性;发明了电机铁损的精确测试技术,搭建了测试平台。实验表明,本项目提出的损耗模型误差小于12%,优于传统的经验公式。.基于极低温超导量子干涉磁强计(SQUID)测量系统MPMS3开展了电工钢磁滞损耗的研究,得到只受巴肯豪森效应影响的B-H曲线,实现了磁滞损耗的精确测量,解决了传统铁损测试中无法将磁滞损耗和涡流损耗分离的难题。在此基础上建立了磁滞损耗的多维数据库,为更高效率、更高功率密度、更高集成度和更高可靠性的旋转电机设计优化提供了支撑。
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Predicting Iron Losses in Soft Magnetic Materials Under DC Bias Conditions Based on Steinmetz Premagnetization Graph
基于 Steinmetz 预磁化图预测直流偏置条件下软磁材料的铁损
DOI:10.1109/tmag.2015.2514239
发表时间:2016
期刊:IEEE Transactions on Magnetics
影响因子:2.1
作者:Chen Wei;Huang Xiaoyan;Cao Shihou;Ma Jien;Fang Youtong
通讯作者:Fang Youtong
DOI:--
发表时间:--
期刊:铁道学报
影响因子:--
作者:张子健;马吉恩;李旭峰;方攸同
通讯作者:方攸同
DOI:10.1631/jzus.a1600747
发表时间:2016-12-01
期刊:JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY-SCIENCE A
影响因子:3.2
作者:Tan, Ping;Ma, Ji-en;Fang, You-tong
通讯作者:Fang, You-tong
Predicting Iron Losses in Laminated Steel with Given Non-Sinusoidal Waveforms of Flux Density
使用给定的磁通密度非正弦波形预测叠层钢的铁损
DOI:10.3390/en81212384
发表时间:2015-12
期刊:ENERGIES
影响因子:3.2
作者:Chen Wei;Ma Jien;Huang Xiaoyan;Fang Youtong
通讯作者:Fang Youtong
Thermal optimization of a totally enclosed forced ventilated permanent magnet traction motor using lumped parameter and partial computational fluid dynamics modeling
使用集总参数和部分计算流体动力学模型对全封闭强制通风永磁牵引电机进行热优化
DOI:10.1631/jzus.a1700649
发表时间:2018
期刊:Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)
影响因子:--
作者:Chen Wei;Wu Gui-chu;Fang You-tong;Ma Ji-en
通讯作者:Ma Ji-en
铅铋快堆高温金属熔液高精度流量计设计制造关键技术
- 批准号:LZ23E070003
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2023
- 负责人:马吉恩
- 依托单位:
高温超导金属熔液电磁泵的分析与设计优化方法
- 批准号:51977193
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:马吉恩
- 依托单位:
牵引电机高速重载磁流体轴承润滑特性关键技术研究
- 批准号:51105331
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:马吉恩
- 依托单位:
国内基金
海外基金
