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非晶合金取向硅钢组合铁心结构设计及其磁振动特性分析

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admin 发表于 2024-12-14 13:50 | 查看全部 阅读模式

文档名:非晶合金取向硅钢组合铁心结构设计及其磁振动特性分析
摘要:非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣.采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势.该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参数为自由变量,提出一种基于自由参数扫描法的组合铁心结构设计方法.首先,根据非晶合金-取向硅钢组合铁心结构特点,建立组合铁心的等效双非线性磁路模型;其次,采用磁路法迭代求解组合铁心的磁通密度分布,并制定组合铁心的结构设计流程;最后,根据结构设计结果制作了组合铁心的实验模型,采用实验和有限元仿真结合的方法分析了其磁-振动特性,验证了所提设计方法的准确性,并与传统纯非晶合金和纯取向硅钢铁心进行对比分析,阐述了组合铁心的优势.

Abstract:Amorphousalloyandorientedsiliconsteelarecommonsoftmagneticmaterialsusedinmanufacturingdistributiontransformerironcores.Amorphousalloywiththeadvantageoflowlossdensityfaceschallengeslikelowsaturationfluxdensityandlargemagnetostriction.Orientedsiliconsteelhastheadvantagesofhighsaturationfluxdensityandsmallmagnetostriction,butitslossdensityishigh.Theoppositemagnetizationcharacteristicsofthesematerialsmakethedistributiontransformerironcoredifficulttosimultaneouslyachievelowlossandlowvibration.Thecombinationofamorphousalloyandorientedsiliconsteelcansynthesizetheadvantagesofbothmaterials.Specifically,thecompositeironcorecantakeadvantageofthehighsaturationfluxdensityoforientedsiliconsteeltopreventthesupersaturationofamorphousalloy.Thecorelossisreducedbythelowlossdensityofamorphousalloy,andthevibrationofironcoresisreducedbythesmallmagnetostrictionoforientedsiliconsteel.Therefore,itisessentialtodesignthestructuralparametersofthecompositeironcoreandrationallyallocatetheproportionofamorphousalloyandorientedsiliconsteeltoreducethecorelossandvibrationindistributiontransformerironcores.Inthecompositeironcore,theamorphousalloypartadoptsaplanarwoundironcorestructure,andtheorientedsiliconsteelpartadoptsaplanarstackironcorestructure.Theexcitingcoilbypassesbothironcorestorealizesimultaneousexcitation.Accordingtothestructureofthecompositeironcoreandthemagnetizationsaturationcharacteristicsofamorphousalloyandorientedsiliconsteel,anequivalentdualnonlinearmagneticcircuitmodelisestablished,andtheiterativecalculationmethodoffluxdensitydistributionisproposed.Onthisbasis,thefreeparameterscanningmethodisusedtodesignthestructuralparametersofthecompositeironcore.Firstly,thevaluerangeoffreeparametersisset.Secondly,allcandidate-freeparametersetsaredeterminedbyarrangementandcombination.Eachgroupoffreeparametersrepresentsacompositeironcorestructurescheme.Finally,thefluxdensitydistributionofthecompositeironcoreineachschemeisiterativelycalculated.Basedontheconstraintthatthefluxdensityoftheorientedsiliconsteelironcoreishigherthanthatoftheamorphousalloyironcore,feasiblestructuraldesignschemesetsaredetermined.Acompositeironcoreisdesigned,andanexperimentalprototypeismanufacturedaccordingtothedesignresults.Thecalculatedandmeasuredresultsofthefluxdensitydistributionofthecompositeironcorearecompared.Themeanrelativeerrorofthefluxdensityforthecompositeironcoreis1.747%,fortheamorphousalloyironcoreis3.129%,andfortheorientedsiliconsteelironcoreis7.663%,whichverifiestheproposedmethod.Theno-loadlossofthepureamorphousalloycoreis29.064W,thepuresiliconsteelcoreis109.810W,andthecompositecoreis35.327W.Comparedwiththepureorientedsiliconsteelironcore,theno-loadlossofthecompositeironcoreisreducedby67.829%.Thevibrationdisplacementofthepure-amorphousalloyironcoreisthelargest,withapeakvalueof1.085μm.Thecompositeironcoreisthesecond,withapeakvalueof0.785μm.Thepureorientedsiliconsteelironcoreisthesmallest,withapeakvalueof0.019μm.Comparedwiththepureamorphousalloyironcore,thevibrationdisplacementpeakofthecompositeironcoreisreducedby38.200%.

作者:陈昊  李琳Author:ChenHao  LiLin
作者单位:新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)北京102206
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM201.4
关键词:非晶合金-取向硅钢组合  铁心自由参数  扫描法  结构设计  双非线性磁路模型磁-振动特性  
Keywords:Amorphousalloyandorientedsiliconsteelcompositeiron  corefreeparameter  scanningmethod  structuredesign  dualnonlinearmagneticcircuitmodel  magnetic-vibrationcharacteristics  
机标分类号:TM421V231.92U441.3
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:国家重点研发计划,国家自然科学基金非晶合金-取向硅钢组合铁心结构设计及其磁-振动特性分析[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)陈昊  李琳非晶合金和取向硅钢是制作配电变压器铁心常用的两种软磁材料,各有优劣.采用非晶合金-取向硅钢组合铁心结构可以综合两者的优势.该文以非晶合金和取向硅钢铁心并排的组合结构为基础,选取组合铁心的取向硅钢占比和尺寸参...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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