本發(fā)明涉及電磁學(xué)領(lǐng)域，具體是一種交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法。

背景技術(shù)：

目前，在交直流混合激勵(lì)條件下，大型電磁裝置結(jié)構(gòu)件中損耗的分析與驗(yàn)證以及如何有效降低損耗，在產(chǎn)品分析與設(shè)計(jì)中備受關(guān)注。隨著高壓直流輸電工程建設(shè)的全面鋪開，使得許多直流輸電設(shè)備得到了迅速發(fā)展，其中平波電抗器就是主要設(shè)備之一。平波電抗器經(jīng)常在交直流混合激勵(lì)下運(yùn)行，使得平波電抗器繞組中不僅含有較大的直流分量，還含有高次諧波的交流分量，加上平波電抗器的外鐵心式結(jié)構(gòu)，使磁屏蔽框中的磁通分布不均勻，不同位置的直流磁通不相同，而在不同的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下磁屏蔽框的硅鋼疊片呈現(xiàn)的電磁性能也是不一樣的，在這種情況下采用計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域中傳統(tǒng)的B_m-P損耗曲線的方法無法實(shí)現(xiàn)磁損耗的計(jì)算。要想準(zhǔn)確計(jì)算交直流混合激勵(lì)條件下平波電抗器磁屏蔽框的磁損耗，需要采用瞬態(tài)場(chǎng)對(duì)外鐵心式平波電抗器模型進(jìn)行仿真求解，并通過采用插值技術(shù)并編制相應(yīng)腳本，確定每個(gè)單元的交流磁通密度B_m和直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc，進(jìn)而得到每個(gè)相對(duì)應(yīng)單元的損耗從而得到整個(gè)磁屏蔽框的損耗情況。這種方法的缺點(diǎn)在于單元數(shù)量繁多，在步長較長的情況下，使得計(jì)算時(shí)間過長，不適合工程應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法。該方法采用等效均勻化處理方法，將磁屏蔽框劃分為多個(gè)等效均勻域，并賦予每個(gè)等效均勻域相對(duì)應(yīng)的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下的損耗特性曲線，通過計(jì)算每個(gè)等效均勻域的磁損耗，進(jìn)而得到磁屏蔽框模型的磁損耗情況。該方法克服了現(xiàn)有技術(shù)測(cè)算各種交直流混合激勵(lì)工況下電氣裝備磁屏蔽框中的磁損耗的測(cè)算時(shí)間過長，不適合工程應(yīng)用的缺陷。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步：建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型；該模型由磁屏蔽框與線圈組成，線圈位于磁屏蔽框的中心位置；

第二步：施加交直流混合激勵(lì)于第一步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)外鐵心式平波電抗器模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果；

第三步：根據(jù)第二步得出的外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果，按磁通密度B_m分布的均勻性來劃分，即磁通密度B_m的最大值與最小值的差≤0.4T劃分為一個(gè)等效均勻域，將磁屏蔽框模型進(jìn)行劃分；

第四步：通過MagNet軟件計(jì)算出上述第三步劃分得到的每個(gè)等效均勻域一個(gè)周期內(nèi)的各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H，并確定在該周期中的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的最大值H_max和最小值H_min；

第五步：按直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc＝(H_max+H_min)/2，計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc；

第六步：根據(jù)計(jì)算出的每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc重新建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型，即賦予每個(gè)等效均勻域相對(duì)應(yīng)的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下的B_m-P損耗特性曲線；

第七步：施加交直流混合激勵(lì)于第六步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)重新建立的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出磁屏蔽框模型內(nèi)的每個(gè)等效均勻域的仿真結(jié)果；根據(jù)公式計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的磁損耗W_i；

式中，ρ為材料的密度；N_e為單元個(gè)數(shù)；V^e為單元體積；P^e為單元損耗密度，它是磁通密度B_m與直流磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc的函數(shù)；

第八步：將每個(gè)等效均勻域計(jì)算出的磁損耗代數(shù)相加，根據(jù)公式測(cè)算得到交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗W。

上述測(cè)算交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的方法，所述平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的求法是：上述第三步劃分得到的每個(gè)等效均勻域包括n個(gè)單元，根據(jù)公式測(cè)算出平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H；

式中，H_i是單元的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度，n為任意正整數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

(1)與采用編制腳本和插值技術(shù)求解磁損耗相比，該方法使用簡單方便，同時(shí)工作量大為降低，計(jì)算時(shí)間縮短，便于工程應(yīng)用。

(2)本文提出的交直流混合激勵(lì)下磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法，充分考慮外鐵心式平波電抗器不同位置的磁通密度不相同，且不同的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下磁屏蔽框呈現(xiàn)的電磁性能也不相同的情況，使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確合理。

(3)該方法適用于工程應(yīng)用，減少了計(jì)算工作量，計(jì)算時(shí)間也大為縮短。

附圖說明

圖1是本發(fā)明交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法一種實(shí)施例的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型；

圖2是本發(fā)明交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法一種實(shí)施例磁屏蔽框的等效均勻域的劃分模型；

圖3是本發(fā)明交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法一種實(shí)施例的劃分等效均勻域后重新建立的磁屏蔽框的有限元分析模型；(圖中1、線圈；2、磁屏蔽框)

具體實(shí)施方式

下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例。具體實(shí)施例僅用于進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，不限制本申請(qǐng)權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

本發(fā)明提供了一種交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步：建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型；該模型由磁屏蔽框與線圈組成，線圈位于磁屏蔽框的中心位置(參見圖1)；

第二步：施加交直流混合激勵(lì)于第一步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)外鐵心式平波電抗器模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果；

第三步：根據(jù)外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果，按磁通密度B_m分布的均勻性來劃分，即磁通密度B_m分布近似相等的區(qū)域劃分為一個(gè)等效均勻域，即磁通密度B_m的最大值與最小值的差≤0.4T劃分為一個(gè)等效均勻域，將磁屏蔽框模型進(jìn)行劃分(參見圖2)；

第四步：通過MagNet軟件計(jì)算出上述第三步劃分得到的每個(gè)等效均勻域一個(gè)周期內(nèi)的各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H，并確定在該周期中的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的最大值H_max和最小值H_min；所述平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的求法是：每個(gè)等效均勻域包括n個(gè)單元，根據(jù)公式(1)計(jì)算出平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H；

式中：H_i是單元的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度；n為任意正整數(shù)；

第五步：按直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc＝(H_max+H_min)/2，計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc；

第六步：根據(jù)計(jì)算出的每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc重新建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型(參見圖3)，即賦予每個(gè)等效均勻域相對(duì)應(yīng)的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下的B_m-P損耗特性曲線；

第七步：施加交直流混合激勵(lì)于第六步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)重新建立的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出磁屏蔽框模型內(nèi)的每個(gè)等效均勻域的仿真結(jié)果；根據(jù)公式(2)計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的磁損耗W_i；

式中，ρ為材料的密度；N_e為單元個(gè)數(shù)；V^e為單元體積；P^e為單元損耗密度，它是磁通密度B_m與直流磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc的函數(shù)；

第八步：將每個(gè)等效均勻域計(jì)算出的磁損耗代數(shù)相加，根據(jù)公式測(cè)算得到交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗W。

實(shí)施例1

一種交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步：建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型；該模型由磁屏蔽框與線圈組成，線圈位于磁屏蔽框的中心位置(參見圖1)；

第二步：施加交直流混合激勵(lì)于第一步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)外鐵心式平波電抗器模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果；

第三步：根據(jù)外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果，按磁通密度B_m分布的均勻性來劃分，即磁通密度B_m的最大值與最小值的差等于0.4T劃分為一個(gè)等效均勻域，將磁屏蔽框模型進(jìn)行劃分(參見圖2)；

第四步：通過MagNet軟件計(jì)算出上述第三步劃分得到的每個(gè)等效均勻域一個(gè)周期內(nèi)的各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H，并確定在該周期中的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的最大值H_max和最小值H_min；所述平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的求法是：每個(gè)等效均勻域包括n個(gè)單元，根據(jù)公式(1)計(jì)算出平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H；

式中：H_i是單元的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度；n為任意正整數(shù)；

第五步：按直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc＝(H_max+H_min)/2，計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc；

第六步：根據(jù)計(jì)算出的每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc重新建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型(參見圖3)，即賦予每個(gè)等效均勻域相對(duì)應(yīng)的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下的B_m-P損耗特性曲線；

第七步：施加交直流混合激勵(lì)于第六步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)重新建立的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出磁屏蔽框模型內(nèi)的每個(gè)等效均勻域的仿真結(jié)果；根據(jù)公式(2)計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的磁損耗W_i；

式中，ρ為材料的密度；N_e為單元個(gè)數(shù)；V^e為單元體積；P^e為單元損耗密度，它是磁通密度B_m與直流磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc的函數(shù)；

第八步：將每個(gè)等效均勻域計(jì)算出的磁損耗代數(shù)相加，根據(jù)公式測(cè)算得到交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗W。

實(shí)施例2

一種交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗的測(cè)算方法，其特征在于具體步驟如下：

第一步：建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型；該模型由磁屏蔽框與線圈組成，線圈位于磁屏蔽框的中心位置(參見圖1)；

第二步：施加交直流混合激勵(lì)于第一步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)外鐵心式平波電抗器模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果；

第三步：根據(jù)外鐵心式平波電抗器磁屏蔽框的仿真結(jié)果，按磁通密度B_m分布的均勻性來劃分，即磁通密度B_m的最大值與最小值的差等于0.3T劃分為一個(gè)等效均勻域，將磁屏蔽框模型進(jìn)行劃分(參見圖2)；

第四步：通過MagNet軟件計(jì)算出上述第三步劃分得到的每個(gè)等效均勻域一個(gè)周期內(nèi)的各個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H，并確定在該周期中的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的最大值H_max和最小值H_min；所述平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H的求法是：每個(gè)等效均勻域包括n個(gè)單元，根據(jù)公式(1)計(jì)算出平均磁場(chǎng)強(qiáng)度H；

式中：H_i是單元的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度；n為任意正整數(shù)；

第五步：按直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc＝(H_max+H_min)/2，計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc；

第六步：根據(jù)計(jì)算出的每個(gè)等效均勻域的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc重新建立外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型(參見圖3)，即賦予每個(gè)等效均勻域相對(duì)應(yīng)的直流偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc下的B_m-P損耗特性曲線；

第七步：施加交直流混合激勵(lì)于第六步得到的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型的線圈上，對(duì)重新建立的外鐵心式平波電抗器的有限元分析模型進(jìn)行三維有限元瞬態(tài)仿真，得出磁屏蔽框模型內(nèi)的每個(gè)等效均勻域的仿真結(jié)果；根據(jù)公式(2)計(jì)算出每個(gè)等效均勻域的磁損耗W_i；

式中，ρ為材料的密度；N_e為單元個(gè)數(shù)；V^e為單元體積；P^e為單元損耗密度，它是磁通密度B_m與直流磁場(chǎng)強(qiáng)度H_dc的函數(shù)；

第八步：將每個(gè)等效均勻域計(jì)算出的磁損耗代數(shù)相加，根據(jù)公式測(cè)算得到交直流混合激勵(lì)下的磁屏蔽框磁損耗W。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。