电磁机构防剩磁间隙设计方法的关键问题研究
发布时间：2021-01-24 13:10
自本世纪以来,电磁机构被广泛的应用于开关电器中,其性能和功耗对开关电器的重要性不言而喻。因为电磁机构导磁材料的磁滞特性产生的剩磁会导致电磁机构动铁芯复位时间变慢,甚至拒放,在工程上通常采用防剩磁间隙技术来对剩磁进行抑制,此技术的关键问题,间隙大小往往靠经验设置,设置过大会产生不必要的功耗,过小又会导致剩磁抑制不彻底的问题。造成此问题的原因是目前电磁机构的电磁计算采用导磁材料的基本磁化曲线,此计算方法虽然能保证一定精度,但是无法对导磁材料的磁滞特性所产生的剩磁进行准确分析。因此,电磁机构防剩磁间隙设计方法的关键问题是如何解决电磁机构导磁材料的磁滞建模和磁滞效应下的电磁计算。首先,本文对电磁机构导磁体所用的铁磁材料的磁特性进行分析,搭建了铁磁材料磁特性测量实验平台,由此获得了电磁机构常用导磁材料的磁特性数据。并引用JA模型对铁磁材料进行磁滞建模,运用合适的优化算法以实验数据为基准对JA模型参数进行识别校正。其次,分析有无磁滞效应下电磁机构的工作特性,通过JA磁滞模型和有限元模型相结合的磁滞-有限元的方法,对典型结构的电磁机构进行磁滞效应下的电磁计算。此外,对电磁机构剩磁大小的影响因素,以及...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁特性实验平台装置设备图
第3章电磁机构导磁材料剩磁特性影响研究273.2.1有限元几何模型建立由3.1.1节所示的开关电器螺管式电磁机构的基本结构为仿真模型进行分析，模型的主要部件尺寸如表3.1所示。表3.1螺管式电磁机构模型主要部件尺寸Tab.3.1Mainperformanceparametersofcommonlyusedsoftmagneticmaterials部件尺寸参数尺寸（mm）动铁芯高度22.7动铁芯半径6.0静铁芯高度19.2静铁芯半径6.0导磁外壳厚度1.9由表3.1的电磁机构的主要部件尺寸大小，在Maxwell有限元分析软件中建立其有限元仿真几何模型，因为其空间结构为轴对称结构，可以建立起二分之一2D模型仿真分析即可，如图3.4所示。图3.4螺管式电磁机构有限元仿真模型Fig.3.4Structureandsimulationmodelofsolenoidtypeelectromagneticactuator在电磁有限元仿真中网格剖分的质量影响着电磁计算结果的准确性，在Maxwell软件中网格的剖分方式主要分为自适应剖分和手动剖分两种方式。在2D瞬态场计算中为了使计算误差更小，需手动处理计算模型的关键计算区域剖分，对计算结果影响情况小的区域将采取自适应剖分。手动剖分主要采用Onselection和Insideselection，在电磁机构有限元计算中主要采用Insideselection剖分方式。对动铁芯、静铁芯、线圈和导磁外壳剖分单元最大边长分别设置为0.01mm，0.01mm，5mm，0.01mm。同时设置
沈阳工业大学硕士学位论文28剖分单元数目最大为1000个，当满足其中最大变长或者单元数目一个条件时剖分结束，对有限元求解域可以采取自适应剖分，图3.5所示为电磁机构手动剖分的结果。图3.5电磁机构的网格剖分Fig.3.5Meshdivisionofelectromagneticactuator3.2.2磁滞模型与有限元模型的耦合根据电磁机构的一般设计规则，对电磁机构各部件的赋予材料属性。电磁机构的通常选取导磁材料电工纯铁（DT4E），激磁线圈材料选取铜，求解域赋予为真空。表3.2列出了电磁机构仿真模型主要部分材料属性的定义情况，铜和真空材料可以在材料库中直接添加，电工纯铁（DT4E）需要另外添加，电导率可以根据材料手册获得，磁特性参数主要为磁化过程中磁导率，需要额外添加导磁材料的磁化曲线。表3.2电磁机构仿真模型主要部件材料属性Tab.3.2Materialpropertiesofmaincomponentsofelectromagneticactuatorsimulationmodel参数材料属性电导率/Sm-1磁导率/Hm-1动铁芯电工纯铁（DT4E）2.0×106磁化曲线静铁芯电工纯铁（DT4E）2.0×106磁化曲线导磁外壳电工纯铁（DT4E）2.0×106磁化曲线线圈铜（copper）5.8×1060.999991求解域真空（vaccum）01电磁有限元计算是根据导磁材料的B-H关系来计算每一时刻电磁机构的特性（电磁力、分合闸时间和速度等等），按照导磁材料的基本磁化曲线求解就会导致忽略材料的磁滞特性。经过粒子群优化算法辨识优化得到的电工纯铁（DT4E）磁滞回线JA模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Preisach磁滞模型的电工钢片磁特性模拟[J]. 赵志刚,李晓雪,姬俊安,魏乐,温涛. 高电压技术. 2019(12)
[2]容错型开关磁阻起动/发电系统的非线性建模及仿真[J]. 刘勇智,王熔基,戴聪,周政. 空军工程大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]工业互联网时代低压电器行业的创新与发展[J]. 尹天文,柴熠,孙吉升,高孝天. 电器与能效管理技术. 2019(15)
[4]基于随机性与确定性混合优化算法的Jiles-Atherton磁滞模型参数提取[J]. 刘任,李琳,王亚琦,韩钰,刘洋. 电工技术学报. 2019(11)
[5]电流互感器铁心剩磁测量方法研究[J]. 杨志强,陈卫. 电力工程技术. 2018(03)
[6]弱磁测量传感器的发展与应用[J]. 银鸿,杨生胜,郑阔海,文轩,庄建宏,王俊. 真空与低温. 2017(05)
[7]基于Jiles-Atherton理论的铁磁材料塑性变形磁化模型修正[J]. 刘清友,罗旭,朱海燕,韩一维,刘建勋. 物理学报. 2017(10)
[8]高速电磁阀静态电磁力数学模型[J]. 赵建辉,格列霍夫·雷奥尼德,范立云,马修真,宋恩哲. 哈尔滨工程大学学报. 2017(12)
[9]CT剩磁对继电保护装置的影响及饱和判据的改进[J]. 黄江. 电器与能效管理技术. 2016(02)
[10]粒子群优化算法综述[J]. 赵乃刚,邓景顺. 科技创新导报. 2015(26)
博士论文
[1]变压器铁心剩磁预测研究[D]. 王洋.山东大学 2017
[2]电力变压器铁芯剩磁的仿真、测量与削弱[D]. 戈文祺.河北工业大学 2014
硕士论文
[1]压电超精密定位台迟滞非线性建模与控制研究[D]. 李庭树.昆明理工大学 2018
[2]软磁材料磁滞特性模拟及损耗计算[D]. 宋雅吾.华北电力大学(北京) 2018
[3]大功率直流接触器电磁设计仿真及实验研究[D]. 杨延举.东南大学 2017
[4]高压共轨系统中比例电磁铁的设计与仿真[D]. 胡鹏翔.合肥工业大学 2016
[5]基于神经网络的Jiles-Atherton磁滞模型的实现[D]. 杨延菊.华北电力大学 2012
[6]电流互感器铁心剩磁相关问题的研究[D]. 崔迎宾.山东大学 2011
[7]直流接触器电磁机构动静态特性分析与仿真[D]. 葛晓明.河北工业大学 2011
[8]多点成形设备调形电磁铁的优化设计与分析[D]. 卜凡银.吉林大学 2006
本文编号：2997304
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁特性实验平台装置设备图
第3章电磁机构导磁材料剩磁特性影响研究273.2.1有限元几何模型建立由3.1.1节所示的开关电器螺管式电磁机构的基本结构为仿真模型进行分析，模型的主要部件尺寸如表3.1所示。表3.1螺管式电磁机构模型主要部件尺寸Tab.3.1Mainperformanceparametersofcommonlyusedsoftmagneticmaterials部件尺寸参数尺寸（mm）动铁芯高度22.7动铁芯半径6.0静铁芯高度19.2静铁芯半径6.0导磁外壳厚度1.9由表3.1的电磁机构的主要部件尺寸大小，在Maxwell有限元分析软件中建立其有限元仿真几何模型，因为其空间结构为轴对称结构，可以建立起二分之一2D模型仿真分析即可，如图3.4所示。图3.4螺管式电磁机构有限元仿真模型Fig.3.4Structureandsimulationmodelofsolenoidtypeelectromagneticactuator在电磁有限元仿真中网格剖分的质量影响着电磁计算结果的准确性，在Maxwell软件中网格的剖分方式主要分为自适应剖分和手动剖分两种方式。在2D瞬态场计算中为了使计算误差更小，需手动处理计算模型的关键计算区域剖分，对计算结果影响情况小的区域将采取自适应剖分。手动剖分主要采用Onselection和Insideselection，在电磁机构有限元计算中主要采用Insideselection剖分方式。对动铁芯、静铁芯、线圈和导磁外壳剖分单元最大边长分别设置为0.01mm，0.01mm，5mm，0.01mm。同时设置
沈阳工业大学硕士学位论文28剖分单元数目最大为1000个，当满足其中最大变长或者单元数目一个条件时剖分结束，对有限元求解域可以采取自适应剖分，图3.5所示为电磁机构手动剖分的结果。图3.5电磁机构的网格剖分Fig.3.5Meshdivisionofelectromagneticactuator3.2.2磁滞模型与有限元模型的耦合根据电磁机构的一般设计规则，对电磁机构各部件的赋予材料属性。电磁机构的通常选取导磁材料电工纯铁（DT4E），激磁线圈材料选取铜，求解域赋予为真空。表3.2列出了电磁机构仿真模型主要部分材料属性的定义情况，铜和真空材料可以在材料库中直接添加，电工纯铁（DT4E）需要另外添加，电导率可以根据材料手册获得，磁特性参数主要为磁化过程中磁导率，需要额外添加导磁材料的磁化曲线。表3.2电磁机构仿真模型主要部件材料属性Tab.3.2Materialpropertiesofmaincomponentsofelectromagneticactuatorsimulationmodel参数材料属性电导率/Sm-1磁导率/Hm-1动铁芯电工纯铁（DT4E）2.0×106磁化曲线静铁芯电工纯铁（DT4E）2.0×106磁化曲线导磁外壳电工纯铁（DT4E）2.0×106磁化曲线线圈铜（copper）5.8×1060.999991求解域真空（vaccum）01电磁有限元计算是根据导磁材料的B-H关系来计算每一时刻电磁机构的特性（电磁力、分合闸时间和速度等等），按照导磁材料的基本磁化曲线求解就会导致忽略材料的磁滞特性。经过粒子群优化算法辨识优化得到的电工纯铁（DT4E）磁滞回线JA模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Preisach磁滞模型的电工钢片磁特性模拟[J]. 赵志刚,李晓雪,姬俊安,魏乐,温涛. 高电压技术. 2019(12)
[2]容错型开关磁阻起动/发电系统的非线性建模及仿真[J]. 刘勇智,王熔基,戴聪,周政. 空军工程大学学报(自然科学版). 2019(04)
[3]工业互联网时代低压电器行业的创新与发展[J]. 尹天文,柴熠,孙吉升,高孝天. 电器与能效管理技术. 2019(15)
[4]基于随机性与确定性混合优化算法的Jiles-Atherton磁滞模型参数提取[J]. 刘任,李琳,王亚琦,韩钰,刘洋. 电工技术学报. 2019(11)
[5]电流互感器铁心剩磁测量方法研究[J]. 杨志强,陈卫. 电力工程技术. 2018(03)
[6]弱磁测量传感器的发展与应用[J]. 银鸿,杨生胜,郑阔海,文轩,庄建宏,王俊. 真空与低温. 2017(05)
[7]基于Jiles-Atherton理论的铁磁材料塑性变形磁化模型修正[J]. 刘清友,罗旭,朱海燕,韩一维,刘建勋. 物理学报. 2017(10)
[8]高速电磁阀静态电磁力数学模型[J]. 赵建辉,格列霍夫·雷奥尼德,范立云,马修真,宋恩哲. 哈尔滨工程大学学报. 2017(12)
[9]CT剩磁对继电保护装置的影响及饱和判据的改进[J]. 黄江. 电器与能效管理技术. 2016(02)
[10]粒子群优化算法综述[J]. 赵乃刚,邓景顺. 科技创新导报. 2015(26)
博士论文
[1]变压器铁心剩磁预测研究[D]. 王洋.山东大学 2017
[2]电力变压器铁芯剩磁的仿真、测量与削弱[D]. 戈文祺.河北工业大学 2014
硕士论文
[1]压电超精密定位台迟滞非线性建模与控制研究[D]. 李庭树.昆明理工大学 2018
[2]软磁材料磁滞特性模拟及损耗计算[D]. 宋雅吾.华北电力大学(北京) 2018
[3]大功率直流接触器电磁设计仿真及实验研究[D]. 杨延举.东南大学 2017
[4]高压共轨系统中比例电磁铁的设计与仿真[D]. 胡鹏翔.合肥工业大学 2016
[5]基于神经网络的Jiles-Atherton磁滞模型的实现[D]. 杨延菊.华北电力大学 2012
[6]电流互感器铁心剩磁相关问题的研究[D]. 崔迎宾.山东大学 2011
[7]直流接触器电磁机构动静态特性分析与仿真[D]. 葛晓明.河北工业大学 2011
[8]多点成形设备调形电磁铁的优化设计与分析[D]. 卜凡银.吉林大学 2006
本文编号：2997304
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