一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统和方法，所述方法包括：生成一阶回转曲线，并显示所述生成的一阶回转曲线；利用生成的一阶回转曲线进行模型参数辨识和磁滞特性模拟分析。本发明专利技术仅需极限磁滞回线的实验数据，所需实验数据少，避免了复杂的实验设计和测量工作以及由此造成的低效和误差，有效提高生成的直流偏磁条件下铁磁材料一阶回转曲线及Preisach磁滞模型模拟结果的准确性。同时还可以预测高阶回转曲线，使得磁滞特性的模拟分析更加准确和多样化。

A Hysteresis Characteristic Simulation and Analysis System for Ferromagnetic Materials under DC Bias

【技术实现步骤摘要】
一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统和方法
本专利技术属于铁磁材料磁滞特性研究领域，尤其涉及一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统和方法。
技术介绍
磁滞现象是磁性材料固有的重要特征之一，不同磁性材料的磁滞特性主要通过该材料的磁滞回线形状和影响参数来表现。而磁性材料几乎存在于所有的电气设备中，如电力系统中变压器的铁心，发电机、电子线路中的电感线圈等，由于在铁磁材料内部存在磁滞现象和涡流现象，当内部磁场随时间变化时，便会产生铁耗，从而影响电气设备的运行性能。实际运行中的电力变压器，由于磁暴以及直流输电的影响，会发生直流偏磁现象，从而导致变压器运行性能降低、运行噪声加大、结构件和箱体的局部过热，对变压器的稳定安全运行更为不利。因此，深入分析铁磁材料在直流偏磁条件下的磁滞特性及损耗特性，有助于直流偏磁问题的研究和解决。Preisach模型是研究磁性材料磁滞特性、损耗特性的重要数学模型，一阶回转曲线是进行其参数辨识的重要数据，一般通过测量得到。相关的实验研究表明，与无偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性相比，直流偏磁磁滞回线不再对称，直流偏磁磁化曲线在一、三象限不对称且不再通过原点，因此直流偏磁一阶回转曲线也必然与无偏磁一阶回转曲线不同。而在实际应用中，一阶回转曲线的测量工作十分复杂繁琐，并且测量实验本身也会对结果造成误差，因此找到一个利用尽可能少量的实验数据来获得准确有效的直流偏磁一阶回转曲线，建立Preisach模型，将使直流偏磁条件下磁滞模拟结果更加准确，对实现Preisach模型的参数辨识十分具有实际意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足之处，提供一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统和方法，通过本专利技术提供的模拟分析系统和方法，能够利用少量的实验数据来获得准确有效的直流偏磁一阶回转曲线，磁滞模拟分析结果更加准确，同时还可以预测高阶回转曲线，使得磁滞特性的模拟分析更加准确和多样化。为实现上述目的本专利技术提供一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统，所述系统包括：生成显示模块，用于生成一阶回转曲线，并显示所述生成的一阶回转曲线；模拟分析模块，利用生成的一阶回转曲线进行模型参数辨识和磁滞特性模拟分析。根据本专利技术的另一个方面，所述生成显示模块包括回转点确定子模块，用于确定一阶回转曲线的回转点位置，得到曲线上任一点处磁场强度，所述一阶回转曲线回转点位置如下：所述一阶回转曲线回转点R对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值ΔHrev如下：ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR)(1)其中，Ha(B)为极限磁滞回线上升支磁场强度；Hd(B)为极限磁滞回线下降支磁场强度；Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度；所述一阶回转曲线回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，即磁感应强度差值ΔBrev如下：ΔBrev＝BT-BR(2)其中，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度；所述一阶回转曲线上任一点P处磁场强度HP如下：HP＝Ha(BP)-ΔH(3)其中，BP为P点磁感应强度；Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；ΔH为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与P点磁场强度差值。根据本专利技术的另一个方面，所述生成显示模块包括相对位置确定子模块，用于引入无量纲参数，用比值表征一阶回转曲线回转点及曲线上任一点在曲线中的相对位置，所述无量纲参数表示如下：用比值β表征回转点R在一阶回转曲线中的相对位置：其中，ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；用比值x表征点P在一阶回转曲线中的相对位置：其中，ΔB为点P与点T之间磁感应强度差值。根据本专利技术的另一个方面，所述生成显示模块包括变换求解子模块，用于将同一磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与曲线上任一点磁场强度差值按变化速率用两项分量叠加表示，并利用均方根逼近得出上述表达式中系数最优值，其中其各项参数取值决定变化速率；所述同一磁感应强度BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度Ha(BP)与P点磁场强度HP差值ΔH(x)表示如下：ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc(6)ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP)(7)其中，a、b、c为参数，其取值决定ΔH(x)变化速率；ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值。根据本专利技术的另一个方面，所述生成显示模块包括曲线生成子模块，用于选取所得系数最优值，生成直流偏磁条件下铁磁材料一阶回转曲线；所模拟分析模块进行磁滞特性模拟分析包括：利用生成的一阶回转曲线模拟预测高阶回转曲线，进行磁滞特性分析。本专利技术还提供了一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析方法，所述方法包括以下步骤：A1：生成一阶回转曲线，并显示所述生成的一阶回转曲线；A2：利用生成的一阶回转曲线进行模型参数辨识和磁滞特性模拟分析。根据本专利技术的另一个方面，所述步骤A1还包括步骤：S1:确定一阶回转曲线回转点位置，得到曲线上任一点处磁场强度；所述一阶回转曲线回转点位置如下：所述一阶回转曲线回转点R对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值ΔHrev如下：ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR)(1)其中，Ha(B)为极限磁滞回线上升支磁场强度；Hd(B)为极限磁滞回线下降支磁场强度；Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度；所述一阶回转曲线回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，即磁感应强度差值ΔBrev如下：ΔBrev＝BT-BR(2)其中，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度；所述一阶回转曲线上任一点P处磁场强度HP如下：HP＝Ha(BP)-ΔH(3)其中，BP为P点磁感应强度；Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；ΔH为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与P点磁场强度差值。根据本专利技术的另一个方面，所述步骤A1还包括步骤：S2：引入无量纲参数，用比值表征一阶回转曲线回转点及曲线上任一点在曲线中的相对位置，所述无量纲参数表示如下：用比值β表征回转点R在一阶回转曲线中的相对位置：其中，ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；用比值x表征点P在一阶回转曲线中的相对位置：其中，ΔB为点P与点T之间磁感应强度差值。根据本专利技术的另一个方面，所述步骤A1还包括步骤：S3：将同一磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与曲线上任一点磁场强度差值按变化速率用两项分量叠加表示，并利用均方根逼近得出上述表达式中系数最优值，其中其各项参数取值决定变化速率；所述同一磁感应强度BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度Ha(BP)与P点磁场强度HP差值ΔH(x)表示如下：ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc(6)ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP)(7)其中，a、b、c为参数，其取值决定ΔH(x)变化速率；ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值。根据本专利技术的另一个方面，所述方法还包括以下步骤：选取所得系数最优值，生成直流偏磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统，其特征在于：所述系统包括：生成显示模块，用于生成一阶回转曲线，并显示所述生成的一阶回转曲线；模拟分析模块，利用生成的一阶回转曲线进行模型参数辨识和磁滞特性模拟分析。

【技术特征摘要】
1.一种直流偏磁条件下铁磁材料的磁滞特性模拟分析系统，其特征在于：所述系统包括：生成显示模块，用于生成一阶回转曲线，并显示所述生成的一阶回转曲线；模拟分析模块，利用生成的一阶回转曲线进行模型参数辨识和磁滞特性模拟分析。2.根据权利要求1所述的模拟分析系统，其特征在于：所述生成显示模块包括回转点确定子模块，用于确定一阶回转曲线的回转点位置，得到曲线上任一点处磁场强度，所述一阶回转曲线回转点位置如下：所述一阶回转曲线回转点R对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值ΔHrev如下：ΔHrev＝Ha(BR)-Hd(BR)(1)其中，Ha(B)为极限磁滞回线上升支磁场强度；Hd(B)为极限磁滞回线下降支磁场强度；Ha(BR)、Hd(BR)分别为回转点R对应的极限磁滞回线上升支和下降支磁场强度；所述一阶回转曲线回转点R与正深度饱和点T之间的垂直宽度，即磁感应强度差值ΔBrev如下：ΔBrev＝BT-BR(2)其中，BT为正深度饱和点T处磁感应强度；BR为回转点R处磁感应强度；所述一阶回转曲线上任一点P处磁场强度HP如下：HP＝Ha(BP)-ΔH(3)其中，BP为P点磁感应强度；Ha(BP)为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度；ΔH为BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与P点磁场强度差值。3.根据权利要求2所述的模拟分析系统，其特征在于：所述生成显示模块包括相对位置确定子模块，用于引入无量纲参数，用比值表征一阶回转曲线回转点及曲线上任一点在曲线中的相对位置，所述无量纲参数表示如下：用比值β表征回转点R在一阶回转曲线中的相对位置：其中，ΔBout为极限磁滞回线正、负深度饱和点之间磁感应强度差值；用比值x表征点P在一阶回转曲线中的相对位置：其中，ΔB为点P与点T之间磁感应强度差值。4.根据权利要求3所述的模拟分析系统，其特征在于：所述生成显示模块包括变换求解子模块，用于将同一磁感应强度对应的极限磁滞回线上升支磁场强度与曲线上任一点磁场强度差值按变化速率用两项分量叠加表示，并利用均方根逼近得出上述表达式中系数最优值，其中其各项参数取值决定变化速率；所述同一磁感应强度BP对应的极限磁滞回线上升支磁场强度Ha(BP)与P点磁场强度HP差值ΔH(x)表示如下：ΔH(x)＝ΔHrev·(1-b)xe-a(1-x)+ΔHout(BP)·bxc(6)ΔHout(BP)＝Ha(BP)-Hd(BP)(7)其中，a、b、c为参数，其取值决定ΔH(x)变化速率；ΔHout(BP)为BP对应的极限磁滞回线水平宽度，即磁场强度差值。5.根据权利要求4所述的模拟分析系统，其特征在于：所述生成显示模块包括曲线生成子模块，用于选取所得系数最优值，生成直流偏磁条件下铁磁材料一阶回转曲线；所模拟分析模块进行磁滞特性模拟分析包括：利用生成的一阶回转曲线模拟预测高阶回转曲线，进行磁滞...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小军，徐华伟，崔伟春，苑东伟，王瑞，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13