电气工程电磁热场模拟与应用PDF电子书下载

第Ⅰ部分 工程电磁热场问题和有限元方法基础 3

第1章 绪论 3

1.1 工程电磁热场模拟 3

1.2 变压器工程概述 4

1.2.1 现代变压器制造业 4

1.2.2 变压器工程中需要解决的问题 7

1.3 电磁设计面临的挑战 9

1.4 快捷的电磁设计方法 13

1.5 本书的总体构成 14

参考文献 14

第2章 低频电磁场问题和有限元分析方法基础 17

2.1 引言 17

2.2 麦克斯韦方程组 18

2.3 低频涡流问题分析的控制方程 20

2.4 Ar-V-Ar方法 21

2.5 矢量伽辽金与标量伽辽金处理 22

2.6 关于棱单元的讨论 23

2.7 节点元和棱单元的基本方程和伽辽金余量比较 24

2.8 节点元和棱单元的系数阵中非零元素、总未知数的比较 25

2.8.1 未知量和矩阵中非零元素的个数 25

2.8.2 非零元素和总未知数的比较 26

2.9 本章小结 27

参考文献 28

附录 30

第Ⅱ部分 电磁热场分析中的关键技术和磁性材料模拟 39

第3章 电磁热场模拟的一些关键技术 39

3.1 引言 40

3.2 特殊单元 40

3.2.1 特殊单元概述 40

3.2.2 特殊单元中的位分布 41

3.2.3 有限元公式 42

3.2.4 算例 42

3.3 电压源激励的磁场分析 45

3.3.1 考虑电压源的有限元法 45

3.3.2 实例分析 47

3.4 优化设计方法 48

3.4.1 各种优化方法 48

3.4.2 试验设计法 48

3.4.3 Rosenbrock方法 49

3.4.4 进化策略 50

3.4.5 ON/OFF算法 52

3.4.6 应用举例 54

3.5 磁热耦合分析 64

3.5.1 热场分析 64

3.5.2 磁热分析 65

3.5.3 磁热流体分析 67

3.6 本章小结 72

参考文献 72

第4章 磁性材料模拟 74

4.1 引言 75

4.2 B-H曲线模拟 75

4.2.1 B与H的关系 75

4.2.2 分段多项式拟合方法 76

4.2.3 高磁通密度下B-H曲线的逼近 77

4.3 各向异性的模拟 78

4.3.1 双B-H曲线模型 78

4.3.2 多B-H曲线模型 80

4.3.3 E＆S模型 86

4.4 磁滞模拟 86

4.4.1 各种磁滞模型 86

4.4.2 插值方法 87

4.4.3 Preisach模型 88

4.4.4 Jiles-Atherton模型 92

4.4.5 Stoner-Wohlfarth模型 93

4.4.6 单相变压器中磁滞效应对磁通分布的影响 95

4.5 铁损的估计 97

4.5.1 交变磁通下的铁损 97

4.5.2 旋转磁通下的铁损 99

4.6 叠片铁心模拟 101

4.6.1 叠片铁心及各种建模方法 101

4.6.2 均匀化方法 101

4.6.3 分区法 102

4.7 影响电工钢片磁特性的因素 106

4.7.1 由剪切引起的残余应力 107

4.7.2 压应力 108

4.7.3 挤压和过盈装配对电机铁心铁损的影响 110

4.7.4 旋转磁通下的铁损 111

4.7.5 直流偏磁下的铁损 112

4.8 本章小结 116

参考文献 116

附录 119

第5章 硅钢片的多方向电磁性能模拟 122

5.1 引言 122

5.2 磁各向异性问题 123

5.3 爱泼斯坦方圈测量方法 125

5.4 硅钢片的磁各向异性测量 127

5.4.1 测量原理和设备 127

5.4.2 试样制作 129

5.4.3 实验程序 130

5.5 测量结果与分析 130

5.5.1 退火前Bm-Hm曲线（30P120） 130

5.5.2 退火前Bm-Wt曲线（30P120） 132

5.5.3 退火后Bm-Hm曲线（30P120） 132

5.5.4 退火后Bm-Wt曲线（30P120） 134

5.5.5 退火前后Bm-Hm曲线比较 134

5.5.6 30P120试样退火前后Bm-Wt曲线比较 138

5.6 试样退火前后磁性能测量中电压开始畸变时的波形记录 141

5.7 本章小结 148

致谢 148

参考文献 149

附录 150

第6章 产品级方形铁心的电磁性能模拟 171

6.1 引言 172

6.2 两个铁心模型 172

6.3 实验仪器设备及性能 174

6.4 实验线路 175

6.5 实验项目及实验方法 175

6.5.1 实验项目 175

6.5.2 实验方法及注意事项 176

6.6 功率的有功和无功分量在铁心接缝区和柱-轭区的分配 176

6.6.1 电压、电流波形 176

6.6.2 铁心激磁伏安的分离 177

6.6.3 有功功率的分离 184

6.7 铁心的电磁性能模拟 188

6.7.1 铁心的Bm-Hb和Bm-Wt曲线 188

6.7.2 硅钢片材料的性能曲线（30Q140） 189

6.8 本章小结 192

致谢 193

参考文献 193

附录 193

第7章 环形铁心产品退火前后的磁性能模拟 202

7.1 引言 202

7.2 铁心模型技术数据 203

7.3 实验仪器设备及性能 204

7.4 实验方法 204

7.5 实验结果 205

7.5.1 环形铁心退火前后磁性能曲线 205

7.5.2 环形铁心Bm-Hb曲线、Bm-Wt曲线重复性实验 208

7.6 本章小结 209

致谢 209

参考文献 209

附录 210

第Ⅲ部分 Problem 21基准族和叠片内附加铁损问题研究 217

第8章 Problem 21基准族及电工杂散损耗模拟 217

8.1 引言 218

8.2 TEAM Problem 21的发展 220

8.3 Problem 21基准族的定义 223

8.3.1 基准模型 223

8.3.2 基准族的数据 231

8.3.3 需要计算的场量 232

8.4 数值分析和测量 233

8.4.1 涡流分析方法概述 233

8.4.2 铁损和磁通的测量 234

8.5 计算和测量结果 238

8.5.1 Problem 21 239

8.5.2 Problem 21a 241

8.5.3 Problem 21b 244

8.5.4 Problem 21c 248

8.5.5 Problem 21基准族的“损耗谱” 250

8.6 Problem 21进入饱和状态 252

8.6.1 不同激励条件下的非线性迭代收敛过程 252

8.6.2 饱和因子的引入 254

8.6.3 关于准饱和问题的分析 254

8.7 双线圈中激磁电流变向时的损耗 257

8.8 本章小结 259

致谢 260

参考文献 260

附录 264

第9章 叠片中附加铁损的模型实验和分析 274

9.1 引言 274

9.2 模型结构和技术数据 275

9.2.1 模型的结构尺寸 275

9.2.2 测量线圈的设置 275

9.3 实验方法及实验项目 277

9.3.1 实验线路 277

9.3.2 实验方法 277

9.4 实验结果 279

9.4.1 P21-M1的损耗测量结果 279

9.4.2 P21-M2的损耗测量结果 280

9.4.3 P21-M1和P21-M2模型测量线圈中交链磁通的波形 280

9.4.4 P21-M1和P21-M2模型硅钢片中平均磁通密度的波形 282

9.4.5 P21-M1和P21-M2的平均磁通密度的最大值 283

9.5 三维有限元计算和结果 287

9.5.1 三维有限元模型 287

9.5.2 铁损的测量和计算结果 287

9.5.3 叠片中交链磁通的测量和计算结果 288

9.5.4 指定位置的漏磁通的测量和计算结果 291

9.6 本章小结 292

致谢 293

参考文献 293

附录 293

第Ⅳ部分 电磁热耦合场分析和应用脚本开发 297

第10章 电磁热耦合场数值求解 297

10.1 引言 297

10.2 仿真工具的使用 298

10.3 MagNet与ThermNet简介 299

10.4 使用MagNet与ThermNet建模 299

10.4.1 几何造型 299

10.4.2 线圈与激励源 301

10.4.3 电路 302

10.4.4 材料性能 303

10.4.5 边界条件 309

10.4.6 热源 313

10.4.7 计算精度问题 314

10.5 从MagNet与ThermNet中提取结果 327

10.5.1 MagNet与ThermNet中的场 327

10.5.2 场的可视化 329

10.5.3 动画效果 336

10.5.4 场值提取 337

10.5.5 全局量 337

10.5.6 脚本的使用 341

10.6 电磁场计算 344

10.6.1 求解电磁场问题 344

10.6.2 边界条件 345

10.6.3 电磁场问题的规模 345

10.6.4 表面阻抗法 345

10.6.5 集肤深度建模 347

10.7 电磁损耗和热场问题的计算 348

10.7.1 热场问题的求解 348

10.7.2 热场问题的规模 348

10.8 电磁场和热场耦合问题的求解机理 349

10.8.1 求解电磁-热耦合问题 349

10.8.2 耦合求解的控制 350

10.8.3 电磁场和热场耦合问题的求解 350

10.9 本章小结 351

参考文献 351

第11章 基于应用程序界面的脚本开发 352

11.1 引言 352

11.2 脚本开发基础 353

11.2.1 脚本的定义和作用 353

11.2.2 脚本的分类 354

11.2.3 简明的基础语法 354

11.3 脚本文件开发 363

11.3.1 自动建模 363

11.3.2 录制脚本 367

11.3.3 交互操作 367

11.3.4 导出场值 370

11.4 计算变压器绕组参数脚本开发 372

11.4.1 计算变压器绕组参数脚本的特点 372

11.4.2 实现的目标 372

11.4.3 用有限元计算绕组涡流损耗的方法 373

11.4.4 实现过程 373

11.5 本章小结 378

参考文献 378

第Ⅴ部分 电力变压器工程研究及应用 381

第12章 变压器直流偏磁问题的工程模拟 381

12.1 引言 382

12.1.1 直流偏磁问题的特点 382

12.1.2 已有进展和遇到的困难 384

12.1.3 本章的主要内容 385

12.2 直流偏磁条件下的材料特性 386

12.2.1 变压器铁心的Φ-I与B-H曲线 386

12.2.2 变压器铁心的Bm-W曲线 393

12.3 直流偏磁条件下激励电流的计算 394

12.3.1 迭代法原理 394

12.3.2 计算方法有效性的确认 397

12.3.3 激磁电流的谐波分析 400

12.3.4 产品谐波分析实例 402

12.4 直流偏磁条件下变压器磁场和损耗的计算 409

12.4.1 建模时需考虑的因素 409

12.4.2 空载偏磁条件下的磁场和损耗的计算 411

12.4.3 负载偏磁条件下的磁场和损耗计算 419

12.4.4 偏磁对损耗的影响 424

12.5 变压器耐受直流偏磁能力的研究 425

12.6 本章小结 428

致谢 429

参考文献 429

附录 430

工程电磁热场相关术语 435