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