本文關(guān)鍵詞：基于硅鋼片磁致伸縮本質(zhì)模型的變壓器鐵芯振動問題研究

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【摘要】：高電壓、大容量電力變壓器在運行時產(chǎn)生的劇烈振動,不僅會影響設(shè)備的正常運行和使用壽命、降低設(shè)備可靠性,而且振動產(chǎn)生的噪聲還會對人們的工作和生活產(chǎn)生不良影響。由于電網(wǎng)建設(shè)的需要,變壓器的電壓和容量等級不斷提升；而隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展,原本處于郊區(qū)的變電站逐漸進駐市內(nèi),使得電力變壓器的振動與噪聲問題日益嚴峻,亟需解決。變壓器的噪聲來源于本體及冷卻裝置的振動,其中變壓器本體中鐵芯硅鋼片由于磁致伸縮而產(chǎn)生的振動是主因。國內(nèi)外學(xué)者對變壓器振動及噪聲的研究也多是基于磁致伸縮現(xiàn)象。一般的研究思路是首先建立磁致伸縮模型,利用該模型可在己知鐵芯中磁場分布的情況下求得相應(yīng)的磁致伸縮應(yīng)變；然后將求得的磁致伸縮應(yīng)變等效為磁致伸縮力,施加到變壓器鐵芯模型上,從而求得變壓器鐵芯在磁致伸縮作用下的振動變形�，F(xiàn)有的磁致伸縮模型主要針對磁致伸縮應(yīng)變與磁場之間的復(fù)雜關(guān)系建模,沒有考慮其他影響因素尤其是外應(yīng)力對磁致伸縮的影響；且模型本身多來源于實驗數(shù)據(jù)的擬合,并不具有物理意義,而且實驗數(shù)據(jù)本身的局限性也限制了模型的適用范圍。而變壓器鐵芯所用晶粒取向性硅鋼片屬于鐵磁性材料,鐵磁性材料的磁致伸縮來源于磁化過程中磁疇的壁移與旋轉(zhuǎn)。晶粒取向性硅鋼片由于制造工藝的差異,其磁疇結(jié)構(gòu)不同于一般的鐵磁性材料,相應(yīng)的磁致伸縮現(xiàn)象也不盡相同。本文介紹了晶粒取向性硅鋼片的磁疇結(jié)構(gòu),并根據(jù)實驗觀測現(xiàn)象對外磁場與預(yù)應(yīng)力作用下的磁疇變化進行了分析,得到了晶粒取向性硅鋼片微觀磁疇結(jié)構(gòu)變化與宏觀磁致伸縮現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系；然后在此基礎(chǔ)上,從宏觀熱力學(xué)出發(fā),建立了適用于晶粒取向性硅鋼片的力磁耦合磁致伸縮本質(zhì)模型,該模型從磁致伸縮的物理發(fā)生機理出發(fā),克服了現(xiàn)有模型來源于特定實驗數(shù)據(jù)擬合的缺點,具有通用性�；诰ЯＨ∠蛐怨桎撈拇胖律炜s本質(zhì)模型,本文開展了變壓器鐵芯的振動研究。研究主要包括變壓器鐵芯振動數(shù)學(xué)模型的建立以及仿真模型的搭建。實際運行中電力變壓器的測量結(jié)果表明,磁致伸縮將引起鐵芯平面內(nèi)與法向兩個方向的振動。因此在變壓器鐵芯振動數(shù)學(xué)模型中磁致伸縮效應(yīng)被等效成了硅鋼片平面內(nèi)磁致伸縮力和法向磁致伸縮力兩種,并分別由彈性力學(xué)理論與能量守恒原理求得。仿真模型的搭建采用有限元軟件ANSYS中的多物理場耦合模塊,以實現(xiàn)電場與磁場、磁場與結(jié)構(gòu)場之間的耦合,利用該仿真模型可求得耦合作用下鐵芯中的磁場分布及結(jié)構(gòu)變形。仿真分析結(jié)果表明,本文所建立的磁致伸縮本質(zhì)模型、等效磁致伸縮力模型可以很好的預(yù)測鐵芯在磁場作用下的振動變形,為后續(xù)建立變壓器鐵芯的三維模型并分析振動噪聲打下了良好的基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：變壓器 硅鋼片磁疇 磁致伸縮 多物理場耦合 鐵芯振動
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM41
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-23
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-21
• 1.2.1 磁致伸縮特性分析及其本構(gòu)模型研究13-19
• 1.2.2 鐵芯振動效應(yīng)分析及其振動模型研究19-21
• 1.3 本文的主要工作21-23
• 第二章 晶粒取向性硅鋼片的磁致伸縮特性建模23-38
• 2.1 引言23
• 2.2 鐵磁性材料的磁致伸縮發(fā)生機理23-27
• 2.2.1 鐵磁性材料的微觀結(jié)構(gòu)特點23-24
• 2.2.2 鐵磁性材料的磁化過程24-26
• 2.2.3 鐵磁性材料的磁致伸縮26-27
• 2.3 晶粒取向性硅鋼片的磁致伸縮本質(zhì)模型27-33
• 2.3.1 晶粒取向性硅鋼片的微觀結(jié)構(gòu)特點27-28
• 2.3.2 晶粒取向性硅鋼片的磁致伸縮28-30
• 2.3.3 磁致伸縮本質(zhì)模型的建立30-33
• 2.4 磁致伸縮本質(zhì)模型的驗證33-36
• 2.5 小結(jié)36-38
• 第三章 變壓器鐵芯的磁彈性耦合模型38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 變壓器鐵芯振動模型的建立38-45
• 3.2.1 磁彈性耦合模型38-40
• 3.2.2 平面內(nèi)等效磁致伸縮力40-42
• 3.2.3 法向等效磁致伸縮力42-44
• 3.2.4 模態(tài)分析的必要性44-45
• 3.3 變壓器鐵芯振動模型的磁彈性耦合實現(xiàn)45-48
• 3.3.1 有限元分析軟件ANSYS簡介45-46
• 3.3.2 耦合場分析的實現(xiàn)方法46-48
• 3.4 小結(jié)48-50
• 第四章 磁致伸縮對變壓器鐵芯振動的影響研究50-62
• 4.1 引言50
• 4.2 變壓器二維鐵芯模型的建立及仿真50-58
• 4.2.1 變壓器二維鐵芯模型的建立50-51
• 4.2.2 變壓器二維鐵芯模型的電磁場仿真結(jié)果51-53
• 4.2.3 變壓器二維鐵芯模型的結(jié)構(gòu)場仿真結(jié)果53-58
• 4.3 變壓器鐵芯單個硅鋼片模型的建立及仿真58-60
• 4.3.1 變壓器鐵芯單個硅鋼片模型的建立58-59
• 4.3.2 單個硅鋼片模型的結(jié)構(gòu)場仿真結(jié)果59-60
• 4.4 小結(jié)60-62
• 第五章 結(jié)論與展望62-64
• 5.1 論文工作總結(jié)62-63
• 5.2 展望63-64
• 參考文獻64-69
• 致謝69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-71
• 附件71

【參考文獻】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 周浩淼;鐵磁材料非線性磁彈性耦合理論及其在超磁致伸縮智能材料中的應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2007年

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本文編號：730714