项目来源

国家自然科学基金(NSFC)

项目主持人

赵小军

项目受资助机构

华北电力大学

立项年度

2017

立项时间

未公开

项目编号

51777073

项目级别

国家级

研究期限

未知 / 未知

受资助金额

61.00万元

学科

工程与材料科学-电气科学与工程-电磁场与电路

学科代码

E-E07-E0701

基金类别

面上项目

关键词

间隙铁心 ; 磁致伸缩 ; 高次谐波 ; 直流偏磁 ; 电磁振动 ; electromagnetic vibration ; dc bias ; high order harmonics ; magnetostriction ; gapped core

参与者

程志光；刘刚；苑东伟；许自强；王刚；张弘刚；杜海泉；肖帆；晋志明

参与机构

保定天威保变电气股份有限公司

项目标书摘要：随着我国特高压直流输电工程的发展，一方面设备的电压等级和容量更高，另一方面直流偏磁、谐波等运行条件愈加复杂。特高压并联电抗器运行时处于磁、热、力等多物理场中，特殊的气隙铁心结构表现出复杂的磁—弹特性与多场耦合效应，由此带来的电磁振动、噪声问题日益突出。本项目基于气隙铁心及磁构件磁致伸缩特性深入研究特高压并联电抗器振动问题，对产品的优化设计与安全运行具有重要的科学意义和工程价值。本项目的主要研究内容为:(1)搭建气隙铁心磁致伸缩特性和磁构件振动特性测量平台，基于实验研究多种场量对关键材料磁—弹性能的影响规律;(2)基于磁化机理和热力学理论，研究考虑多变量耦合特征的磁滞与磁致伸缩关联模型，并提出可数值实现的参数辨识方法;(3)研究适用于多谐波激励下磁—机械耦合场求解的高效频域并行计算方法，探索磁、力、形变等多物理场间的耦合方式，获得特高压并联电抗器振动的关键影响因素及其作用机理。

Application Abstract: With the development of ultrahigh voltage direct current transmission,electrical devices with higher voltage class and capacity operates under complicated excitations such as dc bias and multiple harmonics.The ultrahigh voltage shunt reactor operates in multi-physics including magnetic,thermal and stress field,in which the special gapped core shows complex magneto-elastic characteristics and coupled effects of multiple physical field,as a result,electromagnetic vibration and noise problem have attracted more and more attention.This project investigates the vibration of ultrahigh voltage shunt reactor based on magnetostrictive property of the gapped core and components,which contributes to scientific research and electrical engineering in term of optimization design and stable operation of electric devices.This project mainly includes the following three terms:(1)The experimental platform is established to measure the magnetostriction of the gapped core and magnetic components,and the effects of multiple field quantities on the over-all magneto-elastic property will be investigated experimentally and intensively;(2)Based on the magnetic mechanism and thermodynamics,the hysteretic and magnetostrictive property of the gapped corel is associated and modeled mathematically considering the coupled feature of multi-variables,and the study on parameter identification is carried out to present the numerical implementation of the associated model.(3)Efficient frequency-domain parallel computing will be investigated and presented to solve the magneto-mechanical coupled field under harmonic excitations accurately.The coupled manners among magnetic field,stress and deformation are studied to analyze the main cause of vibration and its action mechanism,which plays an important role in the vibration of ultrahigh voltage shunt reactor.

项目受资助省

河北省

项目结题报告(全文)

随着我国特高压直流输电工程的发展，一方面设备的电压等级和容量更高，另一方面直流偏磁、谐波等运行条件愈加复杂。特高压并联电抗器运行时处于磁、热、力等多物理场中，特殊的气隙铁心结构表现出复杂的磁—弹特性与多场耦合效应，由此带来的电磁振动、噪声问题日益突出。本项目基于气隙铁心及磁构件磁致伸缩特性深入研究特高压并联电抗器振动问题，对产品的优化设计与安全运行具有重要意义。本项目的主要研究内容为:(1)搭建可施加应力的气隙铁心和磁构件磁致伸缩测量系统，基于实验研究不同激励、不同应力对关键材料磁—弹性能的影响规律，比较了拉应力和压应力对磁性能影响的差异性;(2)基于磁化机理和热力学理论，提出考虑多变量耦合特征的磁滞与磁致伸缩关联模型，并提出可数值实现的参数辨识方法，从而实现不同工况下材料动态磁滞特性及磁致伸缩特性的准确模拟;(3)对无气隙和含气隙叠片的三柱叠片铁心模型进行直流偏磁激励下的振动实验，建立适用于直流偏磁条件下磁—机械耦合场求解的高效频域并行算法，对非线性磁场和位移进行求解并与实验结果相比较，进一步分析特高压并联电抗器振动的关键影响因素及其作用机理。本项目研究工作在电工材料磁性能工程模拟、频域高效数值计算等方面具有重要的科学意义和工程价值。