磁性材料磁滞特性的三维磁滞数学模型的建模与实验研究

The hysteresis properties of electromagnetic materials are important factors influencing the performance and efficiency of electrical equipment, such as power transformer and motor. The accurate simulation of the hysteresis properties is a frontier and hot issue in the field of international electrician. The simulation studies of the magnetic hysteresis properties of electromagnetic materials are limited to one-dimensional and two-dimensional ranges. The simulation reseaches on three-dimensional hysteresis properties are at initial stage. Comprehensive studies for the three-dimensional complicated magnetic properties modeling of the electromagnetic materials is focused in this project. The three-dimensional hysteron definition of anisotropic material and isotropic material are presented in this paper, which provides theory basis for the modeling of three-dimensional hysteresis model. The method of three-dimensional magnetic hysteresis properties modeling is proposed for anisotropic material and isotropic material, which breaks through limitations of the one and two dimensional methods.The measurement of 3-D magnetic properties of typical electromagnetic material is tested. Combined the test data with the hysteresis model, the magnetization process of the electromagnetic materials under different excitation conditions are described accurately and comprehensively. Achievements of this project will promote the simulation process in vector magnetic properties of the electromagnetic materials.

磁性材料的磁滞特性是影响电力变压器、电机等电工设备的工作性能和运行效率的重要因素，磁滞特性的精确模拟问题是国际电工领域的前沿和热点问题。目前对磁性材料磁滞特性的数值模拟方面的研究工作限定在一维和二维范畴内，三维范畴内的研究工作尚处于起步阶段。本项目针对磁性材料磁滞特性的三维磁滞数学模型建模方面进行研究，分别提出各向异性材料和各向同性材料的三维矢量磁滞算子定义方法，为三维矢量磁滞数学模型的建立奠定基础；确定磁滞算子的分布函数，并分析矢量磁滞模型的建模原理，分别提出各向异性材料和各向同性材料磁滞特性的三维矢量磁滞数学模型的建模方法，突破了一维和二维方法的局限；对典型电工磁材料进行三维磁特性测量试验，结合试验数据，准确全面的模拟材料在不同激磁条件下的磁化过程，为推进磁性材料矢量磁特性模拟工作进程做出实质性的贡献。

磁滞特性的精确模拟问题是国际电工领域的前沿和热点问题。对磁性材料的三维磁滞、损耗等特性的准确模拟是其在新型电磁装置中推广应用的关键。目前对磁性材料磁滞特性的数值模拟方面的研究工作限定在一维和二维范畴内，三维范畴内的研究工作尚处于起步阶段。.本项目对磁性材料磁滞特性的三维磁滞数学模型进行了建模和实验研究。第一，对二维矢量磁滞模型进行了优化设计，降低了计算误差，提高了模拟精度；第二，提出了各向异性材料与各项同性材料的三维磁滞算子的定义方法，并讨论了三维磁滞算子的磁化特性，为三维矢量磁滞模型的建立奠定理论基础；第三，基于各向同性磁滞算子定义，初步建立了适用于各向同性材料三维磁滞模型，并对低磁场条件下软磁复合材料的三维磁滞特性进行了模拟研究，将模拟结果与实验测量结果进行了对比分析，结果表明所建立的三维磁滞模型可以有效模拟低磁场条件下SMC材料的磁滞特性；第四，建立了SMC材料改进损耗模型，并通过对SMC材料的磁滞损耗特性模拟研究，验证了所改进损耗模型的实用性和有效性。.本项目将三维磁滞模型引入到磁性材料磁特性模拟研究领域，为推进磁性材料矢量磁特性模拟工作进程做出实质性的贡献。