基准化分析法

基准化分析法（精选三篇）

基准化分析法 篇1

大型电力变压器中采用的磁屏蔽和电磁屏蔽可控制漏磁通的分布,节能降耗,避免局部损耗密度过度集中,产生危险的局部过热,提高产品运行可靠性。由高导磁材料制成的磁屏蔽的作用在于产生磁阻小、损耗低的磁分路,达到节能降耗的目的[1]。

详尽地考察磁屏蔽内部的磁密和损耗分布,对于优化磁屏蔽的结构具有重要意义。然而磁屏蔽叠片结构的合理建模和精细的有限元分析并非易事。而且,实验验证屏蔽建模和分析的有效性也颇具挑战性。屏蔽损耗难于直接测得,需从所测得总损耗中减去激励绕组和铁心中产生的损耗,才能将其分离出来。困难在于激励绕组和铁心的损耗是与漏磁通的分布直接相关,即屏蔽结构的存在与否将改变激励绕组和铁心的损耗。

本文目的是研究不同磁屏蔽结构的建模和仿真方法,并进行基准化模型实验验证。为了提高屏蔽中杂散损耗的测量精度,对原有的测量装置和方法进行了改进。

2 镜像测量法

本文主要考察磁屏蔽的损耗,难点在于将部分损耗从测量的总损耗中分离。磁屏蔽的存在与否,将影响绕组的漏磁场的分布,激励装置的损耗也会发生变化。镜像测量方法可将漏磁通进行补偿,以便能够有效分离磁屏蔽的损耗,本节根据文献[2]提出的镜像测量方法,做了进一步改进与研究。

2. 1 镜像测量原理

在负载测量装置中,铁心磁导率为非线性,在测量的总损耗中存在铁心和激励绕组的损耗,为准确考察磁屏蔽的损耗,则需将其分离。

负载工况下,激励绕组产生的漏磁通大部分垂直进入磁屏蔽,故将靠近绕组的磁屏蔽表面看作磁场法向界面,以其作为空载镜像模型的对称面,左右两部分构建具有相同参数的带铁心的绕组,去掉磁屏蔽( 即空载工况) ,绕组分别施加反向电流,形成反向磁场,磁通垂直于对称面。若空载和负载工况下的磁场分布一致,可测得空载损耗P0( 为负载工况下铁心与激励绕组损耗之和的两倍) ,则

式中,Pn为负载损耗; Ps为屏蔽损耗。

由于长时间负载试验,激励绕组温度会比镜像绕组高,为了减少两侧温度的不对称以及排除两侧细微结构不对称对损耗测量结果的影响,也可单独记录空载状态时激励侧的总损耗P01,则

文献[2]的镜像测量装置中,镜像绕组和铁心是固定在以屏蔽表面为法向界面、与激励绕组和铁心对称的位置上。由于铁心的磁导率很高,导磁性能比空气好得多,在负载测量时,镜像绕组虽未加电,但有一部分漏磁通会进入镜像铁心,产生小部分磁滞损耗和涡流损耗,对磁场有一定影响。为了使镜像测量法可以更好地实现,本文提出了改进的装置,如图1所示。在原有装置基础上制作可移动的底座,即在负载工况下测量时,把镜像绕组和铁心移开,避免了进入镜像铁心的漏磁通对磁场的影响,使得磁场与空载工况分布一致,这样对于漏磁通的补偿起到了很好的效果。铁心的硅钢片叠积方向为z轴,轧制方向为y轴,漏磁通沿轧制方向垂直进入铁心的叠积表面( 即xz面) ,由于叠片很薄,故在其表面产生的涡流损耗大大降低。用高斯计探头逐点测量靠近激励绕组侧屏蔽中心线附近的磁通密度[3]。

2. 2 镜像模型二维建模与仿真分析

为了验证镜像测量法的磁通补偿效果,进行二维建模,考察空载和负载工况下磁场的一致性,观察磁力线分布情况与对称面的磁密分布结果。采用加拿大Infolytica公司的Magnet V7. 2电磁仿真软件在二维时谐场进行计算,仿真模型如图2所示,负载和空载镜像模型的磁力线分布如图3所示。

由图3可见,负载与镜像空载的磁力线分布基本一致。图4为对称面上磁通密度分布图,比较观察屏蔽中心线附近的磁密曲线,两种情况下的磁通密度分布也很接近,图4中y轴是屏蔽模型的中轴线位置,原点为图3模型的坐 标原点。在y =430mm左右负载磁密曲线出现一个上升点,是因为在屏蔽端部( y = 430mm) 处漏磁通分布集中,故端部磁密有少量增加,整体来看,二者曲线有较好的吻合,足以证明方法的正确性与可行性。

3 数值计算

针对磁屏蔽基准模型的三维数值分析采用电磁场分析软件Mag Net3D进行计算。

3. 1 电磁场方程

采用T-Ψ-Ψ位组方法,T为电流矢量位,Ψ为磁标位,在涡流区用T-Ψ表示,非涡流区( 单连通域) 用Ψ表示,控制方程如下所述。涡流区中有:

采用库仑规范,式( 1) 方括弧是为保证零散度条件而施加的罚函数项。非涡流区有:

3. 2 杂散损耗的计算

硅钢片中的损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。其中涡流损耗包括经典涡流损耗和异常涡流损耗,采用斯坦麦茨公式计算:

式中,Pe为涡流损耗; σe为涡流损耗系数; f为频率;Bm为磁通密度的峰值。

针对硅钢叠片中磁滞损耗的求解,工程上提出了一种实际可行的方法[4,5],即磁滞损耗Wh被认为是磁通密度峰值Bm的函数,指定材料的Wh-Bm曲线可以测量。基于磁场的分析结果,磁滞损耗Wh为[6]:

式中,W(h e)为单元磁滞损耗,单位: W/kg; B(m e)为磁密的峰值; ρ为屏蔽构件密度; V( e)为单元体积; Ne为单元总数。Mag Net3D计算结果中,铁损包括磁滞损耗以及图2中y与z方向上的经典涡流和异常涡流损耗,附加铁损包含x方向( 即垂直屏蔽方向) 上的经典涡流和异常涡流损耗。

4 立式和平板式磁屏蔽建模

由于立式和平板式磁屏蔽的硅钢片叠积方式有区别,磁密分布、涡流损耗和磁滞损耗都有所不同。本节采用镜像测量法考察两种磁屏蔽实际测量损耗值,并进行比对,运用三维建模仿真计算,分析两种磁密分布与损耗值的不同。

4. 1 硅钢片材料的测量

磁屏蔽的硅钢片选用型号为30JG130,采用双搭接结构的爱泼斯坦方圈进行测量[7],频率为50Hz时,沿轧制方向( 即与剪切方向成0°) 与垂直轧制方向( 即与剪切方向成90°) 的30JG130硅钢片磁性能曲线如图5所示。

4. 2 模型结构

在激励绕组上部分别放置两种磁屏蔽。平板式磁屏蔽兼有磁分路和通常电磁屏蔽中涡流反作用的功能,称之为MEM型磁屏蔽( MEM-type shield) ; 立式磁屏蔽有磁分路功能,其涡流反作用可忽略不计,称之为M型磁屏蔽( M-type shield) 。磁分路功能指,高导磁材料的磁导率远大于空气,漏磁通的绝大部分将沿着高导磁材料闭合,即被磁屏蔽“短路”,而进入被屏蔽体的磁通量极少,电磁作用相当于“导”磁。涡流反作用指,由电磁感应定律知,漏磁通变化产生感应电动势,在屏蔽表面引起涡流,产生的涡流对磁通的变化有阻碍的作用,电磁作用相当于“堵”磁[2,8,9]。

平板式磁屏 蔽及立式 磁屏蔽的 尺寸均为200mm×860mm×10mm,其中平板式磁屏蔽的每片硅钢片尺寸为200mm×860mm,叠积厚度为10mm,如图6( a) 所示; 立式磁屏蔽采用860mm×10mm的硅钢片,叠积宽度为200mm,如图6( b) 所示。激励绕组匝数为130匝。

4. 3 三维建模参数设定

平板式磁屏蔽叠积方向为x轴,片宽尺寸较大,叠片平面( yz平面) 内的涡流不能忽略,为考察叠片内的涡流损耗,靠近绕组侧前七片和背离绕组侧后两片采用单片建模,每片总厚度3×10- 4m,两侧含2% 的漆膜,故实际建模时每片厚度2. 94×10- 4m,两侧各留3×10- 6m的气隙,电导率设为各向异性,y与z方向的电导率设为2. 22×106S / m,x方向的电导率设为0,按式( 7) 处理。

式中,Cp为叠片系数。

由于涡流损耗成指数衰减,中间整块磁屏蔽涡流反作用较小,设定电导率为0,磁导率设为各向异性。

立式磁屏蔽叠积方向为z轴,实体建模,电导率与磁导率的设定与平板式的中间整块模型相同[10]。

两种屏蔽的铁心叠积方式与立式屏蔽相同,为减少铁心涡流损耗,根据式( 8) 电阻率ρ越大,即铁心电导率σ越小,涡流损耗越小,故设定铁心电导率σ = 0。

在对绕组建模时,考虑到铜线的涡流损耗会对磁屏蔽有一定影响,故用单根导线和整块建模进行比较,计算结果相差不到0. 5% 。表明涡流对屏蔽的反作用不明显,为了降低计算难度,将绕组进行整块建模,即均匀化等效处理[11],取有效截面为3. 822×10- 6m2,电导率σ为6. 026×107S / m,可以大大简化计算量。

5 结果与分析

表1和表2分别是平板式磁屏蔽和立式磁屏蔽的计算与测量结果。对于平板式磁屏蔽,涡流反作用使涡流损耗由靠近绕组侧到背离绕组侧成衰减趋势; 漏磁通垂直进入屏蔽时,涡流损耗集中在靠近铁心侧的前 几片叠片 内,在损耗中 占有一定 比例[12,13]。立式磁屏蔽由于叠积方式不同,漏磁通只在叠积面引起很少一部分涡流,其涡流损耗极少,磁滞损耗占总损耗比例较大,其屏蔽损耗计算结果指磁滞损耗。

对于平板式磁屏蔽和立式磁屏蔽,在靠近绕组侧的磁屏蔽表面做了三组漏磁密测量实验,在激励电压有效值分别为100V、150V和200V时计算与测量漏磁通密度,图7为150V时两种磁屏蔽沿y轴方向的磁通密度的分布曲线,计算值和测量值能够较好地吻合,验证了镜像测量法的合理性。

图8和图9为激励电压有效值为150V时,两种磁屏蔽的磁密云图。在平板式磁屏蔽中,由于叠片的涡流反作用,绝大多数漏磁通不会透入整个屏蔽,而是集中在靠近铁心侧的前几片叠片内,屏蔽内部磁通逐渐减弱,而少量漏磁通会绕过屏蔽分布于背离铁心侧的几片叠片中,磁通密度很弱,由图8可看出磁密变化的趋势。立式磁屏蔽涡流很少,涡流反作用很弱,整块屏蔽的磁密分布相对于平板式磁屏蔽较为均匀。

6 结论

( 1) 对激励绕组不同建模方法( 细化至绕组中每一根导线和绕组的均匀化等效处理) 得到的漏磁通的计算结果比较表明,两种建模方式所产生的漏磁通结果有良好的一致性,验证了绕组均匀化等效处理的可行性。

( 2) 基于两种磁屏蔽中屏蔽叠积方式的差异采用不同的建模方法,对两种模型的磁密、损耗分布进行三维有限元分析和比较,有助于改进大型电力变压器磁屏蔽的结构设计。

( 3) 对测量构件杂散损耗的测量方法进行改进,通过二维建模仿真计算得到磁力线分布和对称面上的磁密曲线,考察了实验的磁通补偿效果,即空载和负载漏磁通的一致性,提高了实验装置的测量精度。

汶川地震对重力基准点的影响分析 篇2

汶川地震对重力基准点的影响分析

利用高精度绝对重力基准点监测成果,分析了汶川地震对绝对重力基准的影响,结论显示,汶川地震对不同地区绝对重力基准点的影响不同;利用高精度绝对重力测量技术可以监测地震变化.

作 者：何志堂 唐志明 雷鹏 康胜军 He Zhitang Tang Zhiming Lei Peng Kang Shengjun  作者单位：国家测绘局第一大地测量队,陕西西安,710054 刊 名：测绘技术装备 英文刊名：GEOMATICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT 年，卷(期)：2009 “”(3) 分类号：P2 关键词：FG5绝对重力仪   重力基准点   汶川地震  

基准化分析法 篇3

关键词：小学音乐；小班化；教学研究；合作

一、给学生提供大舞台，让学生充分展示自己

小学生的心理特点是表现欲强，希望自己成为焦点，得到别人的重视。给学生提供舞台，学生就有机会展示自己的风采，发现自己的特长。在学习《春天》题材，让学生欣赏《小燕子》歌曲時，许多学生都自告奋勇地想演唱一曲，我顺势鼓励学生，给他们舞台和机会。学生都拿出自己的看家本领进行表演，有的学生用甜美的歌声打动同学们，有的学生边唱边跳，恨不得使尽全身解数来博取喝彩。学生在这种相互竞争的表演过程中，相互学习，不断完善自己。通过学生的表演，不管学生表演得效果怎么样，重要的是在表演的过程中获得了快乐，同时还培养了学生的自信心。

二、采取游戏教学方式进行合作学习

爱玩是小学生的天性，教师应该充分利用小学生的这个特点，通过游戏教学的方式开展音乐小班化教学。小班化决定每个班级的学生人少比较少，在设置游戏教学时，能够让每一个学生都能参与其中。例如，在学习“手拉手”中的欣赏民间打击乐《鸭子拌嘴》时，为了让孩子能感受到一群鸭子在一起“拌嘴”时热闹、随意、轻松、诙谐的体验，我编写了一系列4/4拍的一小节节奏，如：（1）4/4 X X XX X；（2）4/4 XX XX X O；（3） 4/4 XX XX XX X；（4） 4/4 X X X - ……然后让学生随意找两条来拼凑成一条完整的有结束感的节奏。学生一会儿就找好了，接着教师就用打击乐将他们自己拼凑成的两小节节奏打出来，让学生自己来听是否有结束感，如果没有，再引导学生换一条节奏再试，直到有结束感为止。这样几次以后，学生就慢慢找到规律了，一般像上面（2） 4/4 XX XX X O 或者（4） 4/4 X X X - 中这样的节奏型比较有结束感。在帮助学生全部拼奏正确后，再让他们三五成群地自由组合好伙伴群，一起用自己的节奏进行你一句我一句“七嘴八舌”地玩“拌嘴”的游戏，体验这其中的乐趣和“鸭子拌嘴”时热闹、风趣、诙谐的情趣。在这种氛围中，不仅训练了学生的合作意识，而且让学生在“游戏”中完成了音乐教学。