Имитационное моделирование однонаправленного динамического перемагничивания электротехнической стали

Авторы

  • Ирина Борисовна Подберезная Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
  • Александр Николаевич Ткачев Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

DOI:

https://doi.org/10.17213/0136-3360-2021-4-5-5-13

Ключевые слова:

имитационное моделирование, гистерезис, динамическая модель, основная кривая намагничивания, коэффициент формы

Аннотация

Представлено решение задачи моделирования процесса однонаправленного динамического перемагничивания электротехнической стали в периодических режимах, в том числе при синусоидальном и несинусоидальном изменении средней по сечению листа индукции. Актуальность проблемы определяется тем, что при проектировании полупроводниковых импульсных преобразователей систем электропитания, работающих в режимах пиковых нагрузок, возникает необходимость расчета их характеристик и параметров при более точном задании магнитных характеристик стали, с учетом реальных процессов динамического перемагничивания, наблюдаемых в магнитопроводах трансформаторов и дросселей. Предложенная имитационная модель динамического перемагничивания ферромагнетика позволяет с приемлемой точностью описать нелинейные, гистерезисные и динамические свойства и характеристики стали, в том числе петли гистерезиса, основные кривые намагничивания, потери. Выполненная модернизация классической модели Джайлса - Атертона (JA) дает возможность учесть и приближенно описать проявляющиеся при динамическом перемагничивании вихревые токи и магнитную вязкость. Разработанная численная процедура позволяет выполнить идентификацию параметров построенной модели, ее настройку. Результаты выполненной валидации модели с использованием экспериментальных данных подтверждают возможность ее применения для описания характеристик электротехнической стали в динамических режимах перемагничивания.

Биографии авторов

Ирина Борисовна Подберезная, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

канд. техн. наук, доцент кафедры «Электромеханика и электрические аппараты» Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова.

Александр Николаевич Ткачев, Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова

д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Прикладная математика» Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) имени М.И. Платова.

Библиографические ссылки

Bertotti G. Hysteresis in Magnetism. San Diego, CA, USA: Academic, 1998.

Jiles D.C., Atherton D.L. Theory of ferromagnetic hysteresis. J. Magn. Magn. Mater., vol. 61, nos. 1 - 2, pp. 48 - 60, 1986.

Toms H.L., Colclaser R.G., Krefta M.P. Two-dimensional finite element magnetic modeling for scalar hysteresis effects. IEEE Trans. Magn., vol. 37, no. 2, pp. 982 - 988, 2001.

Jiles D.C. A self consistent generalized model for the calculation of minor loops excursions in the theory of hysteresis. IEEE Trans.Magn., vol. 28, no. 5, pp. 2602 - 2604, 1992.

Baghel A.P.S., Kulkarni S.V. Hysteresis modeling of the grainoriented laminations with inclusion of crystalline and textured structure in a modified Jiles-Atherton model. J. Appl. Phys., vol. 113, no. 4, pp. 043908-1-043908-5, 2013.

Jiles D.C. IEEE Trans. Magn. 30, 4326 (1994).

Jiles D.C. Frequency dependence of hysteresis curves in conducting magnetic materials. J. Appl. Phys., vol. 76, no. 10, pp. 5849 - 5855, 1994.

Chwastek K. Modeling of dynamic hysteresis loops using the Jiles-Atherton approach. Math. Comput. Model. Dyn. Syst., vol. 15, no. 1, pp. 95-105, 2009.

Li H., Li Q., Xu X., Lu T., Zhang J., Li L. A modified method for Jiles-Atherton hysteresis model and its application in numerical simulation of devices involving magnetic materials. IEEE Trans. Magn., vol. 47, no. 5, pp. 1094-1097, 2011.

Zirka S.E., Moroz Y.I., Harrison R.G., Chwastek K. On physical aspects of the Jiles-Atherton hysteresis models. J. Appl. Phys., vol. 112, no. 4, pp. 043916-1-043916-7, 2012.

Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974.

Zirka S.E., Moroz Y.I., Marketos P., Moses A.J., Jiles D.C., Matsuo T. Generalization of the classical method for calculating dynamic hysteresis loops in grain-oriented electrical steels. IEEE Trans. Magn., vol. 44, no. 9, pp. 2113-2126, 2008.

Baghel A.P.S., Kulkarni S.V. Dynamic Loss Inclusion in the Jiles-Atherton (JA) Hysteresis Model Using the Original JA Approach and the Field Separation Approach. IEEE Transactions on Magnetics 50 (2), 369-372.

Podbereznaya I.B., Pavlenko A.V. Accounting for dynamic losses in the Jiles-Atherton model of magnetic hysteresis/ Irina Podbereznaya, Alexander Pavlenko // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. Volume 513, 1 November 2020, 167070, pp. 1 - 5.

Paltanea V., Paltanea G., Mater. Sci. Forum 670, 66 (2011).

Chikazumi S. Physics of Ferromagnetism (Oxford Univ. Press, NewYork, 1997).

Baghel A.P.S., Kulkarni S.V. Parameter identification of the Jiles-Atherton hysteresis model using a hybrid technique. IET-Electr. Power Appl., vol. 6, pp. 689 - 695, 2012.

Выбор оптимальных параметров для модели магнит-ного гистерезиса Джилса-Атертона / И.Б. Подберезная, В.В. Медведев, А.В. Павленко, И.А. Большенко // Электротехника. 2018. № 12. С. 73 - 78.

Selection of Optimal Parameters for the Jiles-Atherton Magnetic Hysteresis Model / I.B. Podbereznaya, V.V. Medvedev, A.V. Pavlenko, I.A. Bol’shenko // Russian Electrical Engineering. 2019. Vol. 90, No. 1. pp. 80 - 85.

Векторный магнитный гистерезис: 3d-модели и алгоритмы в прямой и обратной постановке / И.Б. Подберезная, А.В. Павленко, Г.Я. Ахмедов, И.А. Денисова // Изв. вузов. Электромеханика. 2019. Т. 62. № 4. С. 10 - 16. DOI: 10.17213/0136-3360-2019-4-10-17.

Podbereznaya I.B., Kolpakhchyan P.G., Chamlay S.V. 32. Model and Algorithm 3D of Vector Magnetic Hysteresis / Irina B. Podbereznaya, Pavel G. Kolpakhchyan, Svetlana V. Chamlay // 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon), 8-14 Sept. 2019, Sochi, Russia. DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867616.

Воробьев В.В., Ткачев А.Н. Экспериментальное исследование потерь в холоднокатанной стали при однонаправленном периодическом перемагничивании // Изв. вузов. Электромеханика. 1983. № 1. С. 134 - 138.

Опубликован

15.09.2021

Как цитировать

(1)
Подберезная, И. Б.; Ткачев, А. Н. Имитационное моделирование однонаправленного динамического перемагничивания электротехнической стали. electromeh 2021, 64, 5-13.

Выпуск

Раздел

Статьи