摘要
在电机、变压器等电力设备中，铁心损耗是不可忽略的重要组成成分。随着频率的提升，传统硅钢片损耗剧增，而铁氧体磁材料又具有较低的饱和磁通密度，相比之下，具有高饱和磁通密度、高初始磁导率和低高频损耗等优良磁特性的非晶和纳米晶磁材料的优越性逐渐显现出来。并且，随着电子器件发展的功率最大化、体积小型化和频率拓宽化，非晶和纳米晶磁材料替代传统硅钢片和铁氧体磁材料作为电力电子装置铁芯将成为一种趋势。非晶和纳米晶材料磁特性数据的缺失是制约其作为电力电子装置铁芯发展的重要因素。鉴于电力电子装置复杂的工作条件，非晶和纳米晶磁材料在复杂激励下铁心损耗的精确测量与建模成为必要。 本文首先分析了铁心损耗的构成，阐述了磁滞损耗、涡流损耗以及剩余损耗的产生机理。随后介绍了正弦激励下典型的铁心损耗计算模型，如Steinmetz经验公式和铁耗分离计算模型。这两种模型由于简单易用，且具有很高的准确性，因此成为工程上计算正弦激励下铁心损耗最常用的方法。而针对实际工况中经常出现的非正弦激励，总结了现有基于原始Steinmetz经验公式(OSE)的铁心损耗计算方法以及修正铁耗分离计算模型，从修正原理上对上述修正方法进行了对比分析，扩大了激励波形适用范围，并推导了上述修正方法在方波、矩形波和三角波激励下的铁损计算式。文中详细分析比较了以上几种计算公式的准确度和适用范围。 本文选用环形样件测量法，建立了可以模拟铁芯实际工况的材料测试系统，对环形非晶和纳米晶铁芯进行磁特性测试试验。测定了这两种铁芯在不同频率不同磁感应强度幅值下的铁心损耗值。同时，对纳米晶铁芯的原始Steinmetz公式参数和铁耗分离模型分别采用数据拟合，得到两种材料在方波、矩形波和三角波激励下的各修正方法解析式，计算了各种激磁模型下的铁心损耗值，并将其与铁损密度实测值进行对比，对这几种模型的精度和适用性进行了验证分析。
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