摘要
电机和变压器的主要损耗之一是铁心损耗，电工钢片作为主要的铁心材料，对它的磁特性进行描述对减小损耗有着重要的意义。电气设备在运行和生产制造时会产生应力，影响电工钢片的磁特性，本质是影响材料内部的磁畴结构及其运动变化。目前，国内外学者对应力影响下电工钢片磁特性的测量和模拟开展了一系列的研究，但对于应力影响下电工钢片磁化过程中磁畴结构及其运动变化的观测研究较少，而将观测结果结合到模型中则鲜有报道。本文在国家自然科学基金的资助下，借助应力下电工钢片磁化过程中磁畴结构及其运动变化的观测平台，观测了不同拉应力下磁畴的动态演变，提取了位移、速度和加速度三种特征量，将加速度作为主要特征量运用到六个磁畴的多尺度能量模型中，验证了模型的有效性，为电工钢片多尺度磁特性模拟研究奠定基础。本文主要研究内容如下: 首先，观测磁畴图像。利用磁光克尔显微镜观察不同应力下电工钢片反复磁化过程中的磁畴结构及其运动变化，在无外加拉应力时分析反复磁化过程中磁畴的演变和畴壁因钉扎效应进行的跳跃式位移，对施加不同拉应力下磁畴运动变化的差异进行初步的定性分析。 其次，提取特征量。对观测到的磁畴图像进行预处理，先对图像去噪，去噪时先用均值滤波再用小波阈值法，再进行顶帽变换以增强图像对比度，最后使用最大类间方差法进行二值化。利用二值化的磁畴图像提取特征量，分别提取不同拉应力下反复磁化过程中的畴壁位移、速度和加速度，对不同应力下的结果进行对比分析。 然后，利用特征参数改进磁滞模型。模拟电工钢片磁特性时采用六个磁畴的多尺度能量模型，该模型将铁磁材料的介观磁化过程与宏观磁特性结合了起来，模型基于能量最小原理，本文利用提取的畴壁运动加速度对其中的钉扎能进行改进，将加速度结合到钉扎场的计算中。 最后，模拟不同拉应力下电工钢片的磁特性并进行分析。通过对不同拉应力下反复磁化过程中畴壁运动加速度的提取，实现了利用改进后的磁滞模型模拟不同应力下电工钢片的磁滞回线，并将模拟的磁滞回线与不同应力下测量的磁滞回线进行了对比分析，验证了模型的有效性。
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