电工磁材料二维矢量磁滞特性数值模拟研究

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1、分类号：TM12密级：公开UDC：621.3编号：201110141022河北工业大学博士学位论文电工磁材料二维矢量磁滞特性数值模拟研究论文作者：李丹丹学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：电气工程指导教师：刘福贵职称：教授资助基金项目：本论文研究受国家自然科学基金（编号：51237005、51107027、51107026）资助。IDissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheDoctorDegreeofElectricalEngineeringTWO-DIMENSIONALVEC

2、TORHYSTERESISCHARACTERISTICSMODELINGOFTHEMAGNETICMATERIALSINELECTRICALENGINEERINGByLiDandanSupervisor:Prof.LiuFuguiOctober2014ThisworkissupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.(No.51237005,51107027and51107026)III原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引

3、用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件

4、和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：IV摘要本文结合国家自然科学基金委员会重点资助项目的要求，开展了电工磁材料二维矢量磁滞特性的数值模拟问题相关的理论和应用研究，首先基于经典磁滞模型理论及磁化过程定义了单个矢量磁滞算子，然后结合多种经典磁滞模型和所定义的矢量磁滞算子建立了二维矢量磁滞模型，并分析了材料在不同激磁条件下的磁化过程，验证了模型的有效性与实用性，为研究磁性材料的空间张量磁特性奠定理论基础。主要研究内容如下：1、提出了基于经典Preisach模型和Stoner-Wohlfarth（S-W）

5、模型的混合矢量磁滞模型建模方法；根据单畴单轴各向异性磁性粒子处于磁化稳定状态的条件，推导了磁性粒子磁化后产生的矢量磁场等势线方程，为二维矢量磁滞算子的定义奠定了理论基础。2、从磁能的角度定性分析了单个磁性粒子的磁化特性，借助于所推导的磁性粒子矢量场等势线建立了磁滞算子临界面方程，将磁滞算子定义为外加磁场平面内的一个封闭区域；提出了磁滞算子磁化方向的判定方法；讨论了考虑相互影响场对磁滞算子临界面方程的影响，并对所定义的磁滞算子进行了特性分析，验证了磁滞算子的有效性。3、通过各向异性材料和各向同性材料磁滞算子在交变磁化场和旋转磁化场中的磁化过程的计算分析

6、，实现了单个磁滞算子在不同激磁条件下的磁滞特性数值模拟；系统分析了影响磁滞算子磁滞特性数值模拟效果的因素，并确定了描述磁滞算子在外加磁场平面内分布的密度函数。4、基于新型矢量磁滞算子建立了二维矢量磁滞模型，计算分析了由各向异性材料和各向同性材料的磁滞算子构成的磁滞模型在交变和旋转激磁条件下的磁化过程，初步实现了磁性材料矢量磁滞特性的数值模拟。5、针对软磁复合（SMC）材料建立了二维矢量磁滞模型，并模拟了SMC材料在正弦交变和圆形旋转激磁条件下的磁滞特性，将模拟结果与实验测量结果进行了对比分析，结果表明模型可以有效模拟中、低磁场条件下SMC材料的磁滞特

7、性。关键字：电工磁材料；二维磁滞特性；矢量磁滞算子；矢量磁滞模型；数值模拟VABSTRACTAccordingtotherequirementsofthekeyprojectsupportedbytheNaturalScienceFoundationofChina,two-dimensional(2-D)vectorhysteresischaracteristicstheoryandapplicationofthemagneticmaterialsarecarriedoutinthisthesis.Tobeginwith,anovelvectorhy

8、steronisdefinedbasedonthetheoryofclassicalhysteresismo