软磁复合材料因其突出的高频特性而被广泛用作变压器和电机的铁心材料。为了提高高频磁化下变压器或电机的效率与功率密度,需要提高产品设计阶段铁损的计算精度。该文提出一种基于梯形等效电路与神经网络结合的动态磁滞模型,可用以计算高频软磁复合材料铁损。该模型通过非理想电感、恒定电阻和非线性电阻分别计算静态磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗;其中,为了提高低磁密下静态磁滞回环的模拟精度,引入能够表征磁化过程的神经网络算法模拟静态磁滞部分;同时,在采用梯形等效电路计算涡流损耗和异常损耗时,考虑趋肤效应对铁损的影响;最后,搭建高频正弦激励下的软磁材料磁特性测试系统,在频率为1 Hz~10 k Hz范围内对软磁复合材料的磁滞回线和铁损进行实验测量,并将铁损计算方法与实测数据进行对比,验证该模型在高频正弦激励下预估损耗的准确性,为变压器和电动机优化设计提供一种模型结构简单、精度较高且工程实用性强的损耗计算方法。
为提高传输线有限元法(transmission line model-finite element method,TLM-FEM)的求解效率,对该方法的入射阶段和反射阶段的求解过程进行了优化。在反射阶段采用优化的松弛方法加速求解非线性端口电压,将单元系数矩阵的计算以及全局矩阵的分解在GPU上并行实现进一步提升计算效率。将优化的TLM-FEM用于单相变压器电磁场的计算中,通过C++自编程分析与商用软件ANSYS的求解结果进行对比,验证了算法的准确性。对同一模型不同网格数量的计算时间进行对比,可知提出的方法可用于大型电气设备电磁场分析。
