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隨著電工產品綠色、節(jié)能運行要求的不斷提升，電工設備產生的振動噪聲問題引起越來越多關注。電機、變壓器鐵芯由電工鋼片疊積而成，電工鋼片的磁致伸縮效應（指磁性材料在周期性變化磁場中幾何尺寸的微小變化）會加劇鐵心的振動和噪聲。鐵心的磁致伸縮特性與其工作中的磁感應強度大小、方向、頻率等磁化方式密切相關。準確模擬電工鋼片的磁致伸縮特性是研制高品質電工設備的前提和基礎。

為了揭示磁致伸縮的物理本質，國內外學者基于不同的理論模型提出了模擬交變磁化下電工鋼片磁致伸縮特性的方法。然而，除交變磁化外，電機定子鐵心中同時存在旋轉磁化，旋轉磁化會產生更大的磁致伸縮應變，且具有矢量特性。

近年來，國外學者率先基于自主研發(fā)的二維磁特性測量系統(tǒng)測試了旋轉磁致伸縮特性，并提出了相應的模擬方法。國內針對電工鋼片磁特性的研究主要集中在交變磁化及交變疊加諧波、直流偏磁、應力、溫度等特性的測量和模擬，而旋轉磁化下磁致伸縮特性的分析和模擬研究正處于起步階段。

沈陽工業(yè)大學電氣工程學院的李岱巖、張艷麗、荊盈、王振、張殿海，在2022年第20期《電工技術學報》上撰文，借鑒Jiles-Atherton（J-A）磁滯模型對磁化過程中磁疇疇壁移動和磁矩轉動而產生滯后行為的表征方法，提出一種能夠描述旋轉磁化下磁致伸縮正應變和剪切應變矢量、滯后特性的磁致伸縮模型。

圖1 模型參數(shù)尋優(yōu)過程

研究人員基于電工鋼片旋轉磁特性測量系統(tǒng)提供的特性數(shù)據(jù)，采用粒子群優(yōu)化算法實現(xiàn)了模型參數(shù)辨識，并驗證了模型的準確性。他們制作并搭建硅鋼疊片鐵心局部磁致伸縮特性測量系統(tǒng)，給出了所提磁致伸縮模型計算鐵心磁致伸縮形變的具體過程，通過與測量結果的比較，進一步驗證了該理論模型在工程應用的有效性，可以有效表征電工鋼片旋轉磁致伸縮特性。

圖2 實驗模型供電系統(tǒng)

圖3 實驗模型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

研究人員表示，對電工鋼片旋轉磁致伸縮的測量結果表明，旋轉磁致伸縮具有復雜的動態(tài)特性、矢量特性和各向異性特性。與磁滯類似，磁致伸縮兩個正應變分量分別與x、y方向的磁通密度在動態(tài)下呈現(xiàn)回環(huán)（蝴蝶曲線）的特性關系。

另外，該矢量磁致伸縮模型不僅能表征旋轉磁化下磁致伸縮的矢量、滯后行為，還能通過模型參數(shù)模擬旋轉磁化軌跡的變化特征。

他們指出，本課題的研究成果提供了電工鋼片旋轉磁致伸縮特性的參考數(shù)據(jù)和測試手段，建立的特性模型也推動磁致伸縮表征方法向鐵心服役工況靠近，為電機等電工裝備本體振動噪聲的研究提供了一定的參考。

本文編自2022年第20期《電工技術學報》，論文標題為“基于J-A模型的電工鋼片磁致伸縮特性模擬與實驗”。本課題得到國家自然科學基金的支持。