[发明专利]一种铁磁材料磁感应强度在线估测方法

说明书

本发明公开了一种铁磁材料磁感应强度在线估测方法。首先，提出一种新的不可逆磁化强度M_irr计算公式，确保了不可逆强度随有效磁场强度H_e的变化率dM_irr/dH_e始终为正；其次，提出一种变参数计算公式，其中，无磁滞磁化曲线形状参数a、磁畴内部耦合平均场参数α、可逆磁化参数c随有效磁场强度H_e绝对值增大而增大；并且，提出一种新的模型缩放系数计算公式，该公式仅需单个历史磁场强度转折点的有效磁场强度H_e与不可逆磁化强度M_irr。本发明方法在不引入新非物理现象的基础上，可以有效修正传统Jiles‑Atherton模型的负不可逆磁化强度对磁场强度变化率dM_irr/dH问题、磁滞回环不闭合问题、以及中心磁滞回线关于原点不对称问题，适应于在线估测铁磁材料磁感应强度应用领域。

技术领域

本发明涉及一种铁磁材料磁感应强度在线估测方法，属于电气工程、铁磁材料领域。

背景技术

铁磁材料由于具有高磁导率的特性，所以被广泛应用于电机、变压器等功率变换器件。但是，由于铁磁材料还具有磁饱和、磁滞等非线性特性，所以使得铁磁材料内部磁感应强度的测量难度大大增加。而倘若想要精确建模应用了铁磁材料的电气器件的电磁特性，从而实现高性能电路控制、浪涌电流故障保护等目标，则需要综合考虑并在线测量铁磁材料内部磁感应强度的变化情况。

目前，针对磁感应强度测量方法主要包含：接触式测量与非接触式估测。其中，接触式测量依靠在铁磁材料内部嵌入磁感应强度传感器从而达到测量目的，该方法应用简单、在确保传感器精度的情况下有较高的准确性。但是，该方法也会造成成本增加，并改变嵌入点的磁路结构，引入额外的结构应力，影响电气器件的工作性能。非接触式估测则在不引入额外传感器基础上，基于电路电流、电压信息估计铁磁材料内部的磁感应强度，该方法不会改变电气器件结构、节约成本，因而被广泛应用于学术研究中。

目前，针对铁磁材料内部磁感应强度的非接触式估测方法主要采用Jiles-Atherton(JA)模型，因为JA模型对磁化物理过程有着更好的理论依据，并且所需整定的模型参数较少。然而，传统的JA模型估测的磁感应强度可能会具有诸多非物理现象：首先，由于JA模型存在可突变的符号函数δ，使得不可逆磁化强度对磁场强度变化率dM_irr/dH可能存在负值；其次，针对不同的磁场强度变化方向，JA模型的表达式也存在差异，使得JA模型求解的磁滞回环不再闭合；最后，JA模型可能会导致中心磁滞回线的下降沿和上升沿不再针对原点对称。

目前，针对dM_irr/dH可能为负值问题，已有学者提出采用限幅器δ_M将负的dM_irr/dH限制为0。但是，该方法可能会使得磁滞回环两边沿重叠，引入新的非物理现象。而针对磁滞回环不闭合问题，已有学者提出可以采用缩放系数的方法，缩放磁滞回环不闭合的边沿，使其闭合。但是，该缩放系数不能解决磁滞回线关于原点不对称问题。因此，能同时解决上述负dM_irr/dH问题、磁滞回环不闭合问题、磁滞回线关于原点不对称问题，又不引入新非物理现象的铁磁材料磁感应强度在线估测方法仍有待进一步提出。

发明内容

本发明的目的在于修正传统Jiles-Atherton模型的负不可逆磁化强度对磁场强度变化率dM_irr/dH问题、磁滞回环不闭合问题、中心磁滞回线关于原点不对称问题，并在不引入新非物理现象的基础上，提出一种铁磁材料磁感应强度在线估测方法。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种铁磁材料磁感应强度在线估测方法，所述的磁感应强度包括磁场强度H和磁化强度，所述磁化强度包括可逆磁化强度和不可逆磁化强度；采用改进的Jiles-Atherton模型计算不可逆磁化强度；所述改进的Jiles-Atherton模型中，针对负dM_irr/dH问题，提出一种新的不可逆磁化强度计算公式：