CN104881524A - 双源磁路磁参量计算软件 - Google Patents

Abstract

技术领域是：磁性材料及其应用、直流磁路及其计算、科学计算及计算机软件。所要解决的技术问题是：双源磁路磁参量认知的技术问题。解决技术问题所采用的技术方案是：以计算机为处理工具，以双源磁路外部气质磁场、内腔气质磁场、铁磁回路磁场为计算对象，进行一系列技术性操作，生成漏磁通计算程序、主磁通计算程序、磁位计算程序以及计算所需的其他相关程序，组合生成双源磁路磁参量计算软件。主要用途是：在计算机上运行计算软件，能获得双源磁路的磁参量值和其他相关的物理量；利用计算软件能在计算机上对双源磁路进行动态模拟计算，获得磁参量的变化规律和特性；支持磁力操动机构的设计创新与发展。

Description

双源磁路磁参量计算软件

技术领域

本发明涉及磁性材料及其应用，直流磁路及其计算，科学计算及计算机软件。

背景技术

直流磁路计算应遵循：磁通连续性原理是指穿过任一封闭面的磁通量的代数和等于零。其数学表达式为∮_sBds＝0，它是磁场固有的一个特性。安倍环路定律是指任一闭合路经上各段磁位(差)的代数和，等于作用在该闭合路经上的磁(动)势，它是磁场固有的另一个特性。

磁路是指能将磁通量约束在其中的区域。铁磁回路是指主要由非线性铁媒质和少量线性空气媒质(指工艺或工作气隙)构成，供磁源产生的主磁通在其中流通的闭合路径。段磁路是指能满足磁通、截面变化、媒质三者都连续的原则而划分成的一段铁磁回路。它是磁路磁位计算的基本单元。

磁场是指存在于载流导体、永磁体、运动电荷或时变电场等周围空间，以磁感应强度表征的一种特殊形式的物质。磁场具有能量是磁场物质性的特性之一。

磁源是指具有保持磁场能力的磁体，如永磁体和直流电磁体。磁通源是指由永磁体等效转换成，有一个恒磁通源与一个恒定内磁导并联组成的磁源。磁势源是指将直流电通入励磁绕组而存在的磁源。常以安匝表示其磁势量，又称安匝磁源。

双源磁路是指既有磁通源(即永磁体)又有磁势源(即直流励磁绕组)的铁磁回路。“永磁机构”的磁路也有前述两种磁源，但因磁路采用框架式结构，致使磁源在周围空间建立的外部与内腔(即励磁绕组空间)两个气质磁场相互交织、你我难分，界面难定，无法生成其磁参量计算软件。双源磁路采用了同心圆柱型结构，不仅消除“永磁机构”在磁路上的弊端，促进现有磁路技术的进步，而且也展示了双源磁路与磁参量计算软件间相互关联的技术特征是：磁参量计算软件是依双源磁路而生成，生成后为双源磁路计算磁参量而所用。双源磁路也是磁力操动机构的动力模块。

科学计算是为解决物理、化学、力学、空间等学科的一些主要问题，研究相关的数学模型和计算方法，使其能在计算机上进行运算的数值计算。数学模型通常为代数方程组、微分方程和积分方程。对于微分方程或积分方程，需先将其离散化，把它们转化为代数方程组， 研究求解的计算方法，并编制程序在计算机上进行计算。如果计算结果不符合要求，还需分析和修改数学模型及计算方法重复上述过程。

科学计算软件是为解决科学和工程问题而研制的计算机软件。它按照使用范围可分为两类：一是解决科学和工程中的数学问题的通用数学软件；二是面向特定工程计算的应用软件，例如计算机辅助飞机设计软件、电网调度软件等。

数学模型是指控制***变量之间的相互关系和变化规律的数学描述。它把***中现象的分析归纳为某种形式的数学问题。变量之间的关系可以用公式(例如代数方程、微分方程、积分方程、传递函数等)表示，也可以用表格或图形表示，它们都是数学模型的表现形式。在建立数学模型时，要兼顾模型的简化和结果的准确性。

计算机软件是指计算机***中的程序及其文档，程序是软件的主体；程序是指计算任务的处理对象和处理规则的描述；应用程序是指解决特定领域工程问题的专用程序；子程序是指具有独立功能，能在运行的程序中反复被调用的程序；模块是指具有单一功能的专用子程序。

空气是无磁化现象的磁媒质，其磁导率为磁性常数，即μ₀＝4π×10^-7(H/m)，属线性媒质。一段三维空间的空气媒质(以下简称气质)磁路，若其气质截面变化是连续的，则其磁导Y的计算公式为Y＝μ₀A_i/l_i，式中A_i为平均气质截面积，单位是平方米；l_i为平均气质磁路长，单位是米。可见一段气质磁路的气质截面变化是连续的，则其磁导值由其几何尺寸决定的。

气质磁场的计算问题，最终目标是求漏磁通的数值。在工程上能应用计算机按数值计算问题的表达模型是科学计算。因此，根据气质磁路的磁特性，利用科学计算的思路与方法，是解决气质磁场计算问题最有效的途径。

磁通管由发散面、一段能约束漏磁通的三维空间气质磁路和汇聚面依次连接构成。磁通管是描述气质磁场构成和约束漏磁通的载体。磁通管应依据气质磁场形成规律，按仿真和唯一性原则及生成规则建立，使磁通管具有等效的技术属性。在外部气质磁场中，媒质面是指按媒质及其连续性原则，在侧轭同心等外径圆柱体外表面上划分而成的圆柱面。在内腔气质磁场中，媒质面是指围成内腔空间的不同铁件的同心圆柱体内或外表面和环形体内表面。处在磁通源N极性侧的媒质面称发散面。处在磁通源S极性侧的媒质面称汇聚面。在二维平面上能将发散面或汇聚面面积等分的点，或在三维空间上等分点的轨迹圆，是主磁通分流漏磁通或漏磁通注入主磁通的联通点或线。

将具有同一技术属性的磁通管看成一个整体，这个整体便是磁通管集合。这时，该集合 便具有了磁通管的等效技术属性，此外，还使磁通管的气质磁路衍生成为等效气质磁场的路网。利用磁通管集合的上述特定的技术特征，在等效替代气质磁场的同时，便将气质磁场转换为由磁通管表述的路网。

磁平衡计算是指利用双源磁路磁参量计算软件在计算机上进行循环运算，趋使计算值向目标值逐渐逼近。当计算值与目标值相等时(即平衡时)，运算退出循环，并显示平衡后的磁参量值的计算方法。

引用的文件是：精密合金用磁学特性和磁学量术语GB/T 15013-94；金属功能材料词典冶金工业出版社1999年6月第一版；中国电力百科全书《电工技术基础卷》中国电力出版社2001年1月第二版。

发明内容

目前，在直流磁路工程上，可用于磁测量的仪表，只有特斯拉计(或磁通计)，且它并不能用于铁质磁路内的磁通量的测量。为此，迫切需要解决双源磁路磁参量认知的技术问题。

解决技术问题所采用的技术方案：

一是利用磁通管集合等效替代外部气质磁场，并转换为由磁通管表述的路网；分别建立磁通管的数学模型，并求出其等效磁导，将等效磁导组合成能计算漏磁通的磁导网络；建立能描述漏磁通、磁位、磁导相互关系和变化规律的磁导网络数学模型，通过解析，将其演绎成编程的代码信息；利用计算机编程语言，将代码信息编撰生成漏磁通计算程序。

二是利用磁通管集合等效替代内腔气质磁场，并转换为由磁通管表述的路网；分别建立磁通管的数学模型，并求出其等效磁导，将等效磁导组合成网，经过等值变换，形成能计算主磁通的磁导网络；建立能描述主磁通、磁位、磁导相互关系和变化规律的磁导网络数学模型，通过解析，将其演绎成编程的代码信息；利用计算机编程语言，将代码信息编撰生成主磁通计算程序。

三是按段磁路划分原则，将铁磁回路划分成段，并建立计算每段磁路平均截面积A_i和平均磁路长的l_i的子程序；按磁路铁质材料的B_i-H_i曲线或数值表，将其转化成可按段磁通φ_i除以该段平均截面积A_i得到的磁感应强度B_i去检索对应的磁场强度H_i值的子程序；有序地将每一段磁路代码φ_i、A_i、l_i、B_i、H_i，编撰生成磁位计算程序。

四是建立以漏磁通、主磁通和磁位计算程序为主的适用于磁平衡计算的模块和计算所需的其他相关程序，并以工作气隙长度作为控制计算的变量指令，组合成适用单源或双源作用和计算不同磁参量需求的双源磁路磁参量计算软件(以下简称计算软件)。

有益效果是：在计算机上运行计算软件，能获得反映双源磁路工作状态的磁参量，如主磁 通、漏磁通、段磁位、联通点磁位、总磁位、磁通源的外供磁势、安匝磁势和与磁路计算相关的其他物理量，如磁能、静态磁力、电动磁力、动态磁阻和动态磁能差等；利用计算软件能在计算机上对双源磁路进行动态模拟计算，获取静态磁力特性曲线和电动磁力特性曲线；能直接为磁力操动机构的研制带来省力、省时、省材、省成本以及提升技术创新能力和产品质量；将会推动配用磁力操动机构的真空断路器在中低压配网使用的全覆盖，可为户外架空网、电缆网、箱变、柱变和配网智能化提供优质的开关装备，提高配网运行的安全水平和供电可靠性；能研发取代交流电磁铁的新产品，促使交流接触器和低压断路器成为节能和环保(指消除交流电磁铁产生的噪音)的新产品，取代到位后，全国一年将可节电百亿千瓦时。

附图说明

图1是双源磁路构造的局部剖面图。该图表明的是与生成磁参量计算软件相关的构造部件，按部件的运动特征分为：

静止件包括：1.上横轭、2.励磁绕组、3.上部侧轭、4.永磁体、5.下部侧轭。

运动件包括：6.力轴、7.铁心、8.下横轭。

具体实施方式

将计算软件输入已装有相同编程语言的计算机中，经调试合格，即可使用。

Claims (2)

1.双源磁路，在磁路中，有磁通源(永磁体)，磁势源(直流励磁绕组)，磁源在周围空间建立外部气质磁场、内腔气质磁场、铁磁回路磁场，其特征是：整体为同心圆柱型结构，永磁体置于侧轭居中位，构筑了外部与内腔两个相互独立的气质磁场，形成了动静两件接触面间的两个工作气隙。

2.双源磁路磁参量计算软件，以计算机为处理工具，以双源磁路外部气质磁场、内腔气质磁场和铁磁回路磁场为计算对象，所进行的一系列技术性操作，其特征是：生成漏磁通计算程序、主磁通计算程序和磁位计算程序。