【专栏推荐】电工磁性材料及应用技术专栏

编者按：大容量、高效率、紧凑化、高服役可靠性高端电工装备是直流输配电、灵活交流输配电、新能源并网技术发展的迫切需求。磁性材料及元件是高端电工磁性装备功能实现和性能提升的关键，低损耗、高磁导率、高转化效率的磁性材料及元件已成为未来主要发展方向。由于知识产权壁垒、基础理论和制备工艺薄弱等因素，中国高端电工磁性元件开发及应用落后于国外发达国家，亟待自主研发高性能电工磁性材料，提升高端电工装备关键性能指标和核心零部件国产化率，满足能源绿色低碳转型的发展需求。为展示电工磁性材料及应用技术研究领域的最新进展和发展趋势，共享最新学术和技术成果，《中国电力》编辑部特邀请华北电力大学先进材料研究院院长 安泰科技股份有限公司首席科学家、教授级高工 周少雄，全球能源互联网研究院有限公司 电工新材料研究所所长、教授级高工 陈新作为特约主编，主持“电工磁性材料及应用技术”专栏。专栏于2020年10期刊出，共计6篇文章。本期公众号将专栏文章进行汇编，以飨读者！

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01

作者：李伊玲, 李琳, 刘任

单位：新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）

摘要：准确快速模拟磁性材料在不同应力下的磁滞特性对设计承受机械应力的电气设备铁心有重要意义。用BROCKHAUS-MPG200电工钢测试系统，测量了电工钢片样本在不同应力下的磁滞回线，发现其在应力作用下，磁滞回线会产生局部畸变的现象，且磁密越高，这种畸变越严重。为此，首次将2种常用的简化Preisach模型拓展至应力下的电工钢片磁滞特性模拟，发现仅有一种Priesach模型适用。根据该模型的基本特征，仅需利用具有畸变特性的实测极限磁滞回线，即可辨识不同应力值下的Everett函数。提出立方插值法提取以应力为变量的逆Everett函数，建立了应力下电工钢片的静态逆Preisach模型。实验及仿真结果表明，该模型计算精度较高，可用于实际工程中应力下磁性材料的磁滞特性模拟及磁滞损耗计算。

作者：吴立成, 李艳辉, 张伟

单位：大连理工大学 材料科学与工程学院

摘要：为改善FeBCu系纳米晶软磁合金的热处理工艺性，抑制其退火脆性倾向，利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、差示扫描量热仪、振动样品磁强计和平板弯曲实验等测试手段，研究了Nb含量对Fe_86-xB₁₃Cu₁Nb_x(x= 0~6)急冷合金条带的结构、热性能、结晶化组织、磁性能和退火脆性倾向的影响。结果表明：增加Nb量可有效提高非晶相的热稳定性、细化热处理后合金的α-Fe晶粒尺寸并改善其软磁性和退火脆性。其效果在Nb含量＞2 at.%尤为显著，而当Nb含量 ≥ 5 at.%时趋于平缓。纳米晶合金退火脆性的改善主要源于其α-Fe晶粒尺寸和体积分数的降低。

作者：邓凯, 李永建, 成昊, 巩学海, 杨富尧

单位：省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)；全球能源互联网研究院有限公司

摘要：为描述旋转磁化过程并有效模拟各向异性对于磁化过程的影响，在矢量磁滞算子模型（vector hysteron model，VHM）的框架下改变了基于等势面模拟磁化过程的方法，提出了一种新的磁滞算子实现方法。采用分支曲线作为磁滞算子临界面方程，并利用有向分支曲线的方法对算子的临界面方程进行求解。为了能够进一步研究模型在不同激励条件下的精确模拟，对不同频率下的实验数据进行了参数辨识，并采用Moving函数对辨识参数的分布进行了表征。通过模拟计算结果与实验数据的对比，验证了新型矢量磁滞模型的有效性。

作者：樊超, 聂京凯, 肖伟民, 王广周, 汲盛昌, 杨富尧, 刘洋, 杜鹏宇

单位：全球能源互联网研究院有限公司；北京市劳动保护科学研究所；国网河南省电力公司电力科学研究院；西安交通大学；国网石家庄供电分公司

摘要：变压器的噪声主要是由油箱的振动产生，油箱的振动主要是由铁心的振动产生，而铁心的振动主要是由电磁力产生，为了研究铁心电磁力、铁心振动、油箱振动与近场噪声的关联关系，采用虚功法对不同电压下不同方向变压器铁心的电磁力进行了仿真计算，采用有限元分析法对不同电压下变压器铁心的振动特性进行了仿真计算，并利用加速度传感器测试了不同电压作用下不同方向铁心、油箱的振动特性，以及变压器的近场噪声特性，探讨了铁心振动的传递过程，发现铁心电磁力的大小、方向、频率与铁心振动、油箱振动、变压器近场噪声具有明显的相关性。

05

作者：张博峻, 肖恢芸, 贺爱娜, 黎嘉威, 董亚强

单位：中国科学院 宁波材料技术与工程研究所；中国科学院大学

摘要：通过差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、磁光克尔显微镜（MOKE）、直流B-H仪和阻抗分析仪等手段研究了Mn元素对FeCuSiBNb合金的热稳定性、高频磁性能、微观结构和磁畴的影响。结果表明：Mn元素对合金的第一与第二晶化温度区间和矫顽力的影响非常小，但可提高合金的高频磁导率和适用退火温度区间。与无Mn合金相比，Mn掺杂合金在10 kHz下磁导率可提高36.5%，且可抑制Fe₃B相的析出。这种良好的高频特性可归因于Mn元素的掺杂降低了纳米晶合金的平均晶粒尺寸，改善了磁畴结构的均匀度，从而降低了钉扎场。

06

作者：李永建, 栗浩森, 耿惠, 巩学海, 杨富尧

单位：省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)；河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学)；全球能源互联网研究院有限公司

摘要：以钕铁硼为代表的稀土类永磁材料因其磁性能好、价格低、力学性能好等特点广泛应用于永磁电机，电机中的谐波磁场又会使永磁体产生损耗，严重时会导致永磁体过热失磁，影响到电机的稳定运行。通过设计的永磁综合磁特性测试装置定量施加交流磁场，发现在低频下，饱和充磁的钕铁硼会出现明显的磁滞现象。对钕铁硼材料在过热失磁条件下进行了磁滞损耗的定量测试与磁特性分析，发现过热失磁的钕铁硼会产生明显的磁滞损耗。测试结果表明：永磁体在高温状态下长时间运行时会逐渐失去磁性，永磁体的磁滞损耗会逐渐增加，甚至在一定条件下磁滞损耗会高于涡流损耗。这说明永磁体的磁滞损耗会加速永磁体的失效，而且在某些情况下是失磁的主要原因。

引文信息

李伊玲, 李琳, 刘任. 机械应力作用下电工钢片静态磁滞特性模拟方法研究[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 10-18.

LI Yiling, LI Lin, LIU Ren. Modeling methods of static hysteresis characteristics of electrical steel sheets under stress[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 10-18.

吴立成, 李艳辉, 张伟. Nb添加量对FeBCu纳米晶合金组织结构、磁性能和退火脆性倾向的影响[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 19-25, 33.

WU Licheng, LI Yanhui, ZHANG Wei. Effect of nb addition on the structure, magnetic properties and annealing embrittlement of a febcu nanocrystalline alloy[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 19-25, 33.

邓凯, 李永建, 成昊, 等. 新型矢量磁滞模型的建模与验证[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 26-33.

DENG Kai, LI Yongjian, CHENG Hao, et al. Modeling and verification of a novel vector hysteron model[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 26-33.

樊超, 聂京凯, 肖伟民, 等. 电力变压器铁心、油箱振动特性及与近场噪声的关联性研究[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 34-41.

FAN Chao, NIE Jingkai, XIAO Weimin, et al. Study on vibration characteristics of power transformer core and oil tank and the correlation with near field noise[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 34-41.

张博峻, 肖恢芸, 贺爱娜, 等. Mn对FeCuSiBNb纳米晶合金的高频磁特性和微观结构的影响[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 42-49.

ZHANG Bojun, XIAO Huiyun, HE Aina, et al. Effect of mn on high frequency magnetic properties and microstructure of fecusibnb nanocrystalline alloys[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 42-49.

李永建, 栗浩森, 耿惠, 等. 钕铁硼永磁材料在过热失磁条件下的磁滞损耗测试与分析[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 50-57.

LI Yongjian, LI Haosen, GENG Hui, et al. Measurement and analysis of hysteresis loss of nd-fe-b permanent magnet under superheated loss of magnetism[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 50-57. 

专栏特约主编简介——周少雄

周少雄，博士，教授级高工。安泰科技股份有限公司首席科学家，华北电力大学先进材料研究院院长。现兼任国家新材料产业发展专家咨询委员会委员、国家非晶微晶合金工程技术研究中心主任，国家非晶节能材料产业技术创新战略联盟常务副理事长、亚洲磁学联盟副主席、中国材料研究学会副理事长、全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会副主任委员等。1998年被评为国家有突出贡献中青年专家，2008年获“中央企业优秀归国留学人员”称号，2010年获“全国优秀科技工作者”称号，2014年获中国首届“杰出工程师”奖，2015年入选北京科技盛典科技人物，2017年入选亚太材料科学院院士。长期从事磁性材料的研发/应用与工程化，特别是铁基非晶/纳米晶带材的工程化研发和产业化攻关，获国家科技进步一等奖1项、二等奖3项，中国发明专利金奖等多项省部级奖励，获授权专利130余项，发表论文150篇。

专栏特约主编简介——陈新

陈新，博士，教授级高级工程师。现任全球能源互联网研究院有限公司电工新材料研究所所长，国家电网公司电工新材料技术联合实验室主任，中电联输变电工程材料团体标准化委员会秘书长。长期从事电工装备材料配方及制备工艺研究工作。负责和参与国家973计划、863计划、重点研发计划及国家电网公司项目20余项，作为牵头单位负责人主持“500kV直流电缆关键技术”国家重点研发计划项目及220kV、320kV、500kV电缆及附件研制等多项国家电网公司专项。获授权和受理发明专利30余项；发表SCI/EI论文20余篇，出版专著3部；牵头和参与制定国家、行业标准20余项。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：方彤

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