雙源磁路磁參量計(jì)算軟件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性材料及其應(yīng)用，直流磁路及其計(jì)算，科學(xué)計(jì)算及計(jì)算機(jī)軟件。
【背景技術(shù)】
[0002]直流磁路計(jì)算應(yīng)遵循:磁通連續(xù)性原理是指穿過任一封閉面的磁通量的代數(shù)和等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為纟sBds = 0，它是磁場固有的一個(gè)特性。安倍環(huán)路定律是指任一閉合路經(jīng)上各段磁位(差)的代數(shù)和，等于作用在該閉合路經(jīng)上的磁(動(dòng))勢，它是磁場固有的另一個(gè)特性。
[0003]磁路是指能將磁通量約束在其中的區(qū)域。鐵磁回路是指主要由非線性鐵媒質(zhì)和少量線性空氣媒質(zhì)(指工藝或工作氣隙)構(gòu)成，供磁源產(chǎn)生的主磁通在其中流通的閉合路徑。段磁路是指能滿足磁通、截面變化、媒質(zhì)三者都連續(xù)的原則而劃分成的一段鐵磁回路。它是磁路磁位計(jì)算的基本單元。
[0004]磁場是指存在于載流導(dǎo)體、永磁體、運(yùn)動(dòng)電荷或時(shí)變電場等周圍空間，以磁感應(yīng)強(qiáng)度表征的一種特殊形式的物質(zhì)。磁場具有能量是磁場物質(zhì)性的特性之一。
[0005]磁源是指具有保持磁場能力的磁體，如永磁體和直流電磁體。磁通源是指由永磁體等效轉(zhuǎn)換成，有一個(gè)恒磁通源與一個(gè)恒定內(nèi)磁導(dǎo)并聯(lián)組成的磁源。磁勢源是指將直流電通入勵(lì)磁繞組而存在的磁源。常以安匝表示其磁勢量，又稱安匝磁源。
[0006]雙源磁路是指既有磁通源(即永磁體)又有磁勢源(即直流勵(lì)磁繞組)的鐵磁回路?！坝来艡C(jī)構(gòu)”的磁路也有前述兩種磁源，但因磁路采用框架式結(jié)構(gòu)，致使磁源在周圍空間建立的外部與內(nèi)腔(即勵(lì)磁繞組空間)兩個(gè)氣質(zhì)磁場相互交織、你我難分，界面難定，無法生成其磁參量計(jì)算軟件。雙源磁路采用了同心圓柱型結(jié)構(gòu)，不僅消除“永磁機(jī)構(gòu)”在磁路上的弊端，促進(jìn)現(xiàn)有磁路技術(shù)的進(jìn)步，而且也展示了雙源磁路與磁參量計(jì)算軟件間相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)特征是:磁參量計(jì)算軟件是依雙源磁路而生成，生成后為雙源磁路計(jì)算磁參量而所用。雙源磁路也是磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力模塊。
[0007]科學(xué)計(jì)算是為解決物理、化學(xué)、力學(xué)、空間等學(xué)科的一些主要問題，研宄相關(guān)的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法，使其能在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)值計(jì)算。數(shù)學(xué)模型通常為代數(shù)方程組、微分方程和積分方程。對于微分方程或積分方程，需先將其離散化，把它們轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，研宄求解的計(jì)算方法，并編制程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算。如果計(jì)算結(jié)果不符合要求，還需分析和修改數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法重復(fù)上述過程。
[0008]科學(xué)計(jì)算軟件是為解決科學(xué)和工程問題而研制的計(jì)算機(jī)軟件。它按照使用范圍可分為兩類:一是解決科學(xué)和工程中的數(shù)學(xué)問題的通用數(shù)學(xué)軟件；二是面向特定工程計(jì)算的應(yīng)用軟件，例如計(jì)算機(jī)輔助飛機(jī)設(shè)計(jì)軟件、電網(wǎng)調(diào)度軟件等。
[0009]數(shù)學(xué)模型是指控制系統(tǒng)變量之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律的數(shù)學(xué)描述。它把系統(tǒng)中現(xiàn)象的分析歸納為某種形式的數(shù)學(xué)問題。變量之間的關(guān)系可以用公式(例如代數(shù)方程、微分方程、積分方程、傳遞函數(shù)等)表示，也可以用表格或圖形表示，它們都是數(shù)學(xué)模型的表現(xiàn)形式。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，要兼顧模型的簡化和結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0010]計(jì)算機(jī)軟件是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的程序及其文檔，程序是軟件的主體；程序是指計(jì)算任務(wù)的處理對象和處理規(guī)則的描述；應(yīng)用程序是指解決特定領(lǐng)域工程問題的專用程序；子程序是指具有獨(dú)立功能，能在運(yùn)行的程序中反復(fù)被調(diào)用的程序；模塊是指具有單一功能的專用子程序。
[0011]空氣是無磁化現(xiàn)象的磁媒質(zhì)，其磁導(dǎo)率為磁性常數(shù)，gp Utl= 431 X10_7(H/m)，屬線性媒質(zhì)。一段三維空間的空氣媒質(zhì)(以下簡稱氣質(zhì))磁路，若其氣質(zhì)截面變化是連續(xù)的，則其磁導(dǎo)Y的計(jì)算公式為Y = μ C1AiZli,式中Ai為平均氣質(zhì)截面積，單位是平方米；1 i為平均氣質(zhì)磁路長，單位是米。可見一段氣質(zhì)磁路的氣質(zhì)截面變化是連續(xù)的，則其磁導(dǎo)值由其幾何尺寸決定的。
[0012]氣質(zhì)磁場的計(jì)算問題，最終目標(biāo)是求漏磁通的數(shù)值。在工程上能應(yīng)用計(jì)算機(jī)按數(shù)值計(jì)算問題的表達(dá)模型是科學(xué)計(jì)算。因此，根據(jù)氣質(zhì)磁路的磁特性，利用科學(xué)計(jì)算的思路與方法，是解決氣質(zhì)磁場計(jì)算冋題最有效的途徑。
[0013]磁通管由發(fā)散面、一段能約束漏磁通的三維空間氣質(zhì)磁路和匯聚面依次連接構(gòu)成。磁通管是描述氣質(zhì)磁場構(gòu)成和約束漏磁通的載體。磁通管應(yīng)依據(jù)氣質(zhì)磁場形成規(guī)律，按仿真和唯一性原則及生成規(guī)則建立，使磁通管具有等效的技術(shù)屬性。在外部氣質(zhì)磁場中，媒質(zhì)面是指按媒質(zhì)及其連續(xù)性原則，在側(cè)軛同心等外徑圓柱體外表面上劃分而成的圓柱面。在內(nèi)腔氣質(zhì)磁場中，媒質(zhì)面是指圍成內(nèi)腔空間的不同鐵件的同心圓柱體內(nèi)或外表面和環(huán)形體內(nèi)表面。處在磁通源N極性側(cè)的媒質(zhì)面稱發(fā)散面。處在磁通源S極性側(cè)的媒質(zhì)面稱匯聚面。在二維平面上能將發(fā)散面或匯聚面面積等分的點(diǎn)，或在三維空間上等分點(diǎn)的軌跡圓，是主磁通分流漏磁通或漏磁通注入主磁通的聯(lián)通點(diǎn)或線。
[0014]將具有同一技術(shù)屬性的磁通管看成一個(gè)整體，這個(gè)整體便是磁通管集合。這時(shí)，該集合便具有了磁通管的等效技術(shù)屬性，此外，還使磁通管的氣質(zhì)磁路衍生成為等效氣質(zhì)磁場的路網(wǎng)。利用磁通管集合的上述特定的技術(shù)特征，在等效替代氣質(zhì)磁場的同時(shí)，便將氣質(zhì)磁場轉(zhuǎn)換為由磁通管表述的路網(wǎng)。
[0015]磁平衡計(jì)算是指利用雙源磁路磁參量計(jì)算軟件在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行循環(huán)運(yùn)算，趨使計(jì)算值向目標(biāo)值逐漸逼近。當(dāng)計(jì)算值與目標(biāo)值相等時(shí)(即平衡時(shí))，運(yùn)算退出循環(huán)，并顯示平衡后的磁參量值的計(jì)算方法。
[0016]引用的文件是:精密合金用磁學(xué)特性和磁學(xué)量術(shù)語GB/T 15013-94 ;金屬功能材料詞典冶金工業(yè)出版社1999年6月第一版；中國電力百科全書《電工技術(shù)基礎(chǔ)卷》中國電力出版社2001年I月第二版。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]目前，在直流磁路工程上，可用于磁測量的儀表，只有特斯拉計(jì)(或磁通計(jì))，且它并不能用于鐵質(zhì)磁路內(nèi)的磁通量的測量。為此，迫切需要解決雙源磁路磁參量認(rèn)知的技術(shù)冋題。
[0018]解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案:
[0019]一是利用磁通管集合等效替代外部氣質(zhì)磁場，并轉(zhuǎn)換為由磁通管表述的路網(wǎng)；分別建立磁通管的數(shù)學(xué)模型，并求出其等效磁導(dǎo)，將等效磁導(dǎo)組合成能計(jì)算漏磁通的磁導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)；建立能描述漏磁通、磁位、磁導(dǎo)相互關(guān)系和變化規(guī)律的磁導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，通過解析，將其演繹成編程的代碼信息；利用計(jì)算機(jī)編程語言，將代碼信息編撰生成漏磁通計(jì)算程序。
[0020]二是利用磁通管集合等效替代內(nèi)腔氣質(zhì)磁場，并轉(zhuǎn)換為由磁通管表述的路網(wǎng)；分別建立磁通管的數(shù)學(xué)模型，并求出其等效磁導(dǎo)，將等效磁導(dǎo)組合成網(wǎng)，經(jīng)過等值變換，形成能計(jì)算主磁通的磁導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)；建立能描述主磁通、磁位、磁導(dǎo)相互關(guān)系和變化規(guī)律的磁導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型，通過解析，將其演繹成編程的代碼信息；利用計(jì)算機(jī)編程語言，將代碼信息編撰生成主磁通計(jì)算程序。
[0021]三是按段磁路劃分原則，將鐵磁回路劃分成段，并建立計(jì)算每段磁路平均截面積AjP平均磁路長的I ^勺子程序；按磁路鐵質(zhì)材料的B1-Hi曲線或數(shù)值表，將其轉(zhuǎn)化成可按段磁通Φ i除以該段平均截面積A i得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 1去檢索對應(yīng)的磁場強(qiáng)度H ^直的子程序；有序地將每一段磁路代碼ΦρΑρ IpBpHi,編撰生成磁位計(jì)算程序。
[0022]四是建立以漏磁通、主磁通和磁位計(jì)算程序?yàn)橹鞯倪m用于磁平衡計(jì)算的模塊和計(jì)算所需的其他相關(guān)程序，并以工作氣隙長度作為控制計(jì)算的變量指令，組合成適用單源或雙源作用和計(jì)算不同磁參量需求的雙源磁路磁參量計(jì)算軟件(以下簡稱計(jì)算軟件)。
[0023]有益效果是:在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行計(jì)算軟件，能獲得反映雙源磁路工作狀態(tài)的磁參量，如主磁通、漏磁通、段磁位、聯(lián)通點(diǎn)磁位、總磁位、磁通源的外供磁勢、安匝磁勢和與磁路計(jì)算相關(guān)的其他物理量，如磁能、靜態(tài)磁力、電動(dòng)磁力、動(dòng)態(tài)磁阻和動(dòng)態(tài)磁能差等；利用計(jì)算軟件能在計(jì)算機(jī)上對雙源磁路進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，獲取靜態(tài)磁力特性曲線和電動(dòng)磁力特性曲線；能直接為磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的研制帶來省力、省時(shí)、省材、省成本以及提升技術(shù)創(chuàng)新能力和產(chǎn)品質(zhì)量；將會推動(dòng)配用磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的真空斷路器在中低壓配網(wǎng)使用的全覆蓋，可為戶外架空網(wǎng)、電纜網(wǎng)、箱變、柱變和配網(wǎng)智能化提供優(yōu)質(zhì)的開關(guān)裝備，提高配網(wǎng)運(yùn)行的安全水平和供電可靠性；能研發(fā)取代交流電磁鐵的新產(chǎn)品，促使交流接觸器和低壓斷路器成為節(jié)能和環(huán)保(指消除交流電磁鐵產(chǎn)生的噪音)的新產(chǎn)品，取代到位后，全國一年將可節(jié)電百億千瓦時(shí)。
【附圖說明】
[0024]圖1是雙源磁路構(gòu)造的局部剖面圖。該圖表明的是與生成磁參量計(jì)算軟件相關(guān)的構(gòu)造部件，按部件的運(yùn)動(dòng)特征分為:
[0025]靜止件包括:1.上橫軛、2.勵(lì)磁繞組、3.上部側(cè)軛、4.永磁體、5.下部側(cè)軛。
[0026]運(yùn)動(dòng)件包括:6.力軸、7.鐵心、8.下橫軛。
【具體實(shí)施方式】
[0027]將計(jì)算軟件輸入已裝有相同編程語言的計(jì)算機(jī)中，經(jīng)調(diào)試合格，即可使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.雙源磁路，在磁路中，有磁通源(永磁體)，磁勢源(直流勵(lì)磁繞組)，磁源在周圍空間建立外部氣質(zhì)磁場、內(nèi)腔氣質(zhì)磁場、鐵磁回路磁場，其特征是:整體為同心圓柱型結(jié)構(gòu)，永磁體置于側(cè)軛居中位，構(gòu)筑了外部與內(nèi)腔兩個(gè)相互獨(dú)立的氣質(zhì)磁場，形成了動(dòng)靜兩件接觸面間的兩個(gè)工作氣隙。2.雙源磁路磁參量計(jì)算軟件，以計(jì)算機(jī)為處理工具，以雙源磁路外部氣質(zhì)磁場、內(nèi)腔氣質(zhì)磁場和鐵磁回路磁場為計(jì)算對象，所進(jìn)行的一系列技術(shù)性操作，其特征是:生成漏磁通計(jì)算程序、主磁通計(jì)算程序和磁位計(jì)算程序。
【專利摘要】技術(shù)領(lǐng)域是：磁性材料及其應(yīng)用、直流磁路及其計(jì)算、科學(xué)計(jì)算及計(jì)算機(jī)軟件。所要解決的技術(shù)問題是：雙源磁路磁參量認(rèn)知的技術(shù)問題。解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：以計(jì)算機(jī)為處理工具，以雙源磁路外部氣質(zhì)磁場、內(nèi)腔氣質(zhì)磁場、鐵磁回路磁場為計(jì)算對象，進(jìn)行一系列技術(shù)性操作，生成漏磁通計(jì)算程序、主磁通計(jì)算程序、磁位計(jì)算程序以及計(jì)算所需的其他相關(guān)程序，組合生成雙源磁路磁參量計(jì)算軟件。主要用途是：在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行計(jì)算軟件，能獲得雙源磁路的磁參量值和其他相關(guān)的物理量；利用計(jì)算軟件能在計(jì)算機(jī)上對雙源磁路進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，獲得磁參量的變化規(guī)律和特性；支持磁力操動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新與發(fā)展。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN104881524
【申請?zhí)枴緾N201510240339
【發(fā)明人】徐紀(jì)法, 徐常青
【申請人】徐紀(jì)法, 徐常青
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月13日