2023年7月电工技术学报Vol.38No.14第38卷第14期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJul.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220819变压应力条件下铁镓合金棒材高频磁特性测试与模型构建黄文美1,2陶铮1,2郭萍萍1,2张伟帅1,2翁玲1,2（1.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）天津3001302.河北省电磁场与电器可靠性重点实验室（河北工业大学）天津300130）摘要高频大功率磁致伸缩换能器件的输出特性与其所受的压应力密切相关，施加一定的压应力可以提高其核心元件磁致伸缩棒材的磁致伸缩系数，增大器件输出功率，而不合适的压应力会使得器件性能恶化。该文搭建了磁致伸缩材料高频磁特性测试系统，测量了磁致伸缩材料铁镓合金棒材在不同激励条件下（变压应力σ、变励磁频率f和不同磁场强度H）的动态磁特性曲线。结果表明，当频率与磁场强度一定时，随着压应力的增加，高频磁特性中振幅磁导率减小、动态磁滞回线纵向变扁、磁能损耗减少。针对传统磁滞模型无法计及压应力影响的问题，在现有静态J-A磁滞模型的基础上，计及涡流损耗和剩余损耗，并采用分数阶导数修正高频涡流场表达式，建立了高频动态磁滞模型，再引入压应力相关项修正模型参数，得到与外施压应力相关的改进高频动态磁滞模型。将实验数据与模型计算结果进行对比分析，结果表明，在变压应力和高频激励条件下，模型计算结果与实测值吻合较好，最大误差为5.86%，平均误差为3.29%，验证了模型的准确性与可行性。关键词：铁镓合金棒材压应力高频磁特性改进的磁滞模型中图分类号：TM2740引言磁致伸缩材料作为一种新型智能材料，能量密度高、耦合系数大，且兼具优良的应力灵敏性、磁致伸缩特性和力学性能，可广泛应用于换能器、传感器、精密机械控制等高新技术领域[1-2]。以磁致伸缩材料铁镓合金棒材为核心元件制成的高频大功率磁致伸缩器件，需要棒材工作在一定的压应力下以提高磁致伸缩应变、优化输出特性；而不合适的压应力会使得器件性能恶化。传统的磁滞模型难以准确地模拟出材料在变压应力条件下的磁特性[3]，因此，有必要建立一种计及变压应力条件的铁镓合金棒材高频动态磁滞模型。但是，一方面由于高频条件下测试装置磁能损耗大，加之铁镓合金磁导率低，以往的实验平台[4]无法达到较高的磁通密度，难以获取建立模型需要的大量实验数据；另一方面，静态磁滞模型未考虑到铁磁材料的高频涡流损耗与剩余损耗，经修正后的动态模型[5]忽略了高频趋肤效应对...
