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【24h】

Finite element analysis modeling of high voltage and frequency 3-phase solid state transformers enabled by metal amorphous nanocomposites

机译：金属非晶纳米复合材料对高压和高频三相固态变压器的有限元分析建模

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摘要

We review the materials paradigm for metal amorphous nanocomposite (MANC) soft magnetic materials to showcase in solid state transformers (SSTs). We report 2D finite element analysis (FEA) of 3-phase SSTs operating at 50 Hz-10 kHz frequencies. We benchmark materials in designs to control high frequency losses and achieve higher power densities. FEA models are solved in the time domain for line frequencies of 50 Hz-10 kHz and 100 KW output power for the first 4 cycles. Transformer topologies are coupled to a power analysis using a Steinmetz parameterization of magnetic losses capturing induction and field scaling for transformer grade Si steel as compared to Metglas, Ferrite, FINEMET, Co- and FeNi-based MANCs. Recently discovered FeNi-based MANCs allow smaller transformers at equivalent power as compared to Si steel, Metglas, and Co-based MANCs. Fe-rich and non-Co containing MANCs also offer economies based on lower raw materials costs compared with Co-based MANCs.
机译：我们回顾了金属非晶态纳米复合材料（MANC）软磁材料的材料范式，以展示在固态变压器（SST）中。我们报告了在50 Hz-10 kHz频率下运行的三相SST的2D有限元分析（FEA）。我们对设计中的材料进行基准测试，以控制高频损耗并实现更高的功率密度。在前四个周期中，在50 Hz-10 kHz线路频率和100 KW输出功率的时域中求解了FEA模型。与基于Metglas，Ferrite，FINEMET，Co和FeNi的MANC相比，使用Steinmetz参数化的磁损耗参数化变压器拓扑与功率分析相结合，可捕获变压器级Si钢的感应损耗和磁场定标。与硅钢，Metglas和钴基MANC相比，最近发现的基于FeNi的MANC允许使用同等功率的较小变压器。与基于钴的MANC相比，富铁且不含钴的MANC还具有较低的原材料成本，因此具有经济性。

著录项

  • 来源
    《Journal of Materials Research》 |2018年第15期|2138-2147|共10页
  • 作者

    Nazmunnahar Mst; Simizu Satoru; Ohodnicki Paul R.; Bhattacharya Subhashis; McHenry Michael E.;

  • 作者单位

    Carnegie Mellon Univ, Mat Sci & Engn Dept, Pittsburgh, PA 15213 USA;

    Carnegie Mellon Univ, Mat Sci & Engn Dept, Pittsburgh, PA 15213 USA;

    Carnegie Mellon Univ, Natl Energy Technol Lab, Pittsburgh, PA 15236 USA;

    North Carolina Univ, Elect Engn Dept, Raleigh, NC 27606 USA;

    Carnegie Mellon Univ, Mat Sci & Engn Dept, Pittsburgh, PA 15213 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);
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  • 正文语种 eng
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