Beim Designprozess elektromagnetischer Aktoren ist die zuverlässige Bestimmung der zu erwartenden Verluste von großer Bedeutung. Während ohmsche Verluste sehr einfach bestimmt werden können, stellen Eisen-/Hystereseverluste häufig einen Unsicherheitsfaktor dar. Hier sind Herstellerangaben meist nur für einige wenige Arbeitspunkte bei harmonischem Betrieb vorhanden. Für den Einsatz in numerischen Berechnungen bei der Auslegung und Simulation solcher Aktoren ist eine detaillierte Beschreibung der ferromagnetischen Hysterese notwendig. Zu diesem Zweck werden häufig das Jiles-Atherton-Hysteresemodell und dessen Weiterentwicklungen eingesetzt. Aufgrund der Vielzahl an verfügbaren modifizierten Varianten wurde im Rahmen dieses Beitrages zunächst untersucht, welche Modellversionen zueinander kompatibel sind. So wird die Verwendung statischer und dynamischer Hysteresemodelle sowie die jeweilig dazu passende inverse Modellform bei konsistenter Parametrierung ermöglicht. Weiterhin wird die Parameteridentifikation anhand experimentell ermittelter Hysteresekurven für verschiedene Werkstoffe mit Hilfe der Particle-Swarm-Optimization vorgestellt. / The reliable determination of the expected losses is important for the design process of electromagnetic actuators. While resistive losses can be determined very easily, iron/hysteresis losses often represent an uncertainty factor. Manufacturer’s specifications are usually only available for a few operating points with harmonic excitation. A detailed description of the ferromagnetic hysteresis is necessary for the use in numerical calculations in the design and simulation of such actuators. For this purpose, the Jiles-Atherton hysteresis model and its further developments are often used. Due to the large number of available modified variants, at first an examination on which model versions are compatible with each other has been performed. This allows the use of static and dynamic hysteresis models as well as the corresponding inverse model form with consistent parameterization. Furthermore, the parameter identification based on experimentally determined hysteresis curves for different materials is presented using particle swarm optimization.

Current transformer saturation will cause the secondary current distortion. When saturation occurs, the secondary current will not be linearly proportional to the primary current, which may lead to maloperation of protection devices. This thesis researches and tests two detecting methods: Fast Fourier Transform (FFT) and Wavelet Transform based methods. Comparing these two methods, FFT has a better performance in steady state saturation, and Wavelet Transform can determine singularity to provide the moment of distortion. The Jiles-Atherton (J-A) theory of ferromagnetic hysteresis is one approach used in electromagnetics transient modeling. With decades of development, the J-A model has evolved into different versions. The author summarizes the different models and implements J-A model in both MATLAB and Simulink.

Inductors and transformers are electrical devices critical to power conversion systems. The current-voltage (I-V) behavior of these devices is very nonlinear as a result of the magnetic cores used in their construction. However, in the design of these power conversion systems the present state of Spice-based models is limited to low frequency and room temperature effects. An addition to the present model found in many Spice type environments, Jiles-Atherton, is the subject of this work. Chapter 1 of this dissertation introduces the source of these nonlinearities as being a result of the relationship between the magnetic flux density, B, and the applied magnetic field, H. Chapter two then derives the original mathematical model used in the Spice, Jiles-Atherton, to provide a physical basis of the addition to the model. The original derivation as it can be found in the referenced literature shows that a temperature and frequency dependence on the model does not exist. This work will seek to add such a dependence on temperature first followed by frequency. Using this approach, the temperature dependence can be modeled without the core experiencing self-heating. The model therefore must be capable of being further modified after the temperature dependence is added.

Les liquides magnétorhéologiques sont des suspensions de particules magnétiques micrométriques dans des liquides amagnétiques. Lorsqu'un tel liquide est exposé à un champ magnétique, les particules s'agrègent sous la forme de "chaînes" qui augmentent de façon importante la résistance à l'écoulement. Dans ce mémoire de thèse, on présente la conception d'un frein discoïde à liquide magnétorhéologique et sa caractérisation dans deux cas de fonctionnement. Dans le premier, l'axe décrit des triangles de vitesse lentement variables à courant constant, ce dernier étant varié à l'arrêt entre deux triangles. On a pu observer que le couple doit typiquement croître jusqu'à un seuil pour que la rotation s'amorce, puis qu'il "chute" avant de croître de nouveau tandis que la vitesse augmente. On a également remarqué que les seuils de couple mesurés aux premiers triangles après les variations du courant sont différents de ceux mesurés aux triangles suivants, qui se repètent. Une modélisation du frein a été proposée, valable uniquement pour le courant maximum admissible et dans le cas où l'axe a déjà décrit au moins un triangle de vitesse. Cette modélisation, élaborée en utilisant le formalisme Graphe Informationnel Causal (G.I.C.), permet de rendre compte de l'évolution du couple à l'amorçage de la rotation pour le premier triangle de vitesse, mais pas pour les suivants. Dans le second cas de fonctionnement, le frein est alimenté en courant lentement variable à vitesse constante. Différents relevés de l'hystérésis du couple en fonction du courant ont été obtenus. On a pu rendre compte précisément de ces derniers sur la base d'un modèle Eléments Finis 2D du frein et d'un modèle de comportement hystérétique pour l'acier.