电力机车用高频变压器、牵引变压器、牵引电机等电磁设备的铁心材料通常是由电工钢片、非晶合金、纳米晶体等磁性材料组成。随着铁路接触网工作环境不断复杂化,各类电磁设备铁心材料更加频繁地工作在谐波、高频等非标准磁化条件下,引起铁心损耗增加,振动噪声增大,运行效率降低。由于缺少非标准磁化下电工钢片复杂磁特性的实验数据,目前仍广泛采用交变磁化曲线和损耗数据近似评估产品电磁性能,精度有限。为实现非标准磁化下铁心材料损耗特性与磁致伸缩特性的精细化模拟,本文开展实际工况下电力机车用磁性材料磁特性,包括磁滞特性、损耗特性、磁致伸缩特性等的测试与模拟研究工作,并将研究成果应用于电力机车用中高频变压器产品设计中,为实现电力机车高效能、低噪声、轻量化的设计与运行奠定基础。电力机车的实际工况指服役条件下牵引电机、牵引变压器、辅助变压器等电气设备越来越频繁地工作在谐波、中高频、旋转磁通等非标准磁化这一实际情况。本文研究内容主要包括以下几个方面:第一部分,针对牵引变压器与牵引电机铁心工作在谐波交变、畸变旋转磁化这一实际工况,以电工钢片磁特性测量实验数据为依据,建立了考虑各次谐波权重的非线性损耗模型。引入谐波权重系数修正传统模型将各谐波损耗线性叠加求和的简化处理方法,同时模型中引入磁化角度参数来考虑电工钢片的各向异性损耗特性。提出了考虑旋转磁化轨迹的变系数正交分解旋转损耗模型,将磁滞系数与异常损耗系数表达为旋转磁化轨迹的函数。进一步地,鉴于畸变旋转磁化方式复杂多样,较难通过实验测量各种畸变磁化轨迹的磁特性,因此本文从畸变旋转磁通密度瞬时表达式出发,推导了磁滞损耗、涡流损耗与异常损耗数学表达式,给出了畸变旋转损耗计算模型。通过与实验结果的比较,验证了上述模型的有效性,提高了谐波交变与旋转工况下损耗模型模拟精度,增强了损耗模型的工程实用性。第二部分,考虑到电力机车中频变压器实际运行时励磁形式为几千赫兹的方波,开展了中频铁心材料铁氧体、非晶、纳米晶在方波激励下损耗特性的测试工作,测量结果表明方波激励下铁心损耗明显大于正弦铁心损耗。提出了方波激励下变系数Steinmetz损耗修正公式,将磁通密度变化量d B/dt替换传统Steinmetz损耗公式中磁密幅值B,同时将等效频率的系数与指数参数表达为磁化频率的函数,表征不同频率下损耗的非线性特征。与实验测试结果的比较,验证了修正公式的有效性,提高了高频铁心材料损耗计算精度。第三部分,针对引起中高频变压器噪声的主要原因,测量并对比分析了非晶带材与电工钢片的磁致伸缩特性,测量结果表明非晶合金带材的磁致伸缩量是电工钢片10倍以上,由此引起的振动噪声问题较为严重。根据非晶带材磁致伸缩特性体现的非线性特征,引入变磁致伸缩系数修正线性压磁方程,建立了磁致伸缩预估模型,并根据A计权速度级公式计算了不同频率、不同磁化强度下非晶合金带材的噪声。第四部分,设计并制作电力机车用非晶合金中频变压器铁心模型,搭建铁心损耗与空载振动噪声的实验测试系统,完成了铁心损耗、振动加速度及噪声的实物测试工作。与空载损耗测试结果比较,进一步验证了上述损耗模型计算有效性。基于非晶合金磁致伸缩非线性压磁方程,仿真计算了铁心的空载振动加速度与噪声,与测试结果相比,噪声仿真结果小于实测值,建议采用修正系数对噪声仿真结果进行修正,为中高频变压器产品优化设计提供参考。