本發(fā)明屬于變壓器故障試驗(yàn)?zāi)M技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

變壓器在安裝、運(yùn)輸以及運(yùn)行中，鐵心會(huì)受到各種各樣的機(jī)械力，不合理的機(jī)械壓力會(huì)使鐵心內(nèi)部磁通造成變化，影響變壓器的正常運(yùn)行，鐵心中的高次磁通諧波甚至?xí)?duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。

目前對(duì)壓力對(duì)變壓器鐵心內(nèi)磁通影響的研究，主要局限于對(duì)夾件等對(duì)鐵心夾緊壓力的模擬與分析。但是針對(duì)卷鐵心結(jié)構(gòu)變壓器，由于其鐵心是有硅鋼帶卷繞而成，硅鋼帶的機(jī)械應(yīng)力以及卷繞式的卷繞力等都會(huì)對(duì)卷鐵心的徑向壓力造成變化，不合適的徑向壓力同樣會(huì)造成主磁通的變化以及諧波的增加。但目前的研究方法和試驗(yàn)平臺(tái)不能有效地研究徑向壓力對(duì)損耗變化的影響。

但目前研究壓力與磁通的試驗(yàn)系統(tǒng)和方法大多局限于對(duì)疊鐵心的模擬與試驗(yàn)，據(jù)發(fā)明人所知，目前尚沒有一種卷鐵心試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。目的在于：1)對(duì)卷鐵心所受各個(gè)方向不同大小徑向壓力進(jìn)行有效地模擬；2)基于所提出的試驗(yàn)系統(tǒng)研究卷鐵心所受徑向壓力與鐵心主磁通的關(guān)聯(lián)性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案為：一種測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，用于研究不同方向及大小的徑向壓力對(duì)鐵心主磁通的影響。包括調(diào)壓器1、卷鐵心變壓器2、數(shù)字示波器7以及徑向壓力施加裝置8；

所述卷鐵心變壓器2具有變壓器卷鐵心3；高壓線圈4置于變壓器卷鐵心3的左側(cè)心柱上，與調(diào)壓器1相連接；低壓線圈5置于變壓器卷鐵心3的右側(cè)心柱上，試驗(yàn)時(shí)處于空載狀態(tài)；測(cè)量線圈6置于卷鐵心3的下鐵軛處，與數(shù)字示波器7相連接；徑向壓力施加裝置8固定于卷鐵心試驗(yàn)平臺(tái)的變壓器卷鐵心3內(nèi)，使其四個(gè)支撐件10與變壓器卷鐵心3內(nèi)窗四角相貼合；

所述的徑向壓力施加裝置8具有操作板9、操作板上設(shè)置有四個(gè)滑道15，四根端頭帶齒條的施力桿11置于滑道15，固定在操作板9上的齒輪通過滑道15上的側(cè)孔與施力桿11上的齒條20相嚙合；各施力桿11的頂端設(shè)置有末端為弧形結(jié)構(gòu)的支撐件10，其上置有貼片式壓力傳感器14；操作板9正面置有用于與齒輪16相連的旋轉(zhuǎn)手柄13和讀出壓力傳感器14數(shù)值的壓力顯示屏12；操作板9置有MCU單元17。

本發(fā)明的目的還在于提供采用上述系統(tǒng)的試驗(yàn)方法，具體措施為：

一種測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)方法，采用權(quán)利要求1所述的試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性，包含以下具體步驟：

第一步：將實(shí)驗(yàn)裝置接線連接好；

第二步：調(diào)節(jié)調(diào)壓器1至卷鐵心3高壓側(cè)額定電壓，使變壓器卷鐵心3激勵(lì)磁通處于額定狀態(tài)。

第三步：利用數(shù)字示波器7記錄測(cè)量線圈6的電壓波形，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

第四步：手動(dòng)旋轉(zhuǎn)徑向壓力施加裝置8的左上旋轉(zhuǎn)手柄13，使左上側(cè)施力桿11伸出，同時(shí)于壓力顯示屏12觀察壓力變化，當(dāng)壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)；

第五步：利用數(shù)字示波器7記錄此時(shí)測(cè)量線圈6的電壓波形，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

第六步：重復(fù)第四、五步，完成左側(cè)施力桿11不同徑向壓力下的局部磁通測(cè)量試驗(yàn)；

第七步：利用以上方法，完成單根施力桿不同方向不同壓力的磁通測(cè)量以及多根組合不同方向不同壓力的磁通測(cè)量試驗(yàn)；

第八步：利用法拉第電磁感應(yīng)定律、數(shù)字示波器7上顯示的的電壓波形以及測(cè)量線圈6處鐵心柱的有效截面積計(jì)算出測(cè)量線圈電壓值與鐵心柱中有效磁通的對(duì)應(yīng)關(guān)系；將實(shí)時(shí)電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到主磁通波形，統(tǒng)計(jì)主磁通及局部磁通數(shù)據(jù)并進(jìn)行諧波分析。

所涉及的計(jì)算方法如下：

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將瞬態(tài)電壓數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分計(jì)算，得到測(cè)量線圈包繞鐵心內(nèi)瞬態(tài)交鏈磁通的波形，取其最大值，得到磁通最大值，除以該線圈內(nèi)包含鐵心的有效截面積，得到相應(yīng)位置平均磁通密度的最大值(B_m)。

磁通不能直接測(cè)量，因?yàn)榇磐S時(shí)間在不斷變化。實(shí)際上，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，測(cè)得的是一個(gè)磁通對(duì)時(shí)間的變化率，作為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

在測(cè)量的每一周波(20ms)分為200個(gè)時(shí)步，同一時(shí)刻采集瞬時(shí)的感應(yīng)電壓和激勵(lì)電流，采集的電壓對(duì)時(shí)間積分。例如，在第i個(gè)是時(shí)步對(duì)于的時(shí)刻t_i有

完成200個(gè)時(shí)步的積分后，從200個(gè)積分結(jié)果B_t得到最大值B_m，及感應(yīng)磁通的最大值。進(jìn)而可得通過測(cè)量線圈所在位置的截面S的平均磁通密度為

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過旋轉(zhuǎn)徑向壓力施加裝置的旋轉(zhuǎn)手柄可實(shí)現(xiàn)多方向、多力度的徑向壓力模擬，操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)；

2)基于所述試驗(yàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)方法能夠有效地探究卷鐵心所受徑向壓力與磁通之間的關(guān)系，接近真實(shí)工況，有效性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)及方法所涉及的硬件電路原理圖。

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)及方法所涉及的徑向壓力施加裝置的正視圖。

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)及方法所涉及的徑向壓力施加裝置的后視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)系統(tǒng)包括調(diào)壓器1、卷鐵心變壓器2、數(shù)字示波器7以及徑向壓力施加裝置8。所述的卷鐵心變壓器具體包括變壓器卷鐵心3，高壓線圈4、低壓線圈5以及測(cè)量線圈6；高壓線圈4置于變壓器卷鐵心3的左側(cè)心柱上，與調(diào)壓器1相連接，低壓線圈5置于變壓器卷鐵心3的右側(cè)心柱上，試驗(yàn)時(shí)處于空載狀態(tài)，測(cè)量線圈6置于卷鐵心3的下鐵軛處，與數(shù)字示波器7相連接；徑向壓力施加裝置8固定于卷鐵心試驗(yàn)平臺(tái)的變壓器卷鐵心3內(nèi)，使其四個(gè)支撐件10與變壓器卷鐵心3內(nèi)窗四角相貼合。

如圖2與圖3所示，所述的徑向壓力施加裝置8具體包括操作板9、支撐件10，施力桿11，壓力顯示屏12，旋轉(zhuǎn)手柄13，貼片式壓力傳感器14，滑道15，齒輪16以及MCU單元17，施力桿11被設(shè)置在操作板上的滑道15內(nèi)，齒輪16放置在滑道15旁，施力桿11端部的齒條20通過與滑道15上的側(cè)孔與齒輪16相嚙合，支撐件10被固定在施力桿11的頂端，其末端為弧形結(jié)構(gòu)，與變壓器卷鐵心3內(nèi)窗四角相貼合，貼片式壓力傳感器14置于支撐件10末端；旋轉(zhuǎn)手柄13和壓力顯示屏12置于操作板9外側(cè)，旋轉(zhuǎn)手柄13在操作板9內(nèi)部與齒輪16相連；MCU單元17置于操作板9上，分別與貼片式壓力傳感器14和壓力顯示屏12相連接。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)操作板9外側(cè)的旋轉(zhuǎn)手柄13時(shí)，所對(duì)應(yīng)的施力桿11會(huì)隨著滑道15伸長或者收縮，從而使施力桿11末端的支撐件10對(duì)卷鐵心3內(nèi)窗施加某方向的徑向壓力，置于支撐件10末端的貼片式壓力傳感器14通過操作板9內(nèi)部的MCU單元17將壓力值顯示在壓力顯示屏12上，從而手動(dòng)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)手柄13時(shí)可通過壓力顯示屏12觀察徑向壓力的變化，當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定壓力值時(shí)，即可停止旋轉(zhuǎn)。

一種測(cè)試卷鐵心徑向壓力與磁通關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)，具體步驟如下：

第一步：按照?qǐng)D1將實(shí)驗(yàn)裝置接線連接好。

第二步：調(diào)節(jié)調(diào)壓器1至卷鐵心3高壓側(cè)額定電壓，使變壓器卷鐵心3激勵(lì)磁通處于額定狀態(tài)。

第三步：利用數(shù)字示波器7記錄測(cè)量線圈6的電壓波形，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

第四步：手動(dòng)旋轉(zhuǎn)徑向壓力施加裝置8的左上旋轉(zhuǎn)手柄13，使左上側(cè)施力桿11伸出，同時(shí)于壓力顯示屏12觀察壓力變化，當(dāng)壓力達(dá)到試驗(yàn)值時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)；

第五步：利用數(shù)字示波器7記錄此時(shí)測(cè)量線圈6的電壓波形，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

第六步：重復(fù)第四、五步，完成左側(cè)施力桿11不同徑向壓力下的局部磁通測(cè)量試驗(yàn)；

第七步：利用以上方法，完成單根施力桿不同方向不同壓力的磁通測(cè)量以及多根組合不同方向不同壓力的磁通測(cè)量試驗(yàn)；

第八步：利用法拉第電磁感應(yīng)定律、數(shù)字示波器上顯示的的電壓波形以及測(cè)量線圈處鐵心柱的有效截面積計(jì)算出測(cè)量線圈電壓值與鐵心柱中有效磁通的對(duì)應(yīng)關(guān)系。將實(shí)時(shí)電壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到主磁通波形，統(tǒng)計(jì)主磁通及局部磁通數(shù)據(jù)并進(jìn)行諧波分析。所涉及的計(jì)算方法如下：

根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將瞬態(tài)電壓數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分計(jì)算，得到測(cè)量線圈(6)包繞鐵心內(nèi)瞬態(tài)交鏈磁通的波形，取其最大值，得到磁通最大值，除以該線圈內(nèi)包含鐵心的有效截面積，得到相應(yīng)位置平均磁通密度的最大值(B_m)。

磁通不能直接測(cè)量，因?yàn)榇磐S時(shí)間在不斷變化。實(shí)際上，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，測(cè)得的是一個(gè)磁通對(duì)時(shí)間的變化率，作為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

在測(cè)量的每一周波(20ms)分為200個(gè)時(shí)步，同一時(shí)刻采集瞬時(shí)的感應(yīng)電壓和激勵(lì)電流，采集的電壓對(duì)時(shí)間積分。例如，在第i個(gè)是時(shí)步對(duì)于的時(shí)刻t_i有

完成200個(gè)時(shí)步的積分后，從200個(gè)積分結(jié)果B_t得到最大值B_m，及感應(yīng)磁通的最大值。進(jìn)而可得通過測(cè)量線圈所在位置的截面S的平均磁通密度為