一種基于任意波形低頻電源的鐵磁元件鐵芯損耗測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力用鐵磁元件鐵芯損耗測量試驗，特別適用于互感器、電抗器、變壓 器等的鐵芯損耗測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)中重要的一次設(shè)備，GB50150《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交 接試驗標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T596《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》等標(biāo)準(zhǔn)中對變壓器進行空載損耗、負載 損耗測試。然而目前常規(guī)的變壓器等鐵磁元件鐵芯損耗的測試方法，通常是對變壓器進行 開路試驗和短路試驗，對于一個大容量的電力變壓器進行開路、短路試驗往往需要大電流、 高電壓的電源設(shè)備，實驗設(shè)備笨重，體積龐大，不便于攜帶運輸。因此如何便捷、高效完成變 壓器等鐵磁元件的鐵芯損耗測試具有十分重要的意義。因而本發(fā)明提出了一種采用任意波 形低頻電源來測量鐵磁元件鐵芯損耗的方法，可以大大減小試驗電源容量，減小試驗設(shè)備 體積和重量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有的鐵磁元件鐵芯損耗測量方法的不足，本發(fā)明提出一種采用任意波 形低頻電源的鐵磁元件鐵芯損耗的測量方法。該方法采用低頻電源可以大大的降低實驗電 源的容量，減小試驗電源體積和重量，對電源波形沒有要求可以使方波、三角波、正弦波。
[0004] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0005] -種基于任意波形低頻電源的鐵磁元件鐵芯損耗測量方法，其特征在于，測量步 驟為：
[0006] 1)將鐵磁元件的電磁關(guān)系用一個考慮磁滯渦流損耗的T型等效電路來表達，該電 路由激磁電感L"、渦流損耗電阻&、磁滯損耗電阻Rh三者的并聯(lián)再與一、二次繞組直流電阻 Rdd、Rdd和漏感L1(3、L2。串聯(lián)而成，u2(t)是試驗時施加于二次繞組上的端電壓（一次側(cè)開 路），e(t)是二次繞組感應(yīng)電勢，Ut)是渦流損耗的等效電流，ih(t)是磁滯損耗的等效電 流，im(t)是流過RjP^組成的并聯(lián)支路的電流，iJt)是勵磁電流，P是有功功率，Ρτ是鐵 芯損耗；考慮變壓器繞組漏抗，上述參數(shù)滿足式（1)、式（2);
[0007]
CD
[0008] iex(t) =im(t)+ie(t) (2)
[0009] 2)首先測量二次繞組直流電阻Rde2，，然后在二次繞組上施加電壓，測量一次繞組 電壓Ul (t)，二次繞組有功功率P、電壓u2(t)、勵磁電流
[0010] 由于一次側(cè)開路，因此繞組感應(yīng)電勢為：
[0011] e(t) =Ui(t)/η
[0012] 其中，n為一次側(cè)到二次側(cè)的變比。
[0013] 3)鐵芯損耗由磁滯損耗和渦流損耗兩部分組成，磁滯損耗ΡΗ與頻率成正比，渦流 損耗PE與頻率的平方成正比，即式（3)、（4)、（5)成立；
[0014] Ρτ=Ρη+Ρε=α·f+β·f2 (3)
[0015] 4)采用任意波形輸出的電源，對鐵磁元件二次繞組施加不同頻率匕土…匕（低頻 以減小電源容量）的電壓（m2 2即可，但為了參數(shù)估算精度更高，一般取m2 3,m也不宜 過大，過大試驗麻煩），使鐵芯飽和，測量有功功率Pp匕…P"和勵磁電流i(t)，iM2 (t)… i_(t)，按式⑷計算不同頻率下的鐵芯損耗ΡΤ1、ΡΤ2···ΡΤΠ1;
[0016]⑷. i~im. ~m. ~
[0017] 上式中Iexk(k= 1，2···ι?)是勵磁電流iexk(t)的方均根值；
[0018] 5)式（3)在多個頻率下的表達式用矩陣的方式表達鐵芯損耗和頻率的關(guān)系如式 (5)所示；對同一個鐵磁元件，在相同磁密下，α、β是常數(shù)，為了使計算更加精確，采用最 小二乘法按式（7)求α、β的值；
[0019]
[0020] 化簡可得：
[0021] FX=Ρ(6)
[0022]
[0023]由最小二來法求得α、μ
:
[0024] X= (FTF) (7)
[0025] 6)鐵芯的渦流損耗的等效電阻可以按式⑶計算，其中Ερ分別是幾種 頻率下的二次繞組感應(yīng)電勢方均根值；
[0026]
[0027] 7)流過心和L"組成的并聯(lián)支路的總電流i"用式（11)計算；
[0028]
〈9)
[0029] 8)對鐵磁元件退磁，使得鐵芯剩磁通丨。=0 ;通過電源對鐵磁元件二次繞組施加 任意波形的頻率恒定的低頻電壓，使鐵磁元件鐵芯深度飽和；在此過程中，使用高速采樣的 儀器，測量并記錄一次繞組的電壓瞬時值11 1(〇和勵磁電流瞬時值對激磁電感上 電壓e(t)積分，的按式（10)計算鐵芯截面的磁鏈Φ(t)，根據(jù)電源輸出頻率的周期，找到 Φ⑴與ijt)的對應(yīng)關(guān)系，以Φ⑴為縱坐標(biāo)，ijt)為橫坐標(biāo)繪制圖形，即為鐵芯的磁化 回線，根據(jù)輸出電壓的不同，能夠得到磁通頂點不同的一簇磁化回線；
[0030]
(10)
[0031] 所有磁化回線的頂點的連線就是基本磁化曲線，鐵芯深度飽和后測量得到的磁化 回線就是極限磁化回線，極限磁化回線分為上升分支和下降分支；
[0032] 9)根據(jù)上述步驟已測得鐵芯的基本磁化曲線和極限磁化回線，采用本研究組 前期提出的專利《互感器伏安特性試驗及計算》中磁化回線壓縮的方式；假設(shè)在二次繞 組上的感應(yīng)電動勢e(t) =Umcos(c〇t)，（ω= 1〇〇π，Um?漸增大，直到電流飽和）則
,即磁化回線的頂點，它對應(yīng)著磁化回線簇上的一 條回線（根據(jù)極限磁化回線壓縮），這樣便得到工頻感應(yīng)電動勢e(t)對應(yīng)的工頻下的一條 磁化回線根據(jù)磁化回線可以計算磁滯損耗：
[0033]
(11'
[0034] 即磁滯損耗等于磁化回線上Φ-I圍城的面積再乘以頻率f。根據(jù)磁化回線壓縮， 這樣就可以得到任意電壓下的磁滯損耗；
[0035] 10)這樣根據(jù)式（12)便可以求得工頻下的鐵芯損耗，E是二次繞組上工頻下的感 應(yīng)電動勢有效值，Re為渦流損耗等效電阻，纟Φdl為磁化回線圍成的面積。
[0036] (12)。
[0037] 本發(fā)明步驟1)所述鐵磁元件等效電路模型是考慮了磁滯和渦流損耗的T型等效 電路。
[0038] 本發(fā)明步驟4)所述二次繞組感應(yīng)電動勢是通過測量一次繞組電壓經(jīng)變比折算到 二次側(cè)得到。
[0039] 本發(fā)明步驟4)~6)所述鐵磁元件渦流損耗等效電阻是先采用多組低頻電源數(shù) 據(jù)，根據(jù)最小二乘原理計算渦流損耗系數(shù)β，在根據(jù)幾組數(shù)據(jù)求平均值來求渦流等效電阻 Re〇
[0040] 本發(fā)明步驟9)計算磁滯損耗的方式是通過極限磁環(huán)回線壓縮得到相應(yīng)工頻電壓 下的磁化回線，根據(jù)磁化回線面積來計算相應(yīng)電壓下對應(yīng)的磁滯損耗。
[0041] 本發(fā)明和現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點：
[0042] 1.采用低頻電源進行試驗，要使鐵芯飽和，試驗電源容量小，試驗設(shè)備體積小、重 量輕，便于攜帶。
[0043] 2.試驗電源波形不受限制，可以是三角波，方波，正弦波，相對來說，產(chǎn)生低頻方波 比產(chǎn)生低頻正弦波更加容易。
【附圖說明】
[0044] 為了使本發(fā)明的鐵磁元件鐵心損耗測量方法、原理更為清楚，下面將結(jié)合附圖對 本發(fā)明進一步的詳細描述，其中：
[0045] 圖1為鐵磁元件鐵心損耗測量試驗等效電路；
[0046] 圖2為鐵芯磁化回線簇；圖中1-極限磁化回線下降分支，2-極限磁化回線上升分 支，3-極限磁化回線簇。
【具體實施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作出詳細的說明：
[0048] ⑴按照說明書附圖中圖1建立變壓器伏安特性試驗等效電路。該電路由激磁電 感L"、渦流損耗電阻艮、磁滯損耗電阻Rh三者的并聯(lián)阻抗與一、二次繞組直流電阻Rμ、心。2 和漏感Lll3、L2。串聯(lián)而成，u2(t)是試驗時施加于二次繞組上的端電壓（一次側(cè)開路），e(t) 是二次繞組感應(yīng)電勢，Ut)是渦流損耗的等效電流，ih(t)是磁滯損耗的等效電流，ijt) 是流過RjPU組成的并聯(lián)支路的電流，iM(t)是勵磁電流測量二次繞組直流電阻Rd。。
[0049] (2)測量二次繞組直流電阻心。2，根據(jù)銘牌找到一二次側(cè)變比η。
[0050] (3)采用任意波形輸出的電源，對鐵磁元件二次繞組施加不同頻率匕土…圪的電 壓（m3 2即可，但為了參數(shù)估算精度更高，一般取m3 3,m也不宜過大，過大試驗麻煩）， 使鐵芯飽和，測量有功功率P1、P2···Pnl和勵磁電流iMl(