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
【技術領域】
[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】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)中重要的一次設備，GB50150《電氣裝置安裝工程電氣設備交 接試驗標準》、DL/T596《電力設備預防性試驗規(guī)程》等標準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、 高電壓的電源設備，實驗設備笨重，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，減小試驗設備 體積和重量。

【發(fā)明內容】

[0003] 針對上述現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（一次側開 路），e(t)是二次繞組感應電勢，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] 由于一次側開路，因此繞組感應電勢為：
[0011] e(t) =Ui(t)/η
[0012] 其中，n為一次側到二次側的變比。
[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，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)，根據電源輸出頻率的周期，找到 Φ⑴與ijt)的對應關系，以Φ⑴為縱坐標，ijt)為橫坐標繪制圖形，即為鐵芯的磁化 回線，根據輸出電壓的不同，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；假設在二次繞 組上的感應電動勢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，它對應著磁化回線簇上的一 條回線（根據極限磁化回線壓縮），這樣便得到工頻感應電動勢e(t)對應的工頻下的一條 磁化回線根據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)所述二次繞組感應電動勢是通過測量一次繞組電壓經變比折算到 二次側得到。
[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 據，根據最小二乘原理計算渦流損耗系數β，在根據幾組數據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)回線壓縮得到相應工頻電壓 下的磁化回線，根據磁化回線面積來計算相應電壓下對應的磁滯損耗。
[0041] 本發(fā)明和現有的技術相比較，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，產生低頻方波 比產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（一次側開路），e(t) 是二次繞組感應電勢，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，根據銘牌找到一二次側變比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(