一種鐵磁元件鐵心損耗低頻測量方法
【專利摘要】一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，主要包括如下步驟：第一步：建立高壓側(cè)開路等效電路，在低壓側(cè)施加m個頻率不同的低頻正弦波，計(jì)算各個頻率下的鐵心損耗；第二步：根據(jù)最小二乘原理，計(jì)算折算至工頻下的鐵心損耗PFen；第三步：計(jì)算折算至工頻下的勵磁電流Iexn和勵磁電壓Un；第四步：繪制PFen?Un曲線，插值法計(jì)算鐵磁元件在不同工頻勵磁電壓下的鐵心損耗。該方法采用低頻電源代替工頻電源開展試驗(yàn)可以成倍減低試驗(yàn)電源容量、減小試驗(yàn)設(shè)備體積和重量，使試驗(yàn)更為便捷，成本更低。
【專利說明】
一種鐵磁元件鐵心損耗低頻測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中鐵磁元件鐵心損耗、空載損耗測量方法領(lǐng)域，具體涉及單 相變壓器、互感器、電抗器等鐵磁元件的空載損耗測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器作為電力系統(tǒng)中最重要的輸變電設(shè)備，其性能的好壞直接影響著電力系統(tǒng) 的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器的空載損耗主要由銅損耗和鐵損耗組成，通常銅損耗十分小，可 以忽略，因此基本可以認(rèn)為變壓器空載損耗與鐵損耗相等。變壓器的空載損耗和短路損耗 是反應(yīng)變壓器的重要性能參數(shù)，一方面反應(yīng)變壓器的運(yùn)行效率，另一方面也反應(yīng)了變壓器 磁路的局部缺陷和使用壽命。《GB1094.1-2013電力變壓器第一部分:總則》，要求空載損耗 和短路損耗測量為例行試驗(yàn)，《JB/T 501-2006電力變壓器試驗(yàn)導(dǎo)則》中規(guī)定，進(jìn)行空載試驗(yàn) 時，應(yīng)從試品各繞組中的高壓側(cè)繞組(一般為低壓繞組)供給額定頻率的額定電壓，其余繞 組開路?！禛B 1094.6-2011電力變壓器第6部分：電抗器》也規(guī)定了電抗器須進(jìn)行空載損耗的 測量。但隨著電網(wǎng)電壓等級的提高，變壓器等電力系統(tǒng)中的鐵磁元件的電壓等級和容量也 逐漸增大，進(jìn)行空載試驗(yàn)時所需要的試驗(yàn)設(shè)備容量、體積和重量往往很大，導(dǎo)致空載試驗(yàn)程 序復(fù)雜、操作人員人身安全得不到保障。
[0003] 因此，尋找一種新的能簡化試驗(yàn)過程，減輕試驗(yàn)設(shè)備重量和體積的鐵磁元件空載 損耗測量方法很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有的鐵磁元件鐵心損耗測量方法的不足，本發(fā)明提出了一種采用低頻 電源進(jìn)行鐵磁元件空載試驗(yàn)。由于鐵磁元件的鐵心飽和電壓基本與電源頻率成正比，在低 頻電源的激勵下，能夠大大降低電源電壓，減小試驗(yàn)電源的容量。測量低頻下測量鐵心損 耗，再根據(jù)相關(guān)算法折算至工頻試驗(yàn)條件下，達(dá)到用低頻來法代替工頻試驗(yàn)的目的。試驗(yàn)證 明，這種方法與直接采用工頻試驗(yàn)法具有較好的一致性。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，本發(fā)明特征在于，包括如下步驟：
[0007] 步驟一:建立鐵磁元件高壓側(cè)開路的等效電路，在保證不同頻率下的U/f相等的情 況下，在低壓側(cè)施加 m個頻率的低頻正弦波，記錄電壓電流數(shù)據(jù)，計(jì)算不同頻率下鐵心損耗；
[0008] 步驟二:采用插值法計(jì)算頻率不同、相等E/f時的鐵心損耗，根據(jù)最小二乘法原理 計(jì)算折算至工頻下的鐵心損耗PFen;
[0009] 步驟三:計(jì)算折算至工頻下的勵磁電流Iexn和勵磁電壓Un;
[0010] 步驟四：繪制pF(5n-un曲線，這樣便可以通過插值法計(jì)算任意工頻勵磁電壓下的鐵 心損耗。
[0011] 本發(fā)明所述的步驟一所述的鐵心損耗的計(jì)算等于電源輸出功率減去銅損耗。
[0012] 本發(fā)明所述的步驟二所述的基于最小二乘法的鐵心損耗計(jì)算是基于m個頻率的基 礎(chǔ)下計(jì)算的，使計(jì)算結(jié)果更加精確。
[0013]本發(fā)明所述的步驟二所述的低頻下的鐵心損耗pFe是E/f相等，即不同頻率下的磁 通峰值相等條件下的鐵心損耗。
[0014]本發(fā)明所述的步驟三所述的折算至工頻下的勵磁電流Iem和勵磁電壓仏考慮了渦 流損耗補(bǔ)償，勵磁電壓Un折算還考慮了繞組直阻壓降和漏感壓降。
[0015] 和現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1.通過相應(yīng)的電力電子裝置可以使頻率變化、電壓電流記錄自動完成，并通過相 應(yīng)軟件使整個測量、計(jì)算過程自動完成。
[0017] 2.采用低頻正弦波電源進(jìn)行試驗(yàn)，可以成倍的減小試驗(yàn)電源容量。
【附圖說明】
[0018] 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(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鐵磁兀件尚壓側(cè)開路的等效電路圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鐵磁元件鐵心損耗測量方法優(yōu)選實(shí)施例原理圖； [0021 ]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種鐵磁元件鐵心損耗測量方法示意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的采用本方法測量和工頻實(shí)測的對比。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，為了使本技術(shù)領(lǐng)域的 人員更好的理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明實(shí)施例中 的技術(shù)方案進(jìn)行清晰、完整地描述。
[0024] -種利用低頻電源測量鐵磁元件鐵心損耗的試驗(yàn)方法和分析計(jì)算方法，其特征 是：
[0025] 1、建立鐵磁元件高壓側(cè)開路的等效電路模型，圖1所示。其中Rd。為繞組上的直流電 阻，I-為該側(cè)繞組漏感，R e為渦流損耗等效電阻，帶磁滯回環(huán)的非線性電感Lm為勵磁電感，磁 滯損耗Ph包含在Lm中。:Ux( t )為勵磁電流，im( t )為流過Lm的磁化電流，ie( t )為禍流損耗等效 電流，U(t)為施加在繞組上的勵磁電壓；
[0026] 2、鐵磁元件空載損耗主要是鐵心損耗，鐵心損耗主要由磁滯損耗和渦流損耗組 成：
[0027] P￥e = Pb +n = CJB：V + CA2f2B?mV = WJ+ WJ2 ( 1)
[0028] 式中，Ph和分別為磁滯損耗和渦流損耗;為渦流損耗系數(shù)，大小取決于材料的 電阻率;Ch為磁滯損耗系數(shù)，其大小決定于材料的性質(zhì)，對一般硅鋼片，可取n=l.6~2.3;B m 為鐵心磁通峰值;f為頻率;V為鐵心體積；A為硅鋼片厚度;Wh(W/Hz)和We(W/Hz2)分別為每 個磁化周期產(chǎn)生的單位磁滯和渦流損耗。因此如果保證不同頻率下的心一致，則可以認(rèn)為 We、Wh為常數(shù)，通過兩個不同頻率下的鐵心損耗可求出Wh和We的值，再代入匕=50Hz即可求得 工頻下的鐵心損耗；
[0029] 3、讓繞組高壓側(cè)開路，高壓側(cè)施加電壓，記錄不同頻率下的電壓電流數(shù)據(jù)。鐵損耗 的計(jì)算公式：
[0031]式中，u(t)是施加在繞組兩端的電壓，iex(t)是勵磁電流，Iex是其有效值；
[0032] 4、計(jì)算各個頻率下對應(yīng)的鐵損耗，PFe?為第m個頻率下的鐵損耗，得到：
[0033] (3); Pnm-WJm+WJ：
[0034] 5、將式(3)寫成矩陣形式為：
[0035] FX = P (4)
[0036] 其中： ^ Jt] 「4 - /； /；- 「％] 巧，
[0037] F二人:-/2 ,X= '，P=廣 f,；\ lPT?--
[0038] F為頻率矩陣，X為被求參數(shù)We、Wh組成的向量，P為鐵損耗向量，對于超定方程組 (3)，米用最小二乘法可以求得We和Wh:
[0039] X=(FtF)_1XFtP (5)；
[0040] 6、因此，折算到工頻下的鐵損耗： _1] KK W6)
[0042] 其中，fn為額定頻率，一般為50Hz或者60Hz;
[0043 ] 7、鐵損耗電流可以分為磁滯損耗電流與渦流損耗電流：
[0045] 式中，IFe、Ih、Ie為對應(yīng)電流的有效值，由E = KvfNBmS，知E與頻率f成正比，因此渦流 損耗電流ie與頻率一次方成正比，磁滯損耗電流ih與頻率無關(guān)。而因?yàn)椴煌l率下Bm相等， 所以i m相等，折算到工頻下的勵磁電流：
[0046] iexn(t) = im(t) + ien(t) = iex(t)-ie(t) + ie(t) ? fn/f (8);
[0047] 8、折算到工頻下的勵磁電壓：
[0049] 這樣便可得到折算到工頻的勵磁電壓仏(工頻勵磁電壓有效值)與工頻鐵損耗PFen 的對應(yīng)關(guān)系，采用插值法可以計(jì)算任意電壓下的鐵心損耗。
[0050] 本發(fā)明測量過程如下：
[0051] 參見圖3,為本發(fā)明的測量方法示意圖。
[0052]其中步驟100:根據(jù)鐵磁元件電路結(jié)構(gòu)，建立鐵磁元件高壓側(cè)開路的等效電路，如 圖1所示，其中Rd。為繞組上的直流電阻，I-為該側(cè)繞組漏感，Re為渦流損耗等效電阻，帶磁滯 回環(huán)的非線性電感L m為勵磁電感，磁滯損耗Ph包含在Lm中。iM(t)為勵磁電流，im(t)為流過 Lm的磁化電流，ie(t)為渦流損耗等效電流，u(t)為施加在繞組上的勵磁電壓；
[0053]其中步驟200:本發(fā)明提供的優(yōu)選實(shí)施例的測量過程示意圖如圖2所示，高壓側(cè)開 路，低壓側(cè)施加 m(實(shí)際應(yīng)用中m多2,但m不宜過大，否則試驗(yàn)過程比較復(fù)雜)個頻率的低頻正 弦波(保證不同頻率下的U/f相等），數(shù)據(jù)采集裝置記錄相應(yīng)的電壓電流數(shù)據(jù)，根據(jù)式(2)計(jì) 算各個頻率下的鐵心損耗，得到超定方程組(10);
[0054]其中步驟300:采用最小二乘法，根據(jù)式(4)~（5)計(jì)算每個磁化周期內(nèi)單位磁滯損 耗Wh和渦流損耗We;
[0055] 步驟400 :根據(jù)式(6 )計(jì)算折算至工頻下的鐵心損耗PFen ;
[0056]步驟500 :根據(jù)式(8 )計(jì)算折算至工頻下的勵磁電流有效值Iexn ;
[0057]步驟600:根據(jù)式(9)計(jì)算折算至工頻下的勵磁電壓有效值Un;
[0058]步驟700:繪制PFen-Un關(guān)系曲線，通過插值法可以計(jì)算鐵磁元件在不同工頻電壓下 的鐵心損耗。
[0059]以上所述僅是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā) 明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟一：建立鐵磁元件高壓側(cè)開路的等效電路，在保證不同頻率下的U/f相等的情況 下，在低壓側(cè)施加 m個頻率的低頻正弦波，記錄電壓電流數(shù)據(jù)，計(jì)算不同頻率下鐵心損耗； 步驟二:采用插值法計(jì)算頻率不同、相等E/f時的鐵心損耗，根據(jù)最小二乘法原理計(jì)算 折算至工頻下的鐵心損耗P Fen; 步驟三:計(jì)算折算至工頻下的勵磁電流Iexn和勵磁電壓Un; 步驟四：繪制P F e η - U η曲線，這樣便可以通過插值法計(jì)算任意工頻勵磁電壓下的鐵心損 耗。2. 根據(jù)權(quán)利1要求所述一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，其特征在于，所述的步 驟一所述的鐵心損耗的計(jì)算等于電源輸出功率減去銅損耗。3. 根據(jù)權(quán)利1要求所述一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，其特征在于，所述的步 驟二所述的基于最小二乘法的鐵心損耗計(jì)算是基于m個頻率的基礎(chǔ)下計(jì)算的。4. 根據(jù)權(quán)利1要求所述一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，其特征在于，所述的步 驟二所述的不同頻率下的鐵心損耗是E/f相等，即不同頻率下的磁通峰值相等條件下的 鐵心損耗。5. 根據(jù)權(quán)利1要求所述一種鐵磁元件鐵心損耗的低頻測量方法，其特征在于，所述的步 驟三所述的折算至工頻下的勵磁電流Iem和勵磁電壓U n考慮了渦流損耗補(bǔ)償，勵磁電壓UrJf 算還考慮了繞組直阻壓降和漏感壓降。
【文檔編號】G01R27/26GK105929250SQ201610535098
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】劉鑫, 梁仕斌, 劉濤, 王俊凱, 王磊, 姚陳果, 田慶生
【申請人】云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司, 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司