[发明专利]采用任意波形电源测量互感器伏安特性的试验与计算方法

摘要

采用任意波形电源测量互感器伏安特性的试验与计算方法，本发明建立了互感器的一种精确的等效电路，提出采用任意波形电源对互感器进行试验的方法，推导出一组计算公式。本发明的方法适用于对变压器、电抗器、互感器等具有铁芯和线圈结构的电力设备进行伏安特性试验，特别适合对互感器进行试验。应用本发明的等效电路、试验方法和计算公式，可以用简便的方法测量互感器的各种参数，比如：磁滞损耗电阻、基本磁化曲线、铁芯磁化回线簇等。利用上述参数，可以用任意频率下的试验数据推算工频的试验结果，推算结果与工频实测结果具有良好的一致性，具有试验简单便捷、安全的特点。

主权项

1.采用任意波形电源测量互感器伏安特性的试验与计算方法，其特征是：1)将互感器的电磁关系用一个等效电路表达，该电路由主电感L_m、涡流损耗电阻R_e、磁滞损耗电阻R_h三者的并联阻抗与二次绕组直流电阻R_ct串联而成，u(t)是试验时施加于二次绕组上的端电压，e(t)是二次绕组感应电势，i_e(t)是涡流损耗的等效电流，i_h(t)是磁滞损耗的等效电流，i_m(t)是流过R_h和L_m组成的并联支路的电流，i_ex(t)是励磁电流，P是有功功率，P_T是铁芯损耗；忽略绕组漏抗，上述参数满足式(1)、式(2)；u(t)＝i_ex(t)·R_ct+e(t)                    (1)i_ex(t)＝i_m(t)+i_e(t)                       (2)2)首先测量二次绕组直流电阻R_ct，然后在二次绕组上施加电压，测量有功功率P、电压u、励磁电流i_ex；用式(1)计算二次绕组感应电势：e(t)＝u(t)i_ex(t)·R_ct3)铁芯损耗由磁滞损耗和涡流损耗两部分组成，磁滞损耗P_H与频率成正比，涡流损耗P_E与频率的平方成正比，即式(3)、(4)、(5)成立；P_T＝P_H+P_E                 (3)P_H＝α·f                 (4)P_E＝β·f²                (5)4)采用任意波形的电源，对互感器二次绕组施加不同频率f₁、f₂的电压，使铁芯饱和，测量有功功率P₁和P₂、励磁电流i_ex1(t)和i_ex2(t)，按式(6)计算不同频率下的铁芯损耗P_T1、P_T2；PT1=P1-I2ex1RctPT2=P2-I2ex2Rct---(6)]]>上式中I_ex是励磁电流i_ex(t)的方均根值；5)铁损和频率满足式(7)的关系；对同一台互感器，在相同磁密下，α、β是常数，按式(8)求α、β的值；PT1=α·f1+β·f12PT2=α·f2+β·f22---(7)]]>α=PT1·f22-PT2-f12f1·f2(f2-f1)β=PT2·f1-PT1·f2f1·f2(f2-f1)---(8)]]>6)涡流损耗的等效电阻R_e可以按式(9)计算；Re1=E12β·f12Re2=E22β·f22Re=Re1+Re22---(9)]]>7)流过R_h和L_m组成的并联支路的电流i_m用式(10)计算；im(t)=iex(t)-ie(t)=iex(t)-u(t)-iex(t)·RctRe---(10)]]>8)对互感器进行退磁，使得铁芯剩磁通ψ₀＝0；通过电源对互感器二次绕组施加频率恒定的电压，根据被试互感器的状况，电源输出的频率应合适，电源足以使互感器铁芯饱和，输出的波形可以不受限制；缓慢升高电压，最后使铁芯达到深度饱和，在此过程中，使用高速采样的仪器，测量并记录施加的电压瞬时值u(t)和励磁电流瞬时值i_ex(t)；按式(11)计算铁芯截面的磁链ψ(t)，根据电源输出频率的周期，找到ψ(t)与i_m(t)的对应关系，以ψ(t)为纵坐标，i_m(t)为横坐标绘制图形，即为铁芯的磁化回线，根据输出电压的不同，可以得到磁通顶点不同的一簇磁化回线；ψ(t)=∫ot[u(t)-Rct·im(t)]dt---(11)]]>9)所有磁化回线的顶点(也就是ψ(t)为最大值对应的点)的连线就是基本磁化曲线，铁芯深度饱和后测量得到的磁化回线就是极限磁化回线，极限磁化回线分为上升分支和下降分支；10)上述步骤已测得铁芯的基本磁化曲线和极限磁化回线，除了采用本文第(8)条测量磁化回线簇外，为了简化测量过程，可以根据极限磁化回线、基本磁化曲线用反正切函数拟合从铁芯剩磁通ψ₀＝0开始的磁化回线簇，还可以用两条接近水平的直线近似代表铁芯饱和后的磁化曲线；11)权利要求书的(2)～(10)条在非工频(50Hz或60Hz)的条件下测量权利要求书(1)建立的等效电路的各个参数；本条说明了当在二次绕组上施加工频电压U时，励磁电流I_ex的计算过程，假定在二次绕组上施加幅值已知的50Hz交流电压u(t)＝U_mcos(314t)，由于50Hz下绕组直流电阻的影响可以忽略，二次绕组的感应电势e(t)＝U_mcos(314t)，铁芯的磁链用式(12)计算；ψ(t)=-Umsin(314t)314---(12)]]>U_m/314是磁链的最大值，即磁化回线的顶点，它对应着磁化回线簇上的一条回线，该回线上的任意一个点对应一个电流值i_m(t)，由于涡流损耗电阻已根据式(9)得到，励磁电流进行变换后可以用式(13)计算励磁电流，用式(14)、式(15)分别计算励磁电流的方均根值I_ex和峰值I_max，用式(16)计算电压的方均根值u；iex(t)=im(t)·Re+Umcos(314t)Re+Rct---(13)]]>Iex=1T∫0TIex2(t)dt---(14)]]>I_max＝max|i_ex(t)|                                        (15)U=2Um---(16)]]>12)记录励磁电流I_ex(或I_max)和与之对应的电压值U，以U为纵坐标，I_ex(或I_max)为横坐标作出曲线，该记录和曲线就是互感器伏安特性的试验结果。