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专利名称：变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及磁滞曲线的测量，具体地说是变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方 法。
背景技术：
随着我国特高压直流输电技术的不断发展，变压器直流偏磁问题日益突出，并已经成为工程实际中亟待解决的课题。研究直流偏磁对交流变压器的影响对于变压器制造厂家、电カ系统管理和建设部门都是十分必要，这已引起国内外变压器设计和科研人员的重视。变压器直流偏磁现象是指由于某种原因导致变压器铁心中出现了直流磁通，使得变压器铁心呈现正负半周不对称饱和以及由此引起的一系列电磁效应。变压器在直流偏磁工作条件下，直流磁通和交流磁通相叠加形成偏磁时铁心的总磁通，在与直流偏磁方向一致的半个周期，铁心饱和程度大大增加，在与直流偏磁方向相反的半个周期，铁心饱和程度减弱，使得激磁电流呈现正负半周不对称的形状，正半周出现尖峰，且其峰值比无偏置磁场作用时大很多。变压器的这种非正常工作状态导致铁心中磁通密度饱和程度加剧，产生谐波，加剧噪声、过热、振动等问题，严重时可引起变压器的损坏，并可能引起保护的误动作。为了減少直流偏磁对交流变压器的影响，必须对变压器鉄心材料在其实际工作状态下的电磁性能进行测量，以便对变压器鉄心结构进行优化设计。而实现这一目的前提是要准确测量变压器鉄心材料的磁特性数据，其中首先是要获得在完全符合电カ变压器发生直流偏磁的实际情况的更加接近真实值的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线。近年来，在对电カ变压器进行三维有限元分析吋，不论是磁性材料中的电磁场分布，还是损耗分布，其结果的准确度和有效性归根结底还是取决于材料在其实际工作状态下的电磁性能。而电エ材料供应商提供的电磁性能数据，例如取向硅钢片的磁化性能曲线，通常是在标准规定的条件下測量得出的。例如采用传统的爱泼斯坦方圈以及单片测量仪的測量条件，其中包括供电电源、环境温度和试件取样的严格規定，但是在这种标准条件下测量得到的数据，显然不能应用于硅钢片铁心的直流偏磁问题的求解。因为直流偏磁条件下，硅钢片材料的磁化过程是交流激励电流和直流激励电流的共同作用过程，而上述方法中所采用的激励电流都是标准的正弦交流激励，没有考虑直流激励的影响。另外，日本学者高桥则雄等在网山大学的实验室利用开放式单片测量系统，实现对铁磁材料在直流偏磁工作条件下的材料属性进行测量。利用该实验系统对在某ー额定交流工作磁通密度时，不同偏置磁场作用下硅钢片中铁磁材料的直流磁通进行了測量，得到了该材料在直流偏磁条件下的磁滞曲线。该方法的缺点是该系统激励的施加方式采用的是交流激励和直流激励并联加载的方式，与在线运行实际中的电カ变压器发生直流偏磁问题时的串联激励方式不一致，导致测量结果产生误差。如果即便该系统采用和实际エ况相符的串联激励方式，那么由于材料的激励是交流和直流的混合作用，将导致測量结果中交流磁通和直流磁通无法分离，娃钢片材料的直流磁通仍然无法从实验中直接确定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，针对电力变压器常用的晶粒取向硅钢片，采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，模拟直流偏磁工作条件下叠积型鉄心材料中的直流磁通，并由此测量变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线。这样的模拟测量方法，完全符合电カ变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器鉄心材料直流偏磁磁滞回线更加接近真实值。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，步骤如下A.制作变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置主要用接触调压器、变压器鉄心模型、直流电流源、功率分析仪、数字示波器和エ频交流电源按以下连接构成本实施例的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，其中，变压器鉄心模型包括变压器叠片铁心、激磁线圈和测量线圈，所述变压器鉄心模型是为完全按照电カ变压器铁心的制造标准和叠装エ艺设计制作的产品级模型，エ频交流电源两极分别通过导线和两个限流电阻R1及R2连接至接触调压器中的输入端A和输入端B，接触调压器中的输出端a通过导线与开关Kl连接至直流电流源的输入端，直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器鉄心模型的激磁线圈一端相连，变压器鉄心模型的激磁线圈另一端通过导线和开关Kl与接触调压器的输出端b连接，功率分析仪的电压测量端子与变压器铁心模型的激磁线圈相连，数字示波器的測量探头与变压器铁心模型的測量线圈通过开关K2相连，上述的激磁线圈为变压器铁心一次侧线圈，測量线圈为变压器鉄心二次侧线圈；B.用由A制作的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，按以下的步骤获得在27V 486V范围中ー个任意给定的交流工作点和O. IA 2A范围中一个任意给定直流偏磁磁场強度Id。作用时的被测变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线，所述交流工作点是指エ频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即エ频交流电源输出的电压
Ug第一歩，测量在Ug = 27V 486V范围中不同交流工作点和直流电流Ide = OA即无直流偏置磁场作用下的上述变压器鉄心模型激磁线圈的激磁电流I的波形；第二步，測量在Ug = 27V 486V范围中，和第一步中对应的不同交流工作点和直流电流Ide = OA即无直流偏置磁场作用下的上述变压器鉄心模型测量线圈的感应电压e(t)的波形；第三步，对第二步中测量得到的感应电压e(t)数据采用公式(I)计算该变压器铁心模型中的交流磁通Φ凌(4)=公(0)+ 丄 f, e{f)dt( I )设初始积分时刻t = 0，积分时步为O. Ims,完成200个时步的积分后，得到ー个20ms周波内交流磁通Φ的波形，式中N为测量线圈的匝数，e(t)是数字示波器采集的測量线圈两端的感应电压；第四步，在Ide = OA即无直流偏置磁场作用下，对Ug = 27V的交流工作点，对第三步计算得到的ー个20ms周波的交流磁通Φ的大�。�取其中一个时刻的交流磁通最大值，根据第一步中获得的激磁电流I的波形，取和Oni对应时刻的激磁电流I的数值，记为Ib，得到ー组Om-Ib数据，对于其他每ー个不同交流工作点做相同处理，进而可以得到被测变压器铁心材料在Ug = 27V 486V范围内不同交流工作点和在Ide = OA即无直流偏置磁场作用下的Om-Ib曲线；第五步，測量在Ug = 27V 486V范围中所给定的交流工作点和在Ide = O. IA 2A范围中所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器鉄心模型的ー个20ms周波的激磁电流i的波形；第六步，测量在Ug = 27V 486V范围中与第五步中相同的交流工作点和在Ide =O. IA 2A范围中与第五步中相同的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器铁心模型的感应电压器u(t)的波形；
第七步，对第六步中测量得到的感应电压u(t)数据采用公式(II)计算该变压器铁心模型中的交流磁通Φφ(/,)=公(O) + 丄 f, u{f)dt(II)设初始积分时刻t = O,积分时步为O. Ims,完成200个时步的积分后，得到ー个20ms周波内交流磁通Φ的波形，式中N为测量线圈的匝数，u(t)是数字示波器采集的測量线圈两端的感应电压；第八步,在第七步计算得到的ー个20ms周波的交流磁通Φ的波形中和在第五步得到的ー个20ms周波的激磁电流i的波形中，以同一时刻的Φ和i作为ー组Φ-i数据对，用该20ms周波内的时步为O. Ims的所有时刻的Φ-i数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在所给定的交流工作点和所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的Φ-i曲线；第九步，提取第八步得到的Φ-i曲线中的交流磁通最大值Φπ和对应的激磁电流ib，利用第四步得到的Oni-Ib曲线，查找激磁电流数值Ib = ib时对应的O111-Ib曲线上的Om数值，用の111减去Φπ_得到在所给定的交流工作点和在所给定的直流电流的直流偏置磁场強度作用下被测变压器鉄心材料中的直流磁通值ΛΦ ;第十步，将第八步中获得的Φ-i曲线中每个时刻的Φ值都加上第九步中得到的Δ Φ值，激磁电流i值保持不变，即将第八步中获得的Φ-i曲线沿Φ轴向上平移Λ Φ，得到被测变压器铁心材料中的总磁通Os = Φ + Δ Φ ；第十一步，对第十步中获得的总磁通Φ3数据采用公式(III)计算该变压器鉄心模型中的交流磁通密度BΒ=—(III)
ぶ上式中，S为变压器叠片铁心的有效横截面积；第十二步，对第五步中获得的激磁电流i数据采用公式(IV)计算施加于该变压器铁心模型的磁场强度HH = -~(IV)上式中，L是变压器鉄心模型的几何平均磁路长度，N是激磁线圈的匝数，i是激磁电流；第十三步，对第十一步中获得的交流磁通密度B和第十二步中获得的磁场强度H，以上述20ms周波内的同一时刻的B和H作为ー组B-H数据对，用该20ms周波内的时步为O. Ims的所有时刻的B-H数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在Ug = 27V 486V范围内所给定的交流工作点的B-H数据对曲线，即被测变压器鉄心材料在上述所给定的交流エ作点和Id。幸OA即有直流偏置 磁场作用下的直流偏磁磁滞回线。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所述不同交流电压工作点的获得方法是通过在27V 486V范围内以20V步进来调节上述エ频交流电源输出的电压值，使得变压器鉄心模型处于不同的交流工作点。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，在所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中，变压器鉄心模型的变压器叠片铁心截面面积为2. 77X 103mm2，激磁线圈的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，激磁线圈线规为01. 6mm，測量线圈匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，测量线圈线规为00. 56mm，变压器铁心接缝面积为
4.01 X IO3Him2。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，在所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中，变压器鉄心模型采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5_搭接的叠装エ艺制作而成。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，其中第一歩至第四步是制作任意交流工作点和直流偏磁磁场強度作用下的变压器鉄心材料直流偏磁磁滞回线的通用步骤。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所述直流偏置磁场强度为施加在变压器激磁绕组上的直流励磁电流，所述变压器鉄心材料的总磁通为交流激励和直流激励共同作用下变压器铁心中的磁通。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置中所涉及的元器件和材料均是本技术领域的技术人员所熟知的，并可以通过商购获得。上述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所述被测定的变压器铁心材料可以是各种型号的取向硅钢片。本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的突出的实质性特点是利用变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，模拟直流偏磁工作条件下叠积型铁心材料中的直流磁通，完成变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的确定。这样的模拟方法，完全符合电カ变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器鉄心材料直流偏磁磁滞回线接近真实值。与现有技术相比，本发明变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的显著进步是在模拟的直流偏磁条件下，采用本发明的方法所获得的变压器鉄心材料中的直流磁通数据和直流偏磁磁滞回线，比采用单片测量系统和爱泼斯坦方圈测量得到变压器鉄心材料的对应磁性能数据，更接近电カ变压器发生直流偏磁问题时变压器鉄心材料所呈现的磁特性。应用本发明方法測量所得到的变压器鉄心材料磁特性数据对电力变压器的激磁电流进行计算及变压器铁心材料进行三维有限元仿真分析，计算得到的直流偏磁エ况下激磁电流数据和变压器铁心中的磁通分布和损耗分布更加准确，对变压器铁心结构优化设计和避免局部过热�：�具有工程应用价值和指导意义。


下面结合附图和实施例对本发明进ー步说明。图I为本发明变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置构成原理图。图2为本发明变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中的变压器鉄心模型的结构示意图。图3为本发明实施例I在无偏置磁场Id。= OA作用时，变压器铁心材料的Om-Ib曲线。图4为本发明实施例I在给定的交流工作点Ug = 459V和直流偏磁磁场強度Idc=O. IA作用时，激磁线圈的激磁电流波形。图5为本发明实施例I在给定的交流工作点Ug = 459V和直流偏磁磁场強度Idc=O. IA作用吋，测量线圈的感应电压波形。图6为本发明实施例I在给定的交流工作点Ug = 459V和直流偏磁磁场強度Idc=O. IA作用时，变压器铁心材料的Φ-i曲线。图7为本发明实施例I在给定的交流工作点Ug = 459V和直流偏磁磁场強度Idc=O. IA作用时，变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线。图8为本发明实施例2在给定的交流工作点Ug = 27V和直流偏磁磁场強度Id。=IA作用时，变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线。图9为本发明实施例3在给定的交流工作点Ug = 486V和直流偏磁磁场強度Idc=2A作用时，变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线。图中，I.接触调压器，2.变压器鉄心模型，3.直流电流源，4.功率分析仪，5.数字示波器，6.エ频交流电源，7.变压器叠片铁心，8.激磁线圏，9.測量线圈。
具体实施例方式图I所示实施表明，主要用接触调压器I、变压器鉄心模型2、直流电流源3、功率分析仪4、数字示波器5和エ频交流电源6按以下连接构成本实施例的变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，エ频交流电源6两极分别通过导线和两个限流电阻R1及R2连接至接触调压器I中的输入端A和输入端B，接触调压器I中的输出端a通过导线与开关Kl连接至直流电流源3的输入端，直流电流源3的输出端通过导线与功率分析仪4的电流输入端子Il相连，功率分析仪4的电流输出端子12通过导线与变压器鉄心模型2的激磁线圈8 —端相连，变压器鉄心模型2的激磁线圈8另一端通过导线和开关Kl与接触调压器I的输出端b连接，功率分析仪4的电压测量端子Ul与变压器鉄心模型2的激磁线圈8相连，数字示波器5的測量探头U2与变压器鉄心模型2的測量线圈9通过开关K2相连，上述的激磁线圈8为变压器鉄心一次侧线圈，測量线圈9为变压器鉄心二次侧线圏。图2所示实施例表明了本发明变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中的变压器鉄心模型2的总体结构构成，该变压器鉄心模型2包括变压器叠片鉄心7、激磁线圈8和測量线圈9。其中图2a为变压器鉄心模型2的整体尺寸图，该图中表明，变压器鉄心模型2的变压器叠片铁心7的硅钢片外边长为420_，变压器鉄心模型2的变压器叠片铁心7的硅钢片内边长为200_，变压器鉄心模型2的变压器叠片铁心7的硅钢片中心边长为310_，变压器鉄心模型2的变压器叠片铁心7的硅钢片接缝搭接长度为10_，变压器铁心模型2的激磁线圈8和测量线圈9绕制长度为180mm，A-A为变压器铁心模型2纵向剖面，I为变压器鉄心模型2的激磁线圈8和測量线圈9的纵向剖面，激磁线圈8和測量线圈9紧贴变压器叠片铁心7绕制；图2b为变压器鉄心模型2的纵向剖面图，该图中表明，变压器鉄心模型2的变压器叠片铁心7的硅钢片的宽度为110_，变压器铁心模型2的变压器叠片铁心7的硅钢片高度为26_，变压器铁心模型2的激磁线圈8和测量线圈9的厚度为7. 8_，变压器鉄心模型2的激磁线圈8与变压器叠片铁心7的硅钢片的距离为1_ ;图2c为变压器铁心模型2的激磁线圈8和測量线圈9的剖面图，该图中表明，变压器铁心模型2的激磁线圈8和测量线圈9的厚度为7. 8_，变压器铁心模型2的激磁线圈8与变压器叠片铁心7的硅钢片的距离为1_。变压器叠片铁心7采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5mm搭接的叠装エ艺制作而成，为了保证实验測量结果的准确性激磁线圈8和測量线圈9紧贴变压器叠片铁心7绕制，由绝缘件夹紧。实施例I变压器鉄心材料30Q140冷轧取向硅钢片的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所给定的变压器铁心模型的交流工作点为Ug = 459V同时施加变压器铁心模型以给定的直流偏磁磁场强度为し。=O. 1A。A.制作变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置用图I和图2所示实施例构制成本实施例变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，其中变压器鉄心模型2采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5mm搭接的叠装エ艺制作而成，为了保证实验測量结果的准确性激磁线圈8和測量线圈9紧贴变压器叠片铁心7绕制，由绝缘件夹紧。变压器鉄心材料选用武汉钢铁公司生产的30Q140冷轧取向硅钢片，未经退火处理。变压器鉄心模型2的变压器叠片铁心7截面面积为2. 77X 103mm2，激磁线圈8的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100胆，激磁线圈8线规为01. 6mm，測量线圈9匝数为312胆，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，测量线圈9线规为00. 56mm，变压器铁心接缝面积为 4.OlX 103mm2。エ频交流电源6为天津的SWF-31020，用于给变压器铁心模型2施加交流正弦激励。接触调压器I为上海的TSGC2J，用于调节交流激励的大小，即通过在27V 486V范围内以20V步进来调节エ频交流电源6的输出，使得变压器铁心模2型处于不同的交流工作点。直流电流源3为保定的SM33-40A，串联在变压器铁心模型2的激磁线圈8中，用于给变压器铁心模型2提供特定的直流偏置磁场强度，通过调整直流电流的输出改变施加在变压器鉄心模型2上的直流偏置磁场强度。数字示波器5为美国的泰克TPS2024，连接于变压器鉄心模型2的測量线圈9两端，采集变压器铁心模型2的測量线圈9的感应电压波形和数据。功率分析仪4为日本横河的WT3000，其电流采集端子中的电流输出端子12串联于变压器鉄心模型2的激磁线圈8中，用于监测直流电流源3的输出电流，通过调节直流电流源3的输出保证变压器鉄心模型2工作于要求的直流偏磁磁场強度，同时采集变压器铁心模型2的激磁线圈8中的激励电流波形和数据，其电压测量端子Ul还用于监测接触调压器I的输出电压，通过调节接触调压器I的输出保证变压器鉄心模型2工作于要求的交流工作点，エ频交流电源6两极分别通过导线与100欧姆的限流电阻R1和R2连接至接触调压器I中的输入端A、B，接触调压器I中的输出端a通过导线与开关Kl连接至直流电流源3的输入端，直流电流源3的输出端通过导线与功率分析仪4的电流输入端子Il相连，功率分析仪4的电流输出端子12通过导线与变压器鉄心模型2的激磁线圈8相连，变压器鉄心模型2的激磁线圈8通过导线与接触调压器I的输出端b连接，功率分析仪4的电压测量端子Ul与变压器鉄心模型2的激磁线圈8相连，数字示波器5的測量探头U2与变压器铁心模型2的測量线圈9通过开关K2相连，上述的激磁线圈8为变压器鉄心一次侧线圈，测量线圈9为变压器鉄心二次侧线圏。B.用由A制作的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，按 以下的步骤获得在一个给定的交流工作点Ug = 459V和一个给定直流偏磁磁场強度Ide =O. IA作用时的被测变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线，下述的交流工作点是指エ频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即エ频交流电源6输出的电压Ug。第一歩，测量在Ug = 27V 486V范围中不同交流工作点和直流电流Ide = OA即无直流偏置磁场作用下上述变压器鉄心模型2的激磁线圈8的激磁电流I的波形；第二步，測量在Ug = 27V 486V范围中，和第一步中对应的不同交流工作点和直流电流Id。= OA即无直流偏置磁场作用下上述变压器鉄心模型2的測量线圈9的感应电压e (t)的波形；第三步，对第二步中测量得到的感应电压e(t)数据采用公式(I)计算该变压器铁心模型2中的磁通Φ凌(/,)=公(0)+ 丄 f, e{i)dt( I )设初始积分时刻t = 0，积分时步为O. Ims,完成200个时步的积分后，得到ー个20ms周波内磁通Φ的波形，式中N为测量线圈9的匝数，e(t)是数字示波器采集的测量线圈9两ゑ而的感应电压；第四步，在Ide = OA即无直流偏置磁场作用下，对Ug = 27V的交流工作点，对第三步计算得到的ー个20ms周波的交流磁通Φ的大�。�取其中一个时刻的交流磁通最大值
，根据第一步中获得的激磁电流I的波形，取和对应时刻的激磁电流I的数值，记为Ib，得到ー组数据，对于其他每ー个不同交流工作点做相同处理，进而可以得到被测变压器铁心材料在Ug = 27V 486V范围内不同交流工作点和在Ide = OA即无直流偏置磁场作用下的の匸ら曲线；所得曲线如图3所示，图3中横坐标是电流Ib，单位为安培，纵坐标是磁通Om，单位为毫韦伯；第五歩，測量在给定的交流工作点Ug = 459V和给定的直流偏磁磁场強度Ide =O. IA的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器鉄心模型2的激磁电流i的波形。所得激磁电流i的波形如图4所示，图4中横坐标是时间单位为毫秒，纵坐标是激磁电流值单位为安培，该曲线为第八步提供了ー个20ms周波内任意时刻激磁电流i的数据；
第六歩，測量再给定的交流工作点Ug = 459V和给定的直流偏磁磁场強度Ide =O. IA的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器鉄心模型2的感应电压器u (t)的波形。所得感应电压器u(t)的波形如图5所示，图5中横坐标是时间，単位为毫秒，纵坐标是感应电压值，単位为伏特，该曲线为第七步提供了ー个20ms周波内任意时刻感应电压u(t)的数据；第七步，对第六步中测量得到的感应电压u(t)数据采用公式(II)计算该变压器铁心模型2中的交流磁通Φφ(/,)=公(O) + 丄 Γ u{t)dt(II)设初始积分时刻t = 0，积分时步为O. 1ms，完成200个时步的积分后，得到ー个20ms周波内交流磁通Φ的波形，式中N为测量线圈9的匝数，u(t)是数字示波器采集的测量线圈9两ゑ而的感应电压；第八步,在第七步计算得到的ー个20ms周波的交流磁通Φ的波形中和在第五步得到的ー个20ms周波的激磁电流i的波形中，以同一时刻的Φ和i作为ー组Φ-i数据对，用该20ms周波内的时步为O. Ims的所有时刻的Φ-i数据对绘图，便得到被测变压器鉄心材料在所给定的交流工作点Ug = 459V和所给定的直流偏磁磁场強度Ide = O. IA的直流偏置磁场强度作用下的Φ-i曲线。所得在给定的交流工作点Ug = 459V和给定的直流偏磁磁场强度Id。= O. IA的直流偏置磁场强度作用下的Φ-i曲线如图6所示。图6中横坐标是激磁电流，单位为安培，纵坐标是磁通，単位为毫韦伯；第九步，提取第八步得到的Φ-i曲线中的磁通最大值和对应的激磁电流ib，利用第四步得到的O111-Ib曲线，查找激磁电流数值Ib = Ib时对应的Oni-Ib曲线上的数值，用Om减去小 >即得到交流工作点Ug = 459V和给定的直流偏磁磁场強度Ide = O. IA的直流偏置磁场强度作用下被测变压器铁心材料中的直流磁通值Λ Φ = O. 15mffb ；第十步，将第八步中获得的Φ-i曲线中每个时刻的Φ值都加上第九步中得到的Λ Φ值O. 15mWb，得到被测变压器铁心材料中的总磁通Φ3 = Φ+0. 15，且激磁电流i值保持不变，即将第八步中获得的Φ-i曲线沿Φ轴向上平移O. 15mffb ；第十一步，对第十步中获得的总磁通Φ3数据采用公式(III)计算该变压器鉄心模型2中的磁通密度B ;Β=—(III)上式中，S为变压器叠片铁心的有效横截面积。第十二步，对第五步中的激磁电流i数据采用公式(IV)计算施加于该变压器铁心模型2的磁场强度HH =(IV)
/ j上式中，L是变压器鉄心模型2的几何平均磁路长度，N是激磁线圈8的匝数，i是激磁电流。第十三步，对第十一步中获得的交流磁通密度B和第十二步中获得的磁场强度H，以上述20ms周波内的同一时刻的B和H作为ー组B-H数据对，用该20ms周波内的时步为O. Ims的所有时刻的B-H数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在给定的交流工作点Ug=459V和给定的直流偏磁磁场強度Ide = O. IA的直流偏置磁场强度作用下的直流偏磁磁滞回线。所得在给定的交流工作点Ug = 459V和给定的直流偏磁磁场強度Ide = O. IA的直流偏置磁场强度作用下的直流偏磁磁滞回线如图7所示，图7中横坐标是直流偏磁磁场强度，单位为安培/米，纵坐标是磁通密度，単位为特斯拉。实施例2变压器鉄心材料30Q140冷轧取向硅钢片的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所给定变压器铁心模型2的交流工作点 为Ug = 27V同时施加变压器铁心模型2以直流偏磁磁场强度为Idc = 1A。A.制作变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置同实施例I。B.用由A制作的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，按以下的步骤获得在一个给定的交流工作点Ug = 27V和一个给定直流偏磁磁场強度Id。= IA作用时的被测变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线。第一歩到第四步完全按照实施例I进行；第五步到第十三步中，除測量给定的交流工作点为Ug = 27V和给定的直流偏磁磁场強度Id。= IA之外，其他实施方法均同实施例I，最终所得被测变压器铁心材料在交流工作点Ug = 27V和给定的直流偏磁磁场強度Id。=IA的直流偏置磁场强度作用下的直流偏磁磁滞回线如图8所示。图8中横坐标是直流偏磁磁场强度，单位为安培/米，纵坐标是磁通密度，単位为特斯拉。实施例3变压器鉄心材料30Q140冷轧取向硅钢片的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所给定变压器铁心模型2的交流工作点为Ug = 486V同时施加变压器铁心模型2以直流偏磁磁场强度为Idc = 2AoA.制作变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置同实施例I。B.用由A制作的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，按以下的步骤获得在一个给定的交流工作点Ug = 486V和一个给定直流偏磁磁场強度Ide =2A作用时的被测变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线。第一歩到第四步完全按照实施例I进行，第五步到第十三步中，除測量给定的交流工作点为Ug = 486V和给定的直流偏磁磁场強度Ide = 2A之外，其他实施方法均同实施例1，最终所得被测变压器铁心材料在交流工作点Ug = 486V和给定的直流偏磁磁场強度Ide=2A的直流偏置磁场强度作用下的直流偏磁磁滞回线如图9所示，图9中横坐标是直流偏磁磁场強度，单位为安培/米，纵坐标是磁通密度，単位为特斯拉。上述实施例中，所述直流偏置磁场强度为施加在变压器激磁绕组上的直流励磁电流，所述变压器鉄心材料的总磁通为交流激励和直流激励共同作用下变压器铁心中的磁通。上述所有实施例中，所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置中所涉及的元器件和材料均是本技术领域的技术人员所熟知的，并可以通过商购获得。
对于变压器铁心材料30P120冷轧取向硅钢片、30RH140冷轧取向硅钢片及其他型号的取向硅钢片的直流偏磁磁滞回线的获得方法与上述实施例相同。
权利要求
1.变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，其特征在于步骤如下 A.制作变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置 主要用接触调压器、变压器鉄心模型、直流电流源、功率分析仪、数字示波器和エ频交流电源按以下连接构成本实施例的变压器鉄心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，其中，变压器鉄心模型包括变压器叠片铁心、激磁线圈和测量线圈，所述变压器鉄心模型是为完全按照电カ变压器铁心的制造标准和叠装エ艺设计制作的产品级模型，エ频交流电源两极分别通过导线和两个限流电阻R1及R2连接至接触调压器中的输入端A和输入端B，接触调压器中的输出端a通过导线与开关Kl连接至直流电流源的输入端，直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器鉄心模型的激磁线圈一端相连，变压器鉄心模型的激磁线圈另一端通过导线和开关Kl与接触调压器的输出端b连接，功率分析仪的电压测量端子与变压器铁心模型的激磁线圈相连，数字示波器的測量探头与变压器铁心模型的測量线圈通过开关K2相连，上述的激磁线圈为变压器铁心一次侧线圈，測量线圈为变压器鉄心二次侧线圏。
B.用由A制作的变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，按以下的步骤获得在27V 486V范围中ー个任意给定的交流工作点和O. IA 2A范围中ー个任意给定直流偏磁磁场強度Id。作用时的被测变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线，所述交流工作点是指エ频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即エ频交流电源输出的电压Ug 第一歩，测量在Ug = 27V 486V范围中不同交流工作点和直流电流Ide = OA即无直流偏置磁场作用下的上述变压器鉄心模型激磁线圈的激磁电流I的波形； 第二步，測量在Ug = 27V 486V范围中，和第一步中对应的不同交流工作点和直流电流Id。= OA即无直流偏置磁场作用下的上述变压器鉄心模型测量线圈的感应电压e(t)的波形； 第三步，对第二步中测量得到的感应电压e(t)数据采用公式(I)计算该变压器铁心模型中的交流磁通Φ Φ(0 =公(ο)+士 C e(yf)dt(I) 设初始积分时刻t = 0，积分时步为O. 1ms，完成200个时步的积分后，得到ー个20ms周波内交流磁通Φ的波形，式中N为测量线圈的匝数，e(t)是数字示波器采集的測量线圈两端的感应电压； 第四步，在Id。= OA即无直流偏置磁场作用下，对Ug = 27V的交流工作点，对第三步计算得到的ー个20ms周波的交流磁通Φ的大小，取其中一个时刻的交流磁通最大值Φπ，根据第一步中获得的激磁电流I的波形，取和Φπ对应时刻的激磁电流I的数值，记为Ib，得到ー组Om-Ib数据，对于其他每ー个不同交流工作点做相同处理，进而可以得到被测变压器铁心材料在Ug = 27V 486V范围内不同交流工作点和在Ide = OA即无直流偏置磁场作用下的Om-Ib曲线； 第五步，測量在Ug = 27V 486V范围中所给定的交流工作点和在Ide = O. IA 2A范围中所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器鉄心模型的ー个20ms周波的激磁电流i的波形； 第六步，測量在Ug = 27V 486V范围中与第五步中相同的交流工作点和在Ide =O. IA 2A范围中与第五步中相同的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器铁心模型的感应电压器u(t)的波形； 第七步，对第六步中测量得到的感应电压u(t)数据采用公式(II)计算该变压器鉄心模型中的交流磁通Φ设初始积分时刻t = O，积分时步为O. 1ms，完成200个时步的积分后，得到ー个20ms周波内交流磁通Φ的波形，式中N为测量线圈的匝数，u(t)是数字示波器采集的測量线圈两端的感应电压； 第八步，在第七步计算得到的ー个20ms周波的交流磁通Φ的波形中和在第五步得到的ー个20ms周波的激磁电流i的波形中，以同一时刻的Φ和i作为ー组Φ-i数据对,用该20ms周波内的时步为O. Ims的所有时刻的Φ-i数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在所给定的交流工作点和所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的Φ-i曲线； 第九步，提取第八步得到的Φ-i曲线中的交流磁通最大值Φπ和对应的激磁电流ib，利用第四步得到的c^-Ib曲线，查找激磁电流数值Ib = ib时对应的Φ^-Ib曲线上的Oni数值，用の111减去Φπ_得到在所给定的交流工作点和在所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下被测变压器鉄心材料中的直流磁通值ΛΦ ; 第十步，将第八步中获得的Φ-i曲线中每个时刻的Φ值都加上第九步中得到的ΛΦ值，激磁电流i值保持不变，即将第八步中获得的Φ-i曲线沿Φ轴向上平移ΛΦ，得到被测变压器铁心材料中的总磁通Os= Φ + Δ Φ ； 第十一步，对第十步中获得的总磁通Φ3数据采用公式(III)计算该变压器鉄心模型中的交流磁通密度B 上式中，S为变压器叠片铁心的有效横截面积； 第十二步，对第五步中获得的激磁电流i数据采用公式(IV)计算施加于该变压器铁心模型的磁场强度H 上式中，L是变压器鉄心模型的几何平均磁路长度，N是激磁线圈的匝数，i是激磁电流； 第十三步，对第i^一步中获得的交流磁通密度B和第十二步中获得的磁场强度H，以上述20ms周波内的同一时刻的B和H作为ー组B-H数据对，用该20ms周波内的时步为O. Ims的所有时刻的B-H数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在Ug = 27V 486V范围内所给定的交流工作点的B-H数据对曲线，即被测变压器铁心材料在上述所给定的交流工作点和IdeホOA即有直流偏置磁场作用下的直流偏磁磁滞回线。
2.根据权利要求I所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，其特征在于所述不同交流电压工作点的获得方法是通过在27V 486V范围内以20V步进来调节交流电源的输出，使得变压器鉄心模型处于不同的交流工作点。
3.根据权利要求I所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，其特征在干在所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中，变压器铁心模型的变压器叠片铁心截面面积为2. 77X 103mm2，激磁线圈的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，激磁线圈线规为01. 6mm，測量线圈匝数为312胆，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100胆，測量线圈线规为00. 56mm，变压器铁心接缝面积为4. 01 X 103mm2。
4.根据权利要求I所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，其特征在干在所述变压器鉄心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中，变压器铁心模型采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5mm搭接的叠装エ艺制作而成。
全文摘要
本发明变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，涉及磁滞回线的测量，步骤如下先用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、数字示波器、功率分析仪和工频交流电源制作本发明方法的所用装置，再用该装置按十三个步骤操作获得在27V～486V范围中一个任意给定的交流工作点即工频交流电源输出的电压Ug和0.1A～2A范围中一个任意给定直流偏磁磁场强度Idc作用下的被测变压器铁心材料的偏磁磁滞回线。本发明方法采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，模拟直流偏磁工作条件下叠积型铁心材料中的直流磁通，完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线接近真实值。
文档编号G01R33/14GK102621507SQ20121010984
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月14日 优先权日2012年4月14日
发明者刘兰荣, 刘福贵, 张俊杰, 李永建, 汪友华, 程志光, 赵志刚 申请人:河北工业大学