磁场抗扰度试验的非标准方形线圈及校准方法和校准系统的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种磁场抗扰度试验的非标准方形线圈，能够满足高压电器实现“浸入法”的校准要求和操作要求，同时还提供对其进行校准的校准方法和校准系统。其校准系统包括磁场产生回路，以及电流监测回路和/或磁场检测回路；其校准方法包括对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤；对非标准方形线圈的磁场均匀域的校准步骤；对非标准方形线圈的最大馈入电流的校准步骤；其非标准方形线圈，采用3匝边长为3米的铜芯线缆，由所述的校准方法校准合格。通过不同回路的设置和组合得到的校准系统，利用校准方法实现了对非标准方形线圈关键参数的校准和评价，尤其是能够客观的反应非标准方形线圈线圈因数和磁场均匀域，填补了行业的空白。
【专利说明】磁场抗扰度试验的非标准方形线圈及校准方法和校准系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电磁兼容试验【技术领域】，特别涉及对高压电器进行试验时，磁场抗扰度试验的非标准方形线圈及校准方法和校准系统。
【背景技术】
[0002]磁场抗扰度试验是高压电器(尤其是智能高压设备)电磁兼容试验项目的主要内容之一，而电磁兼容试验已纳入国家强制性认证范畴。磁场发生器(包括工频磁场发生器、脉冲磁场发生器和阻尼振荡磁场发生器)是实施磁场抗扰度试验的主要标准器，目前国内外该标准器配置的线圈都是边长为一米的方形线圈，称为标准线圈。标准线圈内有效试验区域为长X宽X高< 0.6米X0.6米X0.5米，但是包括高压开关设备及电子式互感器等在内的高压电器外形尺寸一般为长X宽X高=1.8米X1.8米X2.0米，因此标准线圈无法按“浸入法”对高压电器进行磁场抗扰度试验，而“浸入法”是国际和国家标准唯一认可的型式试验方法。
[0003]这就需要设计制造适合高压电器的非标准的大型方形线圈，并对线圈进行校准，再设计或选用匹配的电流发生器，组合得到满足高压电器特殊需要的磁场抗扰度系统。但是现有技术中，没有对非标准方形线圈的校准方法，尤其是对除最大馈入电流以外的线圈因数和磁场均匀域两个重要参数的校准方法和校准系统，无法保证非线圈的校准的准确性，也使得后续试验准确性大大降低，甚至无法进行，因此现有技术中都不采用非标准方形线圈按“浸入法”对高压电器进行磁场抗扰度试验。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种磁场抗扰度试验的非标准方形线圈，能够满足高压电器实现“浸入法”的校准要求和操作要求，同时还提供对其进行校准的校准方法和校准系统。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现:
[0006]本发明提供的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准系统，包括磁场产生回路，以及电流监测回路和/或磁场检测回路；所述的磁场产生回路包括电流发生器，以及用于串接电流发生器与非标准方形线圈的连接线；所述的电流监测回路包括设置在电流发生器输出侧输出端连接线上的电流探头，以及输入端与电流探头输出端连接的示波器；所述的磁场检测回路包括设置在非标准方形线圈形成的磁场区域内的磁场探头，以及输入端与磁场探头输出端连接的磁场接收装置。
[0007]优选的，还包括计算机以及设置在计算机内的自动校准装置；计算机分别通过程控总线与包括电流发生器以及示波器和/或磁场接收装置的校准器件连接。
[0008]进一步，所述的自动校准装置包括用于设定程序和校准参数的输入装置，用于选择校准流程的程序选配装置，用于控制校准器件的程序控制装置，用于读取校准器件原始数据的数据读取装置，用于根据程序设定将原始数据进行运算并与校准参数进行符合性对比的数据处理装置，用于将原始数据和对比结果进行输出的校准输出装置。
[0009]本发明提供的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，基于以上技术方案中任意一种方案所述的校准系统，包括如下步骤，
[0010]对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤；选择包括磁场产生回路以及电流监测回路和磁场检测回路的校准系统，由磁场产生回路向非标准方形线圈馈入电流并产生磁场，由电流监测回路中的示波器7得到非标准方形线圈上的电流I，由磁场检测回路中的磁场接收装置9得到非标准方形线圈内的磁场强度H，根据公式CF=H/I得到非标准方形线圈的线圈因数CF;
[0011]对非标准方形线圈的磁场均匀域的校准步骤；
[0012]对非标准方形线圈的最大馈入电流的校准步骤。
[0013]优选的，对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤，由磁场产生回路中的电流发生器输入工频电流，在多个磁场强度等级下分别进行校准，每个磁场强度等级下取多个校准值，取平均值得到线圈因数的校准值。
[0014]进一步,磁场强度等级包括10A/m、30A/m、100A/m、300A/m和1000A/m五个等级,每个磁场强度等级下校准至少10个校准值。
[0015]进一步，对非标准方形线圈的磁场均匀域的校准步骤包括，在非标准方形线圈分别馈入不同磁场强度等级下的电流，以非标准方形线圈平面几何中心为参考点，确定非标准方形线圈内磁场强度不超过±3dB的磁场区域，选取磁场区域内的校准点，每个校准点多次校准后取平均值做为该点的磁场强度，通过校准点磁场强度之间对比得到磁场均匀域的校准值。
[0016]再进一步，校准点包括非标准方形线圈平面几何中心点，以及至少12个非标准方形线圈磁场均匀域内的校准点，每个校准点校准至少10个值。
[0017]优选的，对非标准方形线圈的最大馈入电流的校准步骤包括，校准产生1000A/m工频磁场时的工频电流有效值，和/或校准产生1000A/m脉冲磁场时的脉冲电流值。
[0018]本发明提供的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈，采用铜芯线缆，边长为3米，匝数为3匝，由以上任意一种技术方案所述的校准方法校准合格。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0020]本发明校准系统通过不同回路的设置和组合实现了对非标准方形线圈关键参数的校准和评价，尤其是能够客观的反应非标准方形线圈线圈因数和磁场均匀域，填补了行业的空白，为非标准方形线圈的校准提供了检测基础。
[0021]进一步的，通过计算机内分别与校准器件连接的自动校准装置，实现对程序的输入、选择和控制，以及对数据的采集、处理和输出的自动完成，避免了因手工计算并反复调节校准器件引入的随机误差，提高了工作效率，简化了试验过程和操作，保证了校准质量。
[0022]本发明校准方法，通过分别对线圈因数、磁场均匀域和最大馈入电流的校准，从而能够全面客观的评价非标准方形线圈是否能够用于高压电器磁场的抗扰度试验，避免了仅通过最大馈入电流进行校准后带来的偏差。
[0023]进一步的，通过在不同磁场强度等级下进行多次校准后取平均值的校准步骤，能够减少试验误差对结果的影响，更加精确的得到线圈因数的校准值；并利用具体范围的划分，保证了试验全面的覆盖范围，以及合理的数据运算量，确保精度的同时，保证了试验效率。
[0024]进一步的，根据试验标准的要求确定了磁场均匀域的校准步骤，以±3dB的磁场区域为限，分别通过多点校准取平均的步骤，实现对磁场均匀域的准确校准。并且利用具体范围的划分和校准点的选择，使得通过有限校准点的校准能够反映整体磁场均匀域的校准情况。
[0025]进一步的，按试验标准要求需校准产生1000A/m磁场时的工频电流有效值，1000A/m脉冲磁场时的脉冲电流值，只要满足前者也就满足了后者，因此可只对前者进行校准，试验的灵活性和适应性大。
[0026]本发明非标准方形线圈，与其配合的电流发生器的输出能力要求低，线圈重量轻，载流稳定，成本低廉，加工制作简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明实施例中校准系统校准最大馈入电流的结构连接图。
[0028]图2为本发明实施例中校准系统校准线圈因数校准的结构连接图。
[0029]图3为本发明实施例中校准系统校准磁场均匀域校准的结构连接图；其中a为校准线路图，b为校准点分布图。
[0030]图4为本发明实施例中校准系统自动校准最大馈入电流的结构连接图。
[0031]图5为本发明实施例中校准系统自动校准线圈因数和/或磁场均匀域的结构连接图。
[0032]图6为本发明实施例中非标准方形线圈的结构示意图。
[0033]图中:1为计算机，2为非标准方形线圈，3为自动校准装置，4为电流发生器，5为电流探头，6为连接线,7为示波器,8为磁场探头,9为磁场接收装置，10为边界点，11为中心点，12为程控总线。
【具体实施方式】
[0034]下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0035]本发明磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准系统，包括磁场产生回路，以及电流监测回路和/或磁场检测回路；所述的磁场产生回路包括电流发生器4，以及用于串接电流发生器4与非标准方形线圈2的连接线6 ;所述的电流监测回路包括设置在电流发生器4输出侧输出端连接线6上的电流探头5，以及输入端与电流探头5输出端连接的示波器7 ;所述的磁场检测回路包括设置在非标准方形线圈2形成的磁场区域内的磁场探头8，以及输入端与磁场探头8输出端连接的磁场接收装置9。其中，连接线优选的采用不超过3米的双绞线或同轴电缆。
[0036]本优选实施例中，为了实现自动校准，还包括计算机I以及设置在计算机I内的自动校准装置3 ;计算机I分别通过程控总线12与包括电流发生器4以及示波器7和/或磁场接收装置9的校准器件连接。其中，自动校准装置3包括用于设定校准流程程序和校准参数的输入装置，用于选择校准流程的程序选配装置，用于控制校准器件的程序控制装置，用于读取校准器件原始数据的数据读取装置，用于根据校准流程程序设定将原始数据进行运算并与校准参数进行符合性对比的数据处理装置，用于将原始数据和对比结果进行输出的校准输出装置。
[0037]其中通过输入装置，能够设置校准所需要的各种参数，包括工频电流发生器参数、示波器参数、校准元件参数(如电流探头、磁场探头等)、校准所依据的标准等。
[0038]通过程序控制装置，能够实现对校准器件的程序控制，而且能兼容国内外主流同类仪器，包括控制总线库(兼容的总线有RS-232、GPIB、USB及LAN等)、示波器驱动库(兼容Agilent、Tektronics和Lecroy等多种类型的示波器)、工频电流发生器驱动库(兼容瑞士TESEQ TEST、上海凌世、杭州远方等产品)、仪器互换控制(采用IV1-COM软件技术实现上述仪器的互换)；以及对程控仪器的控制。
[0039]通过程序选配装置，实现对校准过程相关活动的选择和配置，包括校准线路配置(选择采用图4或图5所示的校准线路，并配置有关参数)、校准流程配置(如需要校准的电流等级或磁场等级及校准顺序)和校准过程的配置(启动校准过程，完成校准活动)。
[0040]通过数据读取装置、数据处理装置和校准输出装置，实现对校准过程中所获得的数据按照校准流程程序进行处理，对提取到的磁场探头和示波器数据，按照有关标准进行符合性比较，最后形成满足特定格式要求的原始记录或报表进行输出。
[0041]本发明磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，基于以上优选实例所述的校准系统进行说明，包括如下步骤，
[0042]对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤；选择包括磁场产生回路以及电流监测回路和磁场检测回路的校准系统，由磁场产生回路向非标准方形线圈馈入电流并产生磁场，由电流监测回路中的示波器7得到非标准方形线圈上的电流I，由磁场检测回路中的磁场接收装置9得到非标准方形线圈内的磁场强度H，根据公式CF=H/I得到非标准方形线圈的线圈因数CF ;其中，线圈因数单位m1，磁场强度单位A/m，电流强度单位A。对非标准方形线圈的磁场均匀域的校准步骤。对非标准方形线圈的最大馈入电流的校准步骤。
[0043]其中，对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤，由磁场产生回路中的电流发生器4输入工频电流，在多个磁场强度等级下分别进行校准，每个磁场强度等级下取多个校准值，取平均值得到线圈因数的校准值。磁场强度等级包括10A/m、30A/m、100A/m、300A/m和1000A/m五个等级，每个磁场强度等级下校准至少10个校准值。
[0044]对非标准方形线圈的磁场均匀域的校准步骤包括，在非标准方形线圈分别馈入不同磁场强度等级下的电流，以非标准方形线圈平面几何中心为参考点，确定非标准方形线圈内磁场强度不超过±3dB的磁场区域，选取磁场区域内的校准点，每个校准点多次校准后取平均值做为该点的磁场强度，通过校准点磁场强度之间对比得到磁场均匀域的校准值。如图校准点包括非标准方形线圈平面几何中心点，以及至少12个非标准方形线圈磁场均匀域内的校准点，每个校准点校准至少10个值。
[0045]对非标准方形线圈的最大馈入电流的校准步骤包括，校准产生1000A/m工频磁场时的工频电流有效值，和/或校准产生1000A/m脉冲磁场时的脉冲电流值。
[0046]具体的，如图1所示，对最大馈入电流校准，配置磁场产生回路和电流监测回路，设置电流发生器4的电流等级，从示波器7中读取监测到的电压参数，乘以电流探头5的变t匕，得到实际的非标准方形线圈2中的最大馈入电流。
[0047]如图2所示，对线圈因数校准，配置磁场产生回路和电流监测回路和磁场检测回路，通过磁场接收装置9得出磁场强度值H，通过示波器7读出电流I，根据公式CF=H/I得到非标准方形线圈的线圈因数CF。由磁场产生回路中的电流发生器4输入工频电流，在的多个磁场强度等级下分别进行校准，在包括10A/m、30A/m、100A/m、300A/m和1000A/m五个磁场强度等级下10个校准值，取平均值得到线圈因数的校准值。
[0048]如图3a所示，对磁场均匀域校准，配置磁场产生回路和磁场检测回路，电流监测回路可根据需要选择性配置，通过磁场接收装置9得到各个校准点的磁场强度值；如图3b所示，磁场探头8布置时，除作为参考点的中心点11外，还需要检测磁场均匀域内的12个校准点，本优选实施例以A-L共12位于磁场均匀域的边界点为例进行校准，图中所示为非标准方形线圈内一个立方体的顶点和位于线圈平面内的边线中点，每个校准点重复检测10次，并以平均值作为该点的磁场强度，做均匀性判断。
[0049]本发明磁场抗扰度试验的非标准方形线圈，采用铜芯线缆，边长为3米，匝数为3匝，由以上所述的校准方法校准合格。
[0050]其中，按照高压电器磁场抗扰度试品的最大外形尺寸长X宽X高=1.8米X1.8米X 2.0米，再根据线圈内磁场的分布特点，在满足3dB原则的条件下，非标准方形线圈边长为3米，对于3米边长的单匝方形线圈，按照磁场分布理论计算得出，其CF约为0.3，如产生标准规定的1000A/m工频磁场或1000A/m脉冲磁场,则需要约3400Arms的工频电流或3400A的脉冲电流，这对电流发生器4的输出能力要求很高，而且也不利于控制电流发生器4的成本，因此采用多匝线圈来降低发生器的输出电力，为平衡线圈重量和发生器输出电流要求，设计为三匝。根据载流与重量的限定下取最优值，计算得出，选择70_2的铜芯线缆。
【权利要求】
1.磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准系统，其特征在于，包括磁场产生回路，以及电流监测回路和/或磁场检测回路；所述的磁场产生回路包括电流发生器(4)，以及用于串接电流发生器(4)与非标准方形线圈(2)的连接线(6);所述的电流监测回路包括设置在电流发生器(4)输出侧输出端连接线(6)上的电流探头(5)，以及输入端与电流探头(5)输出端连接的示波器(7);所述的磁场检测回路包括设置在非标准方形线圈(2)形成的磁场区域内的磁场探头(8)，以及输入端与磁场探头(8)输出端连接的磁场接收装置(9)。
2.根据权利要求1所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准系统，其特征在于，还包括计算机(I)以及设置在计算机(I)内的自动校准装置(3);计算机(I)分别通过程控总线(12)与包括电流发生器(4)以及示波器(7)和/或磁场接收装置(9)的校准器件连接。
3.根据权利要求2所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准系统，其特征在于，所述的自动校准装置(3 )包括用于设定程序和校准参数的输入装置，用于选择校准流程的程序选配装置，用于控制校准器件的程序控制装置，用于读取校准器件原始数据的数据读取装置，用于根据程序设定将原始数据进行运算并与校准参数进行符合性对比的数据处理装置，用于将原始数据和对比结果进行输出的校准输出装置。
4.磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，其特征在于，基于权利要求1-3中任意一项所述的校准系统，包括如下步骤， 对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤；选择包括磁场产生回路以及电流监测回路和磁场检测回路的校准系统，由磁场产生回路向非标准方形线圈馈入电流并产生磁场，由电流监测回路中的示波器(7)得到非标准方形线圈上的电流I，由磁场检测回路中的磁场接收装置(9)得到非标准方形线圈内的磁场强度H，根据公式CF=H/I得到非标准方形线圈的线圈因数CF; 对非标准方形线圈的磁场均匀域的 校准步骤； 对非标准方形线圈的最大馈入电流的校准步骤。
5.根据权利要求4所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，其特征在于，所述的对非标准方形线圈的线圈因数的校准步骤，由磁场产生回路中的电流发生器(4)输入工频电流，在多个磁场强度等级下分别进行校准，每个磁场强度等级下取多个校准值，取平均值得到线圈因数的校准值。
6.根据权利要求5所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，其特征在于，所述的磁场强度等级包括10A/m、30A/m、100A/m、300A/m和1000A/m五个等级,每个磁场强度等级下校准至少10个校准值。
7.根据权利要求5或6所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，其特征在于，所述的对非标准方形线圈(2)的磁场均匀域的校准步骤包括，在非标准方形线圈(2)分别馈入不同磁场强度等级下的电流，以非标准方形线圈(2)平面几何中心为参考点，确定非标准方形线圈(2)内磁场强度不超过±3d的磁场区域，选取磁场区域内的校准点，每个校准点多次校准后取平均值做为该点的磁场强度，通过校准点磁场强度之间对比得到磁场均匀域的校准值。
8.根据权利要求7所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，其特征在于，所述的校准点包括非标准方形线圈(2)平面几何中心点(11)，以及至少12个非标准方形线圈磁场均匀域内的校准点，每个校准点校准至少10个值。
9.根据权利要求4所述的磁场抗扰度试验的非标准方形线圈的校准方法，其特征在于，所述的对非标准方形线圈(2)的最大馈入电流的校准步骤包括，校准产生1000A/m工频磁场时的工频电流有效值，和/或校准产生1000A/m脉冲磁场时的脉冲电流值。
10.磁场抗扰度试验的非标准方形线圈，其特征在于，采用铜芯线缆，边长为3米，匝数为3匝，由权利要求4-9中任意 一项所述的校准方法校准合格。
【文档编号】G01R31/00GK103630862SQ201310590736
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】刘易勇, 冯建强, 吴玲, 姜楠 申请人:中国西电电气股份有限公司, 西安高压电器研究院有限责任公司