一种基于任意波形低频电源的铁磁元件铁芯损耗测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力用铁磁元件铁芯损耗测量试验，特别适用于互感器、电抗器、变压 器等的铁芯损耗测量。
【背景技术】
[0002] 变压器是电力系统中重要的一次设备，GB50150《电气装置安装工程电气设备交 接试验标准》、DL/T596《电力设备预防性试验规程》等标准中对变压器进行空载损耗、负载 损耗测试。然而目前常规的变压器等铁磁元件铁芯损耗的测试方法，通常是对变压器进行 开路试验和短路试验，对于一个大容量的电力变压器进行开路、短路试验往往需要大电流、 高电压的电源设备，实验设备笨重，体积庞大，不便于携带运输。因此如何便捷、高效完成变 压器等铁磁元件的铁芯损耗测试具有十分重要的意义。因而本发明提出了一种采用任意波 形低频电源来测量铁磁元件铁芯损耗的方法，可以大大减小试验电源容量，减小试验设备 体积和重量。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有的铁磁元件铁芯损耗测量方法的不足，本发明提出一种采用任意波 形低频电源的铁磁元件铁芯损耗的测量方法。该方法采用低频电源可以大大的降低实验电 源的容量，减小试验电源体积和重量，对电源波形没有要求可以使方波、三角波、正弦波。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种基于任意波形低频电源的铁磁元件铁芯损耗测量方法，其特征在于，测量步 骤为：
[0006] 1)将铁磁元件的电磁关系用一个考虑磁滞涡流损耗的T型等效电路来表达，该电 路由激磁电感L"、涡流损耗电阻&、磁滞损耗电阻Rh三者的并联再与一、二次绕组直流电阻 Rdd、Rdd和漏感L1(3、L2。串联而成，u2(t)是试验时施加于二次绕组上的端电压（一次侧开 路），e(t)是二次绕组感应电势，Ut)是涡流损耗的等效电流，ih(t)是磁滞损耗的等效电 流，im(t)是流过RjP^组成的并联支路的电流，iJt)是励磁电流，P是有功功率，Ρτ是铁 芯损耗；考虑变压器绕组漏抗，上述参数满足式（1)、式（2);
[0007]
CD
[0008] iex(t) =im(t)+ie(t) (2)
[0009] 2)首先测量二次绕组直流电阻Rde2，，然后在二次绕组上施加电压，测量一次绕组 电压Ul (t)，二次绕组有功功率P、电压u2(t)、励磁电流
[0010] 由于一次侧开路，因此绕组感应电势为：
[0011] e(t) =Ui(t)/η
[0012] 其中，n为一次侧到二次侧的变比。
[0013] 3)铁芯损耗由磁滞损耗和涡流损耗两部分组成，磁滞损耗ΡΗ与频率成正比，涡流 损耗PE与频率的平方成正比，即式（3)、（4)、（5)成立；
[0014] Ρτ=Ρη+Ρε=α·f+β·f2 (3)
[0015] 4)采用任意波形输出的电源，对铁磁元件二次绕组施加不同频率匕土…匕（低频 以减小电源容量）的电压（m2 2即可，但为了参数估算精度更高，一般取m2 3,m也不宜 过大，过大试验麻烦），使铁芯饱和，测量有功功率Pp匕…P"和励磁电流i(t)，iM2 (t)… i_(t)，按式⑷计算不同频率下的铁芯损耗ΡΤ1、ΡΤ2···ΡΤΠ1;
[0016]⑷. i~im. ~m. ~
[0017] 上式中Iexk(k= 1，2···ι?)是励磁电流iexk(t)的方均根值；
[0018] 5)式（3)在多个频率下的表达式用矩阵的方式表达铁芯损耗和频率的关系如式 (5)所示；对同一个铁磁元件，在相同磁密下，α、β是常数，为了使计算更加精确，采用最 小二乘法按式（7)求α、β的值；
[0019]
[0020] 化简可得：
[0021] FX=Ρ(6)
[0022]
[0023]由最小二來法求得α、μ
:
[0024] X= (FTF) (7)
[0025] 6)铁芯的涡流损耗的等效电阻可以按式⑶计算，其中Ερ分别是几种 频率下的二次绕组感应电势方均根值；
[0026]
[0027] 7)流过心和L"组成的并联支路的总电流i"用式（11)计算；
[0028]
〈9)
[0029] 8)对铁磁元件退磁，使得铁芯剩磁通丨。=0 ;通过电源对铁磁元件二次绕组施加 任意波形的频率恒定的低频电压，使铁磁元件铁芯深度饱和；在此过程中，使用高速采样的 仪器，测量并记录一次绕组的电压瞬时值11 1(〇和励磁电流瞬时值对激磁电感上 电压e(t)积分，的按式（10)计算铁芯截面的磁链Φ(t)，根据电源输出频率的周期，找到 Φ⑴与ijt)的对应关系，以Φ⑴为纵坐标，ijt)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，能够得到磁通顶点不同的一簇磁化回线；
[0030]
(10)
[0031] 所有磁化回线的顶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；
[0032] 9)根据上述步骤已测得铁芯的基本磁化曲线和极限磁化回线，采用本研究组 前期提出的专利《互感器伏安特性试验及计算》中磁化回线压缩的方式；假设在二次绕 组上的感应电动势e(t) =Umcos(c〇t)，（ω= 1〇〇π，Um?渐增大，直到电流饱和）则
,即磁化回线的顶点，它对应着磁化回线簇上的一 条回线（根据极限磁化回线压缩），这样便得到工频感应电动势e(t)对应的工频下的一条 磁化回线根据磁化回线可以计算磁滞损耗：
[0033]
(11'
[0034] 即磁滞损耗等于磁化回线上Φ-I围城的面积再乘以频率f。根据磁化回线压缩， 这样就可以得到任意电压下的磁滞损耗；
[0035] 10)这样根据式（12)便可以求得工频下的铁芯损耗，E是二次绕组上工频下的感 应电动势有效值，Re为涡流损耗等效电阻，纟Φdl为磁化回线围成的面积。
[0036] (12)。
[0037] 本发明步骤1)所述铁磁元件等效电路模型是考虑了磁滞和涡流损耗的T型等效 电路。
[0038] 本发明步骤4)所述二次绕组感应电动势是通过测量一次绕组电压经变比折算到 二次侧得到。
[0039] 本发明步骤4)~6)所述铁磁元件涡流损耗等效电阻是先采用多组低频电源数 据，根据最小二乘原理计算涡流损耗系数β，在根据几组数据求平均值来求涡流等效电阻 Re〇
[0040] 本发明步骤9)计算磁滞损耗的方式是通过极限磁环回线压缩得到相应工频电压 下的磁化回线，根据磁化回线面积来计算相应电压下对应的磁滞损耗。
[0041] 本发明和现有的技术相比较，本发明具备如下优点：
[0042] 1.采用低频电源进行试验，要使铁芯饱和，试验电源容量小，试验设备体积小、重 量轻，便于携带。
[0043] 2.试验电源波形不受限制，可以是三角波，方波，正弦波，相对来说，产生低频方波 比产生低频正弦波更加容易。
【附图说明】
[0044] 为了使本发明的铁磁元件铁心损耗测量方法、原理更为清楚，下面将结合附图对 本发明进一步的详细描述，其中：
[0045] 图1为铁磁元件铁心损耗测量试验等效电路；
[0046] 图2为铁芯磁化回线簇；图中1-极限磁化回线下降分支，2-极限磁化回线上升分 支，3-极限磁化回线簇。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作出详细的说明：
[0048] ⑴按照说明书附图中图1建立变压器伏安特性试验等效电路。该电路由激磁电 感L"、涡流损耗电阻艮、磁滞损耗电阻Rh三者的并联阻抗与一、二次绕组直流电阻Rμ、心。2 和漏感Lll3、L2。串联而成，u2(t)是试验时施加于二次绕组上的端电压（一次侧开路），e(t) 是二次绕组感应电势，Ut)是涡流损耗的等效电流，ih(t)是磁滞损耗的等效电流，ijt) 是流过RjPU组成的并联支路的电流，iM(t)是励磁电流测量二次绕组直流电阻Rd。。
[0049] (2)测量二次绕组直流电阻心。2，根据铭牌找到一二次侧变比η。
[0050] (3)采用任意波形输出的电源，对铁磁元件二次绕组施加不同频率匕土…圪的电 压（m3 2即可，但为了参数估算精度更高，一般取m3 3,m也不宜过大，过大试验麻烦）， 使铁芯饱和，测量有功功率P1、P2···Pnl和励磁电流iMl(