CN104535945B - 一种饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,该检测装置包括:C型非晶合金铁轭,包括平行的第一横向铁轭和第二横向铁轭,以及纵向铁轭;非晶合金导磁夹,与所述第一横向铁轭的右端和第二横向铁轭的右端连接;试品铁心,夹于所述非晶合金导磁夹中;励磁绕组,缠绕在所述纵向铁轭上;测量线圈,缠绕在所述试品铁心上;电流传感器,与所述励磁绕组连接;电压传感器,与所述测量线圈连接;PCI采集卡,分别与所述电流传感器和电压传感器连接;工控机,与所述PCI采集卡连接。该装置结构合理,磁场走向明确,原理明了,测量方法简单,能够进行多种励磁方式的测量;此外能够改变无导磁夹贴合区的长度来进行对照试验,使测量数据更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种电工材料的磁特性检测装置,尤其是指一种饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置。
背景技术
随着国民经济的发展,电力工业近年来快速发展,人们对电能的需求越来越大,对电能质量的要求也越来越高。近年来,我国电网建设发展突飞猛进,但是,越来越大的电网结构和日益增多的发电厂,使得电网的能量分配不尽合理。用电方式多种多样,造成了局部无功不足或过剩的情况,基于此,对电力系统进行无功补偿,进行区域无功容量优化,能够有效维持系统的电压水平,提高系统稳定性,避免了大量无功功率的远距离传输,降低了网损。
正在电力系统中推广运用的可控电抗器,又称饱和电抗器、磁控电抗器,可以调节其铁心的饱和程度来决定可控电抗器的输出容量。与电力电子类补偿和调节设备相比,具有结构简单,安全可靠,安装维护简单等优点,最重要的一点是可以承受较高的电压,可用于35kV及以上电力系统中。
由于饱和电抗器是通过励磁的方式来增加主磁路中的磁动势,从而引起铁心材料的工作点的改变,达到改变磁路磁导率μ的目的,实现输出容量的连续调节。由以上所述可知,要进行可控电抗器的设计和研究,准确获得铁心材料的磁性能方面的参数是关键的工作。大量的研究结果表明,饱和电抗器在交直流磁通共同作用下的磁场分布,与材料的电磁性能密切相关,因此偏磁工作条件下铁心材料的磁性能模拟是饱和电抗器研究问题的关键。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,该装置利用非晶合金材料作为导磁铁轭,使试品在饱和电抗器对应极限饱和的状态下进行相关参数的测量,而作为铁轭的非晶合金材料几乎工作于线性特性区,被测材料铁磁特性的测量准确实施简易。
实现本发明目的采用的技术方案是:一种饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,该检测装置包括:
C型非晶合金铁轭,包括平行的第一横向铁轭和第二横向铁轭,以及纵向铁轭,所述纵向铁轭的两端分别与所述第一横向铁轭的左端和第二横向铁轭的左端连接;
非晶合金导磁夹,与所述第一横向铁轭的右端和第二横向铁轭的右端连接;
试品铁心,夹于所述非晶合金导磁夹中;
励磁绕组,缠绕在所述纵向铁轭上;
测量线圈,缠绕在所述试品铁心上;
电流传感器,与所述励磁绕组连接;
电压传感器,与所述测量线圈连接;
PCI采集卡,分别与所述电流传感器和电压传感器连接;
工控机,与所述PCI采集卡连接。
在上述技术方案中,所述第一横向铁轭和第二横向铁轭的右端均分别设有两个凹槽;所述非晶合金导磁夹包括四个夹持部件,每个夹持部件上均设有凸条,每个夹持部件上凸条卡入所述凹槽后通过螺丝螺杆固定。
在上述技术方案中,所述四个夹持部件分别位于所述试品铁心两侧的上部和下部;所述试品铁心为制造饱和电抗器的硅钢片叠压而成,高度与纵向铁轭相同。
在上述技术方案中,所述每一片硅钢片均缠绕有测量绕组,测量绕组位于所述夹持部件间隙的中心处。
本发明能够根据试品铁心材料应用的需要,改变施加于试品铁心的磁 通,测量材料在不同磁通作用下的特性,使材料达到极限饱和时要求的情况而由非晶合金材料构成的铁轭却未饱和结构简单测量准确。此外,由于在不规则结构磁通分布的复杂性,在测量时为了得到试品铁心的准确、不受干扰的特性,在测量时能够通过两组不同长度的试品,进行对比测量,最后得到规则材料准确的特性。
本发明具有如下优点:
1、结构合理,磁场走向明确,原理明了,测量方法简单,能够进行多种励磁方式的测量;
2、能够改变无导磁夹贴合区的长度来进行对照试验,使测量数据更加准确。
附图说明
图1为本发明饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置的结构示意图。
图2为本发明中C型非晶合金铁轭的结构示意图,其中,图2-1为C型非晶合金铁轭的立体图,图2-2为C型非晶合金铁轭的主视图,图2-3为C型非晶合金铁轭的右视图,图2-4为C型非晶合金铁轭的俯视图。
图3是非晶合金导磁夹的结构示意图,其中,图3-1为非晶合金导磁夹的立体图,图3-2为非晶合金导磁夹的主视图,图3-3为非晶合金导磁夹的右视图,图3-4为非晶合金导磁夹的俯视图。
图4是试品铁心的结构示意图。
图5是试品铁心中的感应线圈结构示意图。
图中,1-C形铁轭横向铁轭、2-纵向铁轭、3-非晶合金导磁夹、4-试品铁心、5-励磁线圈、6-测量线圈、7-电压传感器、8-电流传感器、9-电源、10-PCI采集卡、11-工控机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,本发明饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置包括:C形铁轭横向铁轭1、非晶合金导磁夹3、试品铁心4、励磁绕组5、测量线 圈6、电压传感器7、电流传感器8、PCI采集卡10和工控机11。
如图2所示,C形铁轭横向铁轭1包括平行的第一横向铁轭1.1和第二横向铁轭1.2,以及纵向铁轭2,第一横向铁轭1.1和第二横向铁轭1.2的两端分别对应对齐。纵向铁轭2的两端分别与第一横向铁轭的1.1左端和第二横向铁轭1.2的左端连接。
非晶合金导磁夹3与第一横向铁轭1.1的右端和第二横向铁轭1.2的右端连接。试品铁心4夹于非晶合金导磁夹3中。
励磁绕组5缠绕在纵向铁轭2上,电流传感器8与励磁绕组5连接。测量线圈6缠绕在试品铁心4上;电压传感器7与测量线圈6连接。PCI采集卡10分别与电流传感器8和电压传感器7连接,工控机11与PCI采集卡10连接。
作为本发明的一种优选实施方式,第一横向铁轭1.1和第二横向铁轭1.2的右端均分别设有两个凹槽,如图2所示。非晶合金导磁夹3包括四个夹持部件3.2,每个夹持部件3.2上均设有凸条3.1,如图3所示,每个夹持部件3.2上凸条3.1卡入凹槽后通过螺丝螺杆固定。四个夹持部件3.2分别位于试品铁心4两侧的上部和下部,如图4所示。本发明中,非晶合金导磁夹3中的凸条与第一横向铁轭1.1和第二横向铁轭1.2的右端的凹槽拼接时相互补齐,有利于磁通的传导,在非晶合金导磁夹3压紧试品时以及强化活动夹和C形铁轭的联结时用到了相应的铁心外部的螺丝螺杆夹件等紧固件;非晶合金导磁夹也是由高导磁率纳米非晶合金材料叠压而成,当试品铁心发生磁饱和时非晶合金导磁夹仍然不饱和,非晶合金导磁夹与C形铁轭均为同种材料。
本实施例所用试品铁心4为制造饱和电抗器的硅钢片叠压而成,高度与纵向铁轭相同。
作为本发明的一种优选实施方式,所述每一片硅钢片均缠绕有测量绕组,测量绕组位于所述夹持部件间隙的中心处,如图5所示。在测试时测量绕组中通过的磁通可以看为被测钢片中的磁通。
本实施例中,电压和电流互感器为精密变换型互感器,误差较小,有 较大的频率宽度,根据实际的计算结果选择相应的变比,使最终输出的信号等比变换为5V以内适合计算机PCI采集卡采集的电压信号传送给工控机的采集卡;工控机由软件和硬件部分组成,软件部分为Visual C++编写的控制程序及界面,硬件部分为工控机主体和PCI采集卡,PCI采用集卡与信号传感器的输出端相联结,PCI采集卡中采集上来的信号为相同时间间隔下的散点,根据激励电源的频率来调整采集的频率并做出分解出基波的傅立叶分解,最后得到所测量的电压和电流数据进行计算。工作时电源9通过励磁绕组在C形铁轭横向铁轭1、非晶合金导磁夹3、试品铁心4、励磁绕组5组成的结构中产生测试磁通,能够达到试品无导磁夹地区极限饱和而铁轭不饱和的效果。
下面以一次测量原理及推导为例,说明饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置测量原理。
测量试品铁心的磁特性就是测量在试验中同一时刻试品中的磁感应强度B和磁场强度H,认为在铁磁磁路中磁感应强度均匀分布,磁感应强度B可以由试品上测试线圈感应出的电压得到,磁场强度H可以由励磁线圈的电流及非晶合金导磁材料的特性得到。在测量之前,非晶合金的磁特性已知,其磁导率为μF,此数值要远大于试品铁心4。
磁感应强度B的计算为:
式中:下标n代表在同一地点磁通经过的所有线圈个数,积分后得到磁通最后计算出磁感应强度B。
磁场强度H的计算为:
N·I=2×H1·l1+H2·l2+2×H3·l3+H4·l4
式中:下标代表图1中数字标注部分的参数,1为纵向铁轭,2横向铁 轭,3为非晶合金导磁夹,4为试品中磁场经过的区段。1、2、3导磁区间均可以求出对应的H值,具体方法为用励磁线圈上测量的电压求得磁路中通过的总磁通,再由总磁通求得在每一处区间的磁感应密度,最后由磁感应密度根据已知的磁导率可以求得对应的磁场强度。H4为待求磁场强度,可以由测量到的电流和等效长度l4求得。
试品中的磁感应强度B值较易确定,但试品中的磁场强度H值需要用与对照试验作差的方法来准确得出。在第一次测量得到试品中的B和H4·l4数值后,改变长度l4后加励磁使测量线圈上感应出的电压与之前对应点相同,即使其试品中的B和H值与之前对应点相同,此时求得另一组对应的H′4·l′4,将两组数据相减后再除以长度改变的量即可以准确的求得对应的磁场强度H值。
可见,本装置可以求得试品上同时的磁感应强度和磁场强度,对施加不同的励磁的情况进行测试,即可得到相关磁特性参数。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了C形铁轭横向铁轭1、C形铁轭纵向铁轭2、非晶合金导磁夹3、试品4、励磁线圈5、测量线圈6、电压传感器7、电流传感器8、电源9、PCI采集卡10、工控机11等术语,但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (4)
1.一种饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,其特征在于,包括:
C型非晶合金铁轭,包括平行的第一横向铁轭和第二横向铁轭,以及纵向铁轭,所述纵向铁轭的两端分别与所述第一横向铁轭的左端和第二横向铁轭的左端连接;
非晶合金导磁夹,与所述第一横向铁轭的右端和第二横向铁轭的右端连接;
试品铁心,夹于所述非晶合金导磁夹中;
励磁绕组,缠绕在所述纵向铁轭上;
测量线圈,缠绕在所述试品铁心上;
电流传感器,与所述励磁绕组连接;
电压传感器,与所述测量线圈连接;
PCI采集卡,分别与所述电流传感器和电压传感器连接;
工控机,与所述PCI采集卡连接。
2.根据权利要求1所述饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,其特征在于:所述第一横向铁轭和第二横向铁轭的右端均分别设有两个凹槽;所述非晶合金导磁夹包括四个夹持部件,每个夹持部件上均设有凸条,每个夹持部件上凸条卡入所述凹槽后通过螺丝螺杆固定。
3.根据权利要求2所述饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,其特征在于:所述四个夹持部件分别位于所述试品铁心两侧的上部和下部;所述试品铁心为制造饱和电抗器的硅钢片叠压而成,高度与纵向铁轭相同。
4.根据权利要求3所述饱和电抗器铁心材料的磁特性检测装置,其特征在于:每一片硅钢片均缠绕有测量绕组,测量绕组位于所述夹持部件间隙的中心处。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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