CN105488262B - 宽频直流电力电阻器的设计方法及系统 - Google Patents

宽频直流电力电阻器的设计方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种宽频直流电力电阻器的设计方法及系统，包括：根据电力电阻器的几何参数确定电力电阻器的当前电容值及当前电感值；根据当前电容值、当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定电力电阻器在预设频率时的阻抗；确定阻抗与预设电阻值的偏差，并判断偏差是否小于预设偏差；当判断结果为偏差小于预设偏差时，将电力电阻器的几何参数作为电力电阻器的设计参数；当判断结果为偏差不小于预设偏差时，根据阻抗、预设电阻值及几何参数对几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为电力电阻的设计参数。上述宽频直流电力电阻器的设计方法及系统，能够保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。

Description

宽频直流电力电阻器的设计方法及系统
技术领域
本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种宽频直流电力电阻器的设计方法及系统。
背景技术
直流电力电阻器应用于直流输电、机车、滤波电阻等领域。虽然其正常工况流过直流电流，但是故障或其他瞬时工况情况下，将由于杂散参数的存在呈现容性或感性，影响系统的过电压。因此为了获得在较高频率范围内呈现阻性的电力电阻器对于系统的过电压分析具有重要意义。
常见的电力电阻器有多种制造方式，如应用陶瓷电阻串联、电阻丝绕制、金属电阻片串联等。多数发明或文献资料提出了不同的绕制方式、金属片串联形式等适用于电阻丝绕制、金属电阻片串联的宽频直流电力电阻设计方法，但并未提供涉及陶瓷电阻串联情况下的设计方法。
发明内容
基于此，有必要提供一种针对陶瓷电阻串联的电力电阻器的宽频直流电力电阻器的设计方法及系统。
一种宽频直流电力电阻器的设计方法，电力电阻器包括串联的电阻片和散热片；包括步骤：
根据电力电阻器的几何参数确定电力电阻器的当前电容值及当前电感值；
根据当前电容值、当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定电力电阻器在预设频率时的阻抗；
确定阻抗与预设电阻值的偏差，并判断偏差是否小于预设偏差；
当判断结果为偏差小于预设偏差时，将电力电阻器的几何参数作为电力电阻器的设计参数；
当判断结果为偏差不小于预设偏差时，根据阻抗、预设电阻值及几何参数对几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为电力电阻的设计参数。上述宽频直流电力电阻器的设计方法，能够保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。
一种宽频直流电力电阻器的设计系统，电力电阻器包括串联的电阻片和散热片；包括：
电容电感确定模块，用于根据电力电阻器的几何参数确定电力电阻器的当前电容值及当前电感值；
阻抗确定模块，用于根据当前电容值、当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定电力电阻器在预设频率时的阻抗；
偏差判断模块，用于确定阻抗与预设电阻值的偏差，并判断偏差是否小于预设偏差；
参数维持模块，用于当判断结果为偏差小于预设偏差时，将电力电阻器的几何参数作为电力电阻器的设计参数；
参数修改模块，用于当判断结果为偏差不小于预设偏差时，根据阻抗、预设电阻值及几何参数对几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为电力电阻的设计参数。
上述宽频直流电力电阻器的设计系统，能够保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。
附图说明
图1为本申请中涉及到的电力电阻器的结构图；
图2为一种实施方式的宽频直流电力电阻器的设计方法的流程图；
图3为图2的一个步骤的具体流程图；
图4为图2的另一个步骤的具体流程图；
图5为一种实施方式的宽频直流电力电阻器的设计系统的结构图；
图6为图5的一个模块的单元结构图；
图7为图5的另一个模块的单元结构图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，电力电阻器包括串联的电阻片200和散热片100，所述电阻片为陶瓷电阻片。
如图2所示，为本发明一种实施方式的宽频直流电力电阻器的设计方法，其中，电力电阻器为图1所示的电力电阻器。该宽频直流电力电阻器的设计方法包括以下步骤：
S120：根据电力电阻器的几何参数确定所述电力电阻器的当前电容值及当前电感值。
在其中一个实施例中，所述几何参数包括：所述电阻片的厚度、半径和片数，及所述散热片的厚度、半径和片数。
可以理解地，步骤S120之前，还可以包括步骤：获取几何参数。
S140：根据所述当前电容值、所述当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定所述电力电阻器在所述预设频率时的阻抗。
可以理解地，步骤S140之前，还可以包括步骤：获取预设电阻值及预设频率。
S160：确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断所述偏差是否小于预设偏差。
可以根据所述阻抗与所述预设电阻值直接确定其偏差。
可以理解地，步骤S160之前，还可以包括步骤：获取预设偏差。在其中一个实施例中，预设偏差为1％。在其它实施例中，也可以根据需要将预设偏差设置为其它值，如3％。
S180：当判断结果为偏差小于预设偏差时，将所述电力电阻器的几何参数作为所述电力电阻器的设计参数。
S1A0：当判断结果为偏差不小于预设偏差时，根据所述阻抗、所述预设电阻值及所述几何参数对所述几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数。
如此通过维持或修改几何参数的方式改变阻抗，能够使电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。
上述宽频直流电力电阻器的设计方法，根据电力电阻器的几何参数确定所述电力电阻器的当前电容值及当前电感值；根据所述当前电容值、所述当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定所述电力电阻器在预设频率时的阻抗；确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断所述偏差是否小于预设偏差；当判断结果为偏差小于预设偏差时，将所述电力电阻器的几何参数作为所述电力电阻器的设计参数；当判断结果为偏差不小于所述预设偏差时，根据所述阻抗、所述预设电阻值及所述几何参数对所述几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数。如此，能够保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。
在其中一个实施例中，所述当前电容值的确定公式为：
C＝επ(r2*r2-r1*r1)/(d1*N1)。
其中，C为所述当前电容值，ε为真空中的介电常数，其取值为1/(36*π)*10-9。π为圆周率，r2为所述散热片的半径，r1为所述电阻片的半径，d1为所述电阻片的厚度，N1为所述电阻片的片数。
所述当前电感值的确定公式为：
L＝(N1*d1+N2*d2)/20。
其中，L为所述当前电感值，N1为所述电阻片的片数，d1为所述电阻片的厚度，N2为所述散热片的片数，d2为所述散热片的厚度。
在其中一个实施例中，所述阻抗的确定公式为：
Z＝1/(1/(R+1i*2*π*f*L)+(1i*2*π*f*C))。
其中，Z为所述阻抗，R为所述预设电阻值，i为虚数单位，π为圆周率，f为所述预设频率，L为所述当前电感值，C为所述当前电容值。
如图3所示，在其中一个实施例中，步骤S160，具体包括：
S162：根据所述阻抗确定阻抗模值。
其中，阻抗的值为一个复数，阻抗模值为阻抗的模。
S164：根据所述阻抗模值及所述预设电阻值确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差。
S166：判断所述偏差是否小于预设偏差。
如图4所示，在其中一个实施例中，步骤S1A0具体包括：
S1A2：根据所述阻抗及所述预设电阻值，确定阻抗模值与所述预设电阻值的关系。
可以理解地，在包括步骤S162的实施例中，可直接根据阻抗模值与所述预设电阻值确定阻抗模值与所述预设电阻值的关系。
S1A4：根据所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系，及所述阻抗模值与所述预设电阻值确定修改后所述散热片的半径，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数。
在本实施例中，仅需修改几何参数中的所述散热片的半径，其它几何参数维持不变。
具体地，当散热片的半径范围为电阻片的半径的1.1～3.0倍之间时，可以通过以下方式快速确定修改后所述散热片的半径。
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值大于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝2*Z1M/R*r2。
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径。由于其需要的参数均为在之前步骤中已获得的参数，且确定公式简单，故其可以快速确定修改后所述散热片的半径。
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值小于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝Z1M/R/2*r2。
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径。由于其需要的参数均为在之前步骤中已获得的参数，且确定公式简单，故其可以快速确定修改后所述散热片的半径。
进一步地，可以通过在修改几何参数中散热片的半径之后，将该修改后所述散热片的半径作为散热片的半径，重复步骤S120-S180的方式，保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内，如此，也可以确保修改后散热片的半径确定的准确性。
如图5所示，为本发明一种与上述方法对应的实施方式的宽频直流电力电阻器的设计系统，其中，电力电阻器为图1所示的电力电阻器。该宽频直流电力电阻器的设计系统包括以下模块：
电容电感确定模块120，用于根据电力电阻器的几何参数确定所述电力电阻器的当前电容值及当前电感值。
在其中一个实施例中，所述几何参数包括：所述电阻片的厚度、半径和片数，及所述散热片的厚度、半径和片数。
可以理解地，还可以包括参数获取模块(图未示)，用于获取几何参数。
阻抗确定模块140，用于根据所述当前电容值、所述当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定所述电力电阻器在所述预设频率时的阻抗。
可以理解地，参数获取模块，还用于获取预设电阻值及预设频率。
偏差判断模块160，用于确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断所述偏差是否小于预设偏差。
可以理解地参数获取模块，还用于获取预设偏差。在其中一个实施例中，预设偏差为1％。在其它实施例中，也可以根据需要将预设偏差设置为其它值，如3％。
参数维持模块180，用于当判断结果为偏差小于所述预设偏差时，将所述电力电阻器的几何参数作为所述电力电阻器的设计参数；
参数修改模块1A0，用于当判断结果为偏差不小于所述预设偏差时，根据所述阻抗、所述预设电阻值及所述几何参数对所述几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数。
如此通过维持或修改几何参数的方式改变阻抗，能够使电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。
上述宽频直流电力电阻器的设计系统，电容电感确定模块120根据电力电阻器的几何参数确定所述电力电阻器的当前电容值及当前电感值；阻抗确定模块140根据所述当前电容值、所述当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定所述电力电阻器在预设频率时的阻抗；偏差判断模块160确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断所述偏差是否小于预设偏差；参数维持模块180当判断结果为偏差小于预设偏差时，将所述电力电阻器的几何参数作为所述电力电阻器的设计参数；参数修改模块1A0，当判断结果为偏差不小于所述预设偏差时，根据所述阻抗、所述预设电阻值及所述几何参数对所述几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数。如此，能够保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内。
在其中一个实施例中，所述当前电容值的确定公式为：
C＝επ(r2*r2-r1*r1)/(d1*N1)。
其中，C为所述当前电容值，ε为真空中的介电常数，其取值为1/(36*π)*10-9。π为圆周率，r2为所述散热片的半径，r1为所述电阻片的半径，d1为所述电阻片的厚度，N1为所述电阻片的片数。
所述当前电感值的确定公式为：
L＝(N1*d1+N2*d2)/20。
其中，L为所述当前电感值，N1为所述电阻片的片数，d1为所述电阻片的厚度，N2为所述散热片的片数，d2为所述散热片的厚度。
在其中一个实施例中，所述阻抗的确定公式为：
Z＝1/(1/(R+1i*2*π*f*L)+(1i*2*π*f*C))。
其中，Z为所述阻抗，R为所述预设电阻值，i为虚数单位，π为圆周率，f为所述预设频率，L为所述当前电感值，C为所述当前电容值。
如图6所示，在其中一个实施例中，偏差判断模块160，具体包括：
模值确定单元162，用于根据所述阻抗确定阻抗模值。
其中，阻抗的值为一个复数，阻抗模值为阻抗的模。
偏差确定单元164，用于根据所述阻抗模值及所述预设电阻值确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差。
范围判断单元166，用于判断所述偏差是否小于预设偏差。
请参阅图7，在其中一个实施例中，参数修改模块1A0，包括：
关系确定单元1A2，用于根据所述阻抗及所述预设电阻值，确定阻抗模值与所述预设电阻值的关系。
可以理解地，在包括模值确定单元162的实施例中，可直接根据阻抗模值与所述预设电阻值确定阻抗模值与所述预设电阻值的关系。
修改确定单元1A4，用于根据所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系，及所述阻抗模值与所述预设电阻值确定修改后所述散热片的半径，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数。
在本实施例中，仅需修改几何参数中的所述散热片的半径，其它几何参数维持不变。
具体地，当散热片的半径范围为电阻片的半径的1.1～3.0倍之间时，可以通过以下方式可以快速确定修改后所述散热片的半径。
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值大于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝2*Z1M/R*r2。
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径。由于其需要的参数均为在之前已获得的参数，且确定公式简单，故其可以快速确定修改后所述散热片的半径。
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值小于所述预设电阻值时，所述修改后所述散热片的半径的确定公式为：
r2n＝Z1M/R/2*r2。
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径。由于其需要的参数均为在之前已获得的参数，且确定公式简单，故其可以快速确定修改后所述散热片的半径。
进一步地，可以通过在修改几何参数中散热片的半径之后，将该修改后所述散热片的半径作为散热片的半径，重复调用电容电感确定模块120、阻抗确定模块140、偏差判断模块160及参数确定模块180的方式，保证电力电阻器在预设频率时的阻抗与预设电阻值的偏差在小于预设偏差的范围内，如此，也可以确保修改后所述散热片的半径确定的准确性。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种宽频直流电力电阻器的设计方法，所述电力电阻器包括串联的电阻片和散热片，其特征在于，所述宽频直流电力电阻器的设计方法包括步骤：
根据所述电力电阻器的几何参数确定所述电力电阻器的当前电容值及当前电感值；
根据所述当前电容值、所述当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定所述电力电阻器在所述预设频率时的阻抗；
确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断所述偏差是否小于预设偏差；
当判断结果为所述偏差小于所述预设偏差时，将所述电力电阻器的几何参数作为所述电力电阻器的设计参数；
当判断结果为所述偏差不小于所述预设偏差时，根据所述阻抗、所述预设电阻值及所述几何参数对所述几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数；
所述几何参数包括：所述电阻片的厚度、半径和片数，及所述散热片的厚度、半径和片数；
所述当前电容值的确定公式为：
C＝επ(r2*r2-r1*r1)/(d1*N1)；
其中，C为所述当前电容值，ε为真空中的介电常数，π为圆周率，r2为所述散热片的半径，r1为所述电阻片的半径，d1为所述电阻片的厚度，N1为所述电阻片的片数；
所述当前电感值的确定公式为：
L＝(N1*d1+N2*d2)/20；
其中，L为所述当前电感值，N1为所述电阻片的片数，d1为所述电阻片的厚度，N2为所述散热片的片数，d2为所述散热片的厚度；
所述阻抗的确定公式为：
Z＝1/(1/(R+1i*2*π*f*L)+(1i*2*π*f*C))；
其中，Z为所述阻抗，R为所述预设电阻值，i为虚数单位，π为圆周率，f为所述预设频率，L为所述当前电感值，C为所述当前电容值；
所述当判断结果为所述偏差不小于所述预设偏差时，对所述电力电阻器的几何参数进行修改的步骤，具体包括：
根据所述阻抗及所述预设电阻值，确定阻抗模值与所述预设电阻值的关系；
根据所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系，及所述阻抗模值与所述预设电阻值确定修改后所述散热片的半径，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数；
所述根据所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系，及所述阻抗模值与所述预设电阻值确定修改后所述散热片的半径的步骤包括：
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值大于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝2*Z1M/R*r2；
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径；
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值小于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝Z1M/R/2*r2；
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径。
2.根据权利要求1所述的宽频直流电力电阻器的设计方法，其特征在于，所述计算所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断偏差是否小于预设偏差的步骤，具体包括：
根据所述阻抗确定阻抗模值；
根据所述阻抗模值及所述预设电阻值确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差；
判断所述偏差是否小于预设偏差。
3.一种宽频直流电力电阻器的设计系统，所述电力电阻器包括串联的电阻片和散热片；其特征在于，所述宽频直流电力电阻器的设计系统包括：
电容电感确定模块，用于根据电力电阻器的几何参数确定所述电力电阻器的当前电容值及当前电感值；
阻抗确定模块，用于根据所述当前电容值、所述当前电感值、预设频率及预设电阻值，确定所述电力电阻器在所述预设频率时的阻抗；
偏差判断模块，用于确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差，并判断所述偏差是否小于预设偏差；
参数维持模块，用于当判断结果为偏差小于所述预设偏差时，将所述电力电阻器的几何参数作为所述电力电阻器的设计参数；
参数修改模块，用于当判断结果为偏差不小于所述预设偏差时，根据所述阻抗、所述预设电阻值及所述几何参数对所述几何参数进行修改，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数；
所述几何参数包括：所述电阻片的厚度、半径和片数，及所述散热片的厚度、半径和片数；
所述当前电容值的确定公式为：
C＝επ(r2*r2-r1*r1)/(d1*N1)；
其中，C为所述当前电容值，ε为真空中的介电常数，π为圆周率，r2为所述散热片的半径，r1为所述电阻片的半径，d1为所述电阻片的厚度，N1为所述电阻片的片数；
所述当前电感值的确定公式为：
L＝(N1*d1+N2*d2)/20；
其中，L为所述当前电感值，N1为所述电阻片的片数，d1为所述电阻片的厚度，N2为所述散热片的片数，d2为所述散热片的厚度；
所述阻抗的确定公式为：
Z＝1/(1/(R+1i*2*π*f*L)+(1i*2*π*f*C))；
其中，Z为所述阻抗，R为所述预设电阻值，i为虚数单位，π为圆周率，f为所述预设频率，L为所述当前电感值，C为所述当前电容值；
所述参数修改模块，包括：
关系确定单元，用于根据所述阻抗及所述预设电阻值，确定阻抗模值与所述预设电阻值的关系；
修改确定单元，用于根据所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系，及所述阻抗模值与所述预设电阻值确定修改后所述散热片的半径，并将修改后的几何参数作为所述电力电阻的设计参数；
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值大于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝2*Z1M/R*r2；
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径；
当所述阻抗模值与所述预设电阻值的关系为所述阻抗模值小于所述预设电阻值时，修改后所述散热片的半径确定公式为：
r2n＝Z1M/R/2*r2；
其中，r2n为修改后所述散热片的半径，Z1M为所述阻抗模值，R为所述预设电阻值，r2为所述散热片的半径。
4.根据权利要求3所述的宽频直流电力电阻器的设计系统，其特征在于，所述偏差判断模块，具体包括：
模值确定单元，用于根据所述阻抗确定阻抗模值；
偏差确定单元，用于根据所述阻抗模值及所述预设电阻值确定所述阻抗与所述预设电阻值的偏差；
范围判断单元，用于判断所述偏差是否小于预设偏差。
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