CN105738842A - 测量变压器铁心bh曲线和局部损耗的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置及方法，包括可拆卸木质夹具及激励线圈和测量线圈，铁心为四条直臂构成的矩形，其特征在于该装置还包括若干数量的局部B测量线圈及H测量线圈，在相邻的两条铁心直臂上贴有所述的H测量线圈，在铁心上，对应贴有H测量线圈的位置处，缠绕局部B测量线圈；然后，激励线圈和测量线圈并排绕制在整个铁心上，绕制好各线圈的铁心通过可拆卸木质夹具夹住固定；所述局部B测量线圈采用线径为0.1?0.3mm的漆包线，紧密绕制10?25匝；H测量线圈采用双层结构，用线径为0.03?0.06mm的自粘漆包线绕制在环氧树脂基板上制成。

Description

测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置及方法

技术领域

本发明涉及电力变压器电磁测量技术领域，具体涉及一种测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置及方法。

背景技术

传统的测量变压器铁心BH曲线时采用的的是等效磁路方法，该方法是使用公式HL＝Ni(L是变压器铁心等效磁路长度，N是激磁线圈的匝数，i是激励电流)通过测量激励电流，得到H曲线。这种方法中的等效磁路长度L一般取几何平均长度或者使用双铁心模型法来确定。但是，首先磁场强度H在沿磁路方向并不是均匀分布的，而且在拐角搭接处的磁场分布更复杂不能简单的采用几何平均法。双铁心模型法考虑到了拐角搭接处的磁场，但是在铁轭处的磁场也不是均匀分布的，而且需要两个模型，操作较复杂。并且，铁心在不同激励下和不同搭接方式下等效磁路长度是不同的。所以，传统等效磁路方法测量变压器铁心BH曲线是不精确的。并且传统的等效磁路测量方法只能得到总损耗，无法得到铁心的局部损耗。

根据现有相关文献，对变压器铁心的测量都是采用的传统等效磁路法，测量装置是仅用激励线圈和测量线圈缠绕在铁心四个臂上，然后使用夹具固定，这种装置只能采用等效磁路法测量BH曲线，只能测量总损耗，并不能测量局部的损耗，此外，原有装置将线圈直接缠绕在铁心上，测量新铁心时需要重新缠绕线圈，使用不方便。

发明内容

与现有技术相比，本发明拟解决的技术问题是，提供一种测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置及方法。该装置在原有测量装置上添加局部B测量线圈和H测量线圈，使用信号采集器直接采集磁场密度B和磁场强度H的测量信号，不用考虑等效磁路长度就可计算得到铁心的BH曲线，测量得到的局部B和H经过计算即可得到该局部区域的损耗，并在传统装置上添加树脂材料支架，方便更换不同材料和结构的铁心。该方法不需要计算等效磁路长度，可以相对精确地测量变压器铁心在不同激励下和不同搭接方式下的BH曲线和局部损耗。

本发明解决所述方法技术问题采用的技术方案是，提供一种测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置，包括可拆卸木质夹具及激励线圈和测量线圈，铁心为四条直臂构成的矩形，其特征在于该装置还包括若干数量的局部B测量线圈及H测量线圈，在相邻的两条铁心直臂上贴有所述的H测量线圈，在铁心上，对应贴有H测量线圈的位置处，缠绕局部B测量线圈；然后，激励线圈和测量线圈并排绕制在整个铁心上，绕制好各线圈的铁心通过可拆卸木质夹具夹住固定；所述局部B测量线圈采用线径为0.1-0.3mm的漆包线，紧密绕制10-25匝；H测量线圈采用双层结构，用线径为0.03-0.06mm的自粘漆包线绕制在环氧树脂基板上制成。

一种测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的方法，使用上述装置，包括以下步骤：

①测量铁心BH曲线

选取一组局部B测量线圈和H测量线圈，分别连接信号采集器，激励线圈接电源，信号采集器直接采集一组局部B测量线圈和H测量线圈的感应电压信号，通过对该感应电压信号按照式(3)和式(4)进行积分计算，得到铁心中的B曲线和H曲线，即可绘制出对应的铁心BH曲线；

$H=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_0{N}_H{S}_H}\∫U_{H}dt---\left(3\right)$

$B=\frac{1}{N_B{S}_B}\∫U_{B}dt---\left(4\right)$

其中，μ₀是真空磁导率值为4π×10^-7(H/m)，N_H是H测量线圈的匝数，N_B是局部B测量线圈的匝数，S_H是H测量线圈的截面积，S_B是铁心的截面积；

②测量局部损耗

将铁心相邻的两条直臂按照H测量线圈所在位置进行区域划分，得到若干直臂小区域和拐角区域，并对直臂小区域进行编号，对直臂小区域采用局部均匀化方法计算磁场强度H，测量得到直臂小区域中心的BH曲线，根据波印廷定理，计算得到铁心在直臂小区域的比总损耗为：

$P_s=\frac{1}{{\mathrm{T\ρ}}_m}{\∫}_0^{T}HdB---\left(5\right)$

其中Ps是铁心的比总损耗，磁性材料测量需要得到的材料属性；ρ_m是铁心的密度，T是一个周期的时间，H和B是对应区域的磁场强度和磁场密度；

A.计算直臂小区域局部损耗铁心直臂小区域的损耗为：

$P_N=S_N{L}_N{\mathrm{\ρ}}_m{P}_{S_N}---\left(6\right)$

其中N是铁心直臂小区域的编号，P_N是铁心直臂小区域的损耗，S是铁心直臂小区域的有效截面积，P_SN是第N个小区域的比总损耗，由式(5)计算得到，L_N是第N个小区域的长度；

B.计算总损耗通过功率分析仪测量激励电流I₁和测量电压U₂，按照式(7)得到总损耗P，

P＝I₁U₂ (7)；

C.计算拐角区域损耗

缠绕局部B测量线圈的相邻两条直臂和另外两条直臂上的磁通是对称的，四个拐角的磁通分布是相同的，可根据式(8)求得单个拐角区域损耗：

$P_C=\frac{P-2(P_1+P_2+...+P_N)}{4}---\left(8\right)$

其中P_C是单个拐角处的拐角区域损耗，P₁+P₂+…+P_N是两条直臂小区域上局部损耗的总和。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明装置在传统测量装置上添加局部B测量线圈和H测量线圈，不用考虑等效磁路长度的影响，可以更直接的获得铁心在不同激励和搭接结构下的BH曲线，比传统的等效磁路法更直接、更精确。而且本发明在传统测量装置上添加绝缘支架，方便更换不同材料和结构的铁心，不需要重新缠绕线圈。并且传统的测量装置和方法不能够测量铁心的局部损耗，本发明装置及方法可以方便地测量铁心的局部损耗。

附图说明

图1是本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置一种实施例的立体结构示意图。

图2是本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置一种实施例的H测量线圈和局部B测量线圈缠绕在铁心上的结构示意图。

图3是本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置一种实施例的H测量线圈6的结构示意图。

图4是本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置未安装可拆卸木质夹具的横截面结构示意图。

图5是本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置测量局部损耗的原理图。

图中：1-可拆卸木质夹具、2-激励线圈和测量线圈、3-支架、4-铁心、5-局部B测量线圈、6-H测量线圈。

具体实施方式

以下结合实施例及附图对本发明的原理和特征进行描述，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置(简称装置，参见图1-4)包括可拆卸木质夹具1及激励线圈和测量线圈2，铁心为四条直臂构成的矩形，其特征在于该装置还包括若干数量的局部B测量线圈5及H测量线圈6，在相邻的两条铁心直臂上贴有所述的H测量线圈6，在铁心4上，对应贴有H测量线圈的位置处，缠绕局部B测量线圈5(参见图2)；然后，激励线圈和测量线圈2并排绕制在整个铁心4上，绕制好各线圈的铁心4通过可拆卸木质夹具1夹住固定；所述局部B测量线圈5采用线径为0.1-0.3mm的漆包线，紧密绕制10-25匝；H测量线圈6(参见图3)采用双层结构，用线径为0.03-0.06mm的自粘漆包线绕制在环氧树脂基板上制成。

本发明的进一步特征在于所述装置还包括支架3，所述支架3由绝缘材料制成，横截面为矩形，支架的形状尺寸与铁心4的形状尺寸相匹配，贴有H测量线圈6的铁心4插入支架3内，激励线圈和测量线圈2并排均匀绕制在支架3的外表面上(参见图4)，局部B测量线圈5绕制在支架上并位于激励线圈和测量线圈2的内部。

本发明的进一步特征在于铁心的四条直臂上均贴有H测量线圈6。

本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置测量时，按照上述的连接关系连接装置，然后将激励线圈连接激励电源，功率分析仪接激励线圈和测量线圈，信号采集器连接H测量线圈6和局部B测量线圈5。因为本发明装置在铁心的相邻两条直臂均装有H测量线圈6和局部B测量线圈5，所以对步进搭接结构、U型搭接结构、L型搭接结构等对称结构都适用。非对称结构可在四条直臂上都添加测量线圈，本装置采用的两条相邻直臂上添加测量线圈已适用大部分搭接结构。

本发明测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的方法，使用上述装置，包括以下步骤：

①测量铁心BH曲线

选取一组局部B测量线圈5和H测量线圈6，分别连接信号采集器，激励线圈接电源，信号采集器直接采集一组局部B测量线圈和H测量线圈的感应电压信号，通过对该感应电压信号按照式(3)和式(4)进行积分计算，得到铁心中的B曲线和H曲线，即可绘制出对应的铁心BH曲线；

$H=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_0{N}_H{S}_H}\∫U_{H}dt---\left(3\right)$

$B=\frac{1}{N_B{S}_B}\∫U_{B}dt---\left(4\right)$

其中，μ₀是真空磁导率值为4π×10^-7(H/m)，N_H是H测量线圈的匝数，N_B是局部B测量线圈的匝数，S_H是H测量线圈的截面积，S_B是铁心的截面积；

②测量局部损耗

将铁心相邻的两条直臂按照H测量线圈所在位置进行区域划分，得到若干直臂小区域和拐角区域，并对直臂小区域进行编号，对直臂小区域采用局部均匀化方法计算磁场强度H，测量得到直臂小区域中心的BH曲线，根据波印廷定理，计算得到铁心在直臂小区域的比总损耗为：

$P_s=\frac{1}{{\mathrm{T\ρ}}_m}{\∫}_0^{T}HdB---\left(5\right)$

其中Ps是铁心的比总损耗，磁性材料测量需要得到的材料属性；ρ_m是铁心的密度，T是一个周期的时间，H和B是对应区域的磁场强度和磁场密度；

A.计算直臂小区域局部损耗铁心直臂小区域的损耗为：

$P_N=S_N{L}_N{\mathrm{\ρ}}_m{P}_{S_N}---\left(6\right)$

其中N是铁心直臂小区域的编号，P_N是铁心直臂小区域的损耗，S是铁心直臂小区域的有效截面积，P_SN是第N个小区域的比总损耗，由式(5)计算得到，L_N是第N个小区域的长度；

B.计算总损耗通过功率分析仪测量激励电流I₁和测量电压U₂，按照式(7)得到总损耗P，

P＝I₁U₂ (7)；

C.计算拐角区域损耗

缠绕局部B测量线圈的相邻两条直臂和另外两条直臂上的磁通是对称的，四个拐角的磁通分布是相同的，可根据式(8)求得单个拐角区域损耗：

$P_C=\frac{P-2(P_1+P_2+...+P_N)}{4}---\left(8\right)$

其中P_C是单个拐角处的拐角区域损耗，P₁+P₂+…+P_N是两条直臂小区域上局部损耗的总和。

实施例1

本实施例测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置包括可拆卸木质夹具1、激励线圈和测量线圈2、支架3、若干数量的局部B测量线圈5及H测量线圈6，铁心为四条直臂构成的矩形，在相邻的两条铁心直臂上贴有所述的H测量线圈6，所述支架3由绝缘材料制成，横截面为矩形，支架的形状尺寸与铁心4的形状尺寸相匹配，贴有H测量线圈6的铁心4插入支架3内，激励线圈和测量线圈2并排均匀绕制在支架3的外表面上，局部B测量线圈5绕制在支架上并位于激励线圈和测量线圈2的内部，对应H测量线圈6的位置，绕制好各线圈的铁心4和支架通过可拆卸木质夹具1夹住固定。所述局部B测量线圈5采用线径为0.2mm的漆包线，紧密绕制10匝，可根据所需调整局部B测量线圈的位置和匝数；H测量线圈6采用双层结构，用线径为0.05mm的自粘漆包线绕制在1mm环氧树脂基板上制成，每层200匝，共400匝，上下两层往返交叉可以消除线间谐波干扰，提高测量精度。所述支架2的内部宽度为102mm，高度为22mm，厚度为2mm。

本实施例测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的方法，使用上述装置，包括以下步骤：

①测量铁心BH曲线

选取一组局部B测量线圈5和H测量线圈6，分别连接信号采集器，激励线圈接电源，信号采集器直接采集一组局部B测量线圈和H测量线圈的感应电压信号，根据法拉第电磁感应定律，H测量线圈和局部B测量线圈在磁场中的感应电动势U_H和U_B分别表示为：

$U_H=-{\mathrm{\μ}}_0{N}_H{S}_H\frac{dH}{dt}---\left(1\right)$

$U_B=-N_B{S}_B\frac{dB}{dt}---\left(2\right)$

其中μ₀是真空磁导率值为4π×10^-7(H/m)，N_H是H线圈的匝数，N_B是B线圈的匝数，S_H是H线圈的截面积，S_B是铁心的截面积。

然后按照式(3)和式(4)进行积分计算，得到铁心中的B曲线和H曲线，即可绘制出对应的铁心BH曲线；

$H=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_0{N}_H{S}_H}\∫U_{H}dt---\left(3\right)$

$B=\frac{1}{N_B{S}_B}\∫U_{B}dt---\left(4\right)$

其中，μ₀是真空磁导率值为4π×10^-7(H/m)，N_H是H测量线圈的匝数，N_B是局部B测量线圈的匝数，S_H是H测量线圈的截面积，S_B是铁心的截面积；

②测量局部损耗

将铁心相邻的两条直臂按照H测量线圈所在位置进行区域划分，如图4所示，根据H测量线圈和局部B测量线圈的位置将铁心两条臂分成十个区域。得到八个直臂小区域和两个拐角区域，并对直臂小区域进行编号，对直臂小区域采用局部均匀化方法计算磁场强度H，测量得到直臂小区域中心的BH曲线，因为在模型中铁心臂的主磁通是单方向的，所以根据波印廷定理，计算得到铁心在直臂小区域的比总损耗为：

$P_s=\frac{1}{{\mathrm{T\ρ}}_m}{\∫}_0^{T}HdB---\left(5\right)$

其中Ps是铁心的比总损耗，磁性材料测量需要得到的材料属性；ρ_m是铁心的密度，T是一个周期的时间，H和B是对应区域的磁场强度和磁场密度；

A.计算直臂小区域局部损耗铁心直臂小区域的损耗为：

$P_N=S_N{L}_N{\mathrm{\ρ}}_m{P}_{S_N}---\left(6\right)$

其中N是铁心直臂小区域的编号，P_N是铁心直臂小区域的损耗，S是铁心直臂小区域的有效截面积，P_SN是第N个小区域的比总损耗，由式(5)计算得到，L_N是第N个小区域的长度；

B.计算总损耗通过功率分析仪测量激励电流I₁和测量电压U₂，按照式(7)得到总损耗P，

P＝I₁U₂ (7)；

C.计算拐角区域损耗

因为铁心拐角处的磁通不是单方向的，而是旋转磁通并且分布不均匀，计算比较复杂，所以用总损耗减直臂上的损耗求得。

缠绕局部B测量线圈的相邻两条直臂和另外两条直臂上的磁通是对称的，四个拐角的磁通分布是相同的，可根据式(8)求得单个拐角区域损耗：

$P_C=\frac{P-2(P_1+P_2+...+P_N)}{4}---\left(8\right)$

其中P_C是单个拐角处的拐角区域损耗，P₁+P₂+…+P_N是两条直臂小区域上局部损耗的总和。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置，包括可拆卸木质夹具及激励线圈和测量线圈，铁心为四条直臂构成的矩形，其特征在于该装置还包括若干数量的局部B测量线圈及H测量线圈，在相邻的两条铁心直臂上贴有所述的H测量线圈，在铁心上，对应贴有H测量线圈的位置处，缠绕局部B测量线圈；然后，激励线圈和测量线圈并排绕制在整个铁心上，绕制好各线圈的铁心通过可拆卸木质夹具夹住固定；所述局部B测量线圈采用线径为0.1-0.3mm的漆包线，紧密绕制10-25匝；H测量线圈采用双层结构，用线径为0.03-0.06mm的自粘漆包线绕制在环氧树脂基板上制成。

2.根据权利要求1所述的测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置，其特征在于所述装置还包括支架，所述支架由绝缘材料制成，横截面为矩形，支架的形状尺寸与铁心的形状尺寸相匹配，贴有H测量线圈的铁心插入支架内，激励线圈和测量线圈并排均匀绕制在支架的外表面上，局部B测量线圈绕制在支架上并位于激励线圈和测量线圈的内部。

3.根据权利要求1所述的测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的装置，其特征在于铁心的四条直臂上均贴有H测量线圈。

4.一种测量变压器铁心BH曲线和局部损耗的方法，使用权利要求1或2所述装置，包括以下步骤：

①测量铁心BH曲线

选取一组局部B测量线圈和H测量线圈，分别连接信号采集器，激励线圈接电源，信号采集器直接采集一组局部B测量线圈和H测量线圈的感应电压信号，通过对该感应电压信号按照式(3)和式(4)进行积分计算，得到铁心中的B曲线和H曲线，即可绘制出对应的铁心BH曲线；

$H=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_0{N}_H{S}_H}\∫U_{H}dt---\left(3\right)$

$B=\frac{1}{N_B{S}_B}\∫U_{B}dt---\left(4\right)$

其中，μ₀是真空磁导率值为4π×10^-7(H/m)，N_H是H测量线圈的匝数，N_B是局部B测量线圈的匝数，S_H是H测量线圈的截面积，S_B是铁心的截面积；

②测量局部损耗

将铁心相邻的两条直臂按照H测量线圈所在位置进行区域划分，得到若干直臂小区域和拐角区域，并对直臂小区域进行编号，对直臂小区域采用局部均匀化方法计算磁场强度H，测量得到直臂小区域中心的BH曲线，根据波印廷定理，计算得到铁心在直臂小区域的比总损耗为：

$P_s=\frac{1}{{\mathrm{T\ρ}}_m}{\∫}_0^{T}HdB---\left(5\right)$

其中Ps是铁心的比总损耗，磁性材料测量需要得到的材料属性；ρ_m是铁心的密度，T是一个周期的时间，H和B是对应区域的磁场强度和磁场密度；

A.计算直臂小区域局部损耗铁心直臂小区域的损耗为：

$P_N=S_N{L}_N{\mathrm{\ρ}}_m{P}_{S_N}---\left(6\right)$

其中N是铁心直臂小区域的编号，P_N是铁心直臂小区域的损耗，S是铁心直臂小区域的有效截面积，P_SN是第N个小区域的比总损耗，由式(5)计算得到，L_N是第N个小区域的长度；

B.计算总损耗通过功率分析仪测量激励电流I₁和测量电压U₂，按照式(7)得到总损耗P，

P＝I₁U₂ (7)；

C.计算拐角区域损耗

缠绕局部B测量线圈的相邻两条直臂和另外两条直臂上的磁通是对称的，四个拐角的磁通分布是相同的，可根据式(8)求得单个拐角区域损耗：

$P_C=\frac{P-2(P_1+P_2+...+P_N)}{4}---\left(8\right)$

其中P_C是单个拐角处的拐角区域损耗，P₁+P₂+…+P_N是两条直臂小区域上局部损耗的总和。