CN108226653A - 基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法及系统，方法为：直流电源(Idc)，用于激励铁芯进入深度饱和，交流电源(Iac)，用于使变压器工作在深度饱和点；单独调节直流和交流电源电压输出值，激励铁芯进入深度饱和状态；同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形；提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f，计算深度饱和电感，公式为：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为电源频率。本发明提出的基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试和计算方法，从原理上解决了铁芯饱和特性传统测量方法所存在的技术经济难题。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测 试方法及系统。
背景技术
变压器是电力系统的核心设备之一，其运行条件十分复杂。在过电压、暂态冲击或直流 偏磁等影响下，变压器极易进入饱和甚至是深度饱和状态。变压器铁芯饱和(如励磁涌流、铁 磁谐振、地磁感应电流、直流偏磁等)后，会导致励磁涌流高度畸变，产生大量谐波，变压器 温升、振动、噪声增大，无功损耗增加。而铁芯深度饱和时，变压器绕组可能达到热点温度， 进而损坏匝间绝缘甚至引起严重的内部故障。因此，研究变压器铁芯的深度饱和特性对其设计、 运行和维护十分重要。
国内外学者对变压器磁饱和问题的研究主要集中在仿真建模方面。比如，在变压器T模型 的基础上引入磁化曲线和铁耗曲线建立了考虑铁芯饱和特性的变压器仿真模型；将变压器空载 试验曲线分段线性化与UMEC模型相结合以表征铁芯的饱和特性等。而在试验测量(尤其是铁 芯深度饱和特性测量)方面的研究很少，这主要是由于采用传统的交流电源激励变压器铁心进 入深度饱和存在技术经济难题：深度饱和时绕组电流远大于变压器额定电流，且电压较高，所 需的交流电源容量可能达到变压器额定容量的数倍甚至数十倍，因此该方法难以在大容量变压 器上进行应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法及系 统，为变压器深度饱和特性研究提供了基础。
本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：一种基于交直流混合电源的变压器铁芯 深度饱和电感测试方法，包括以下步骤：
S1：以具有单独调节交直流分量的交直流混合电源作激励源产生交直流分量，其中直流分 量用于激励铁芯进入深度饱和，交流分量用于使变压器工作在深度饱和点；其中，直流分量和 交流分量输入变压器一次侧，变压器二次侧开路；
S2：单独调节直流和交流电压输出值，激励铁芯进入深度饱和状态；同步测量变压器一次 侧电流I1和二次侧电压U2波形；
S3：提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f计算深度饱和电感，公 式为：
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为 电源频率。
优选地，所述同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形的次数为3-5次。
优选地，采用快速傅里叶变换提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值 U2f；则I1f＝FFT[I1]，U2f＝FFT[U2]。
本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：一种基于交直流混合电源的变压器铁芯 深度饱和电感测试系统，包括：
交直流混合电源，作为激励源产生交直流分量，其中直流分量用于激励铁芯进入深度饱和， 交流分量用于使变压器工作在深度饱和点；
电流探头，用于获取变压器一侧次电流；
电压探头，用于获取变压器二侧次电压；
提取器，用于提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f计算深度饱和 电感，公式为：
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为 电源频率。
优选地，所述同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形的次数为3-5次。
优选地，采用快速傅里叶变换提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值 U2f；则I1f＝FFT[I1]，U2f＝FFT[U2]。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明提出的基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试和计算方法，从原理上 解决了铁芯饱和特性传统测量方法所存在的技术经济难题。且测试电路简单，仅需要小功率电 源和基本传感器即可实现对电力变压器不同饱和状态下饱和电感值的测试，具有十分重要的应 用价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种 程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的 实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为深度饱和电感测试原理图；
图2为深度饱和电感测试电路；
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法，包括以下步 骤：
S1：以具有单独调节交直流分量的交直流混合电源作激励源产生交直流分量，其中直流分 量用于激励铁芯进入深度饱和，交流分量用于使变压器工作在深度饱和点；其中，直流分量和 交流分量输入变压器一次侧，变压器二次侧开路；
S2：单独调节直流和交流电压输出值，激励铁芯进入深度饱和状态；同步测量变压器一次 侧电流I1和二次侧电压U2波形；
S3：提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f计算深度饱和电感，公 式为：
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为 电源频率。
于本实施例中，所述同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形的次数为3-5次， 可以减小测量误差。
于本实施例中，采用快速傅里叶变换提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电 压幅值U2f；则I1f＝FFT[I1]，U2f＝FFT[U2]。采用快速傅里叶变换可以提高计算结果的精 度。
具体地，选用一台额定电压U＝13V，额定电流I＝1A，一二次侧匝数比为1:1的单相双绕 组变压器，利用上述方法测量和计算变压器的深度饱和电感。具体步骤为：
S1：根据深度饱和电感的测试原理及试验变压器的规格，将信号发生器(型号：RIGOL DG1000)和功率放大器(型号：AE TECHRON 7548)组合成为交直流混合电源，信号发生器能够 单独调节信号的交直流分量。其中直流分量用于激励铁芯进入深度饱和，交流分量用于使变压 器工作在深度饱和点。功率放大器用于满足变压器铁芯深度饱和时的功率要求。
单独调节直流和交流电压输出值，激励铁芯进入深度饱和状态。同步测量变压器一次侧电 流I1和二次侧电压U2波形。为减小测量误差，试验重复3次。
由于测试现场的电磁干扰等因素影响，电流和电压波形中可能含有高次谐波，为提高计算 结果的精度，采用快速傅里叶变换(FFT)提取一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值 U2f，进而计算深度饱和电感。公式为：
I1f＝FFT[I1]
U2f＝FFT[U2]
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感，H；n为变压器一二次侧匝数比；f 为电源频率，Hz。将计算结果取平均值即可得到铁芯深度饱和时，从变压器一次侧看进去的 深度饱和电感值。
于本实例中，变压器铁芯深度饱和时，两个端口的非线性特性不同。因此以变压器二次侧 作激励端，同步测量变压器二次侧电流I2和一次侧电压U1波形，进而得到从变压器二次侧看 进去的深度饱和电感L2。其计算公式为：
式中，I2f为二次侧基频电流幅值，A；U1f为一次侧基频电压幅值，V。
调节信号发生器输出的直流分量，得到试验变压器铁芯三种不同饱和状态下的饱和电感值 如表1。
表1三种不同饱和状态下的饱和电感值
本发明提出的基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试和计算方法，从原理上 解决了铁芯饱和特性传统测量方法所存在的技术经济难题。且测试电路简单，仅需要小功率电 源和基本传感器即可实现对电力变压器不同饱和状态下饱和电感值的测试，具有十分重要的应 用价值。
实施例二
本实施例提供一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试系统，包括：
交直流混合电源，作为激励源产生交直流分量，其中直流分量用于激励铁芯进入深度饱和， 交流分量用于使变压器工作在深度饱和点；
电流探头，用于获取变压器一侧次电流；
电压探头，用于获取变压器二侧次电压；
提取器，用于提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f计算深度饱和 电感，公式为：
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为 电源频率。
于本实例中，变压器铁芯深度饱和时，两个端口的非线性特性不同。因此以变压器二次侧 作激励端，同步测量变压器二次侧电流I2和一次侧电压U1波形，进而得到从变压器二次侧看 进去的深度饱和电感L2。其计算公式为：
式中，I2f为二次侧基频电流幅值，A；U1f为一次侧基频电压幅值，V。
具体地，所述的交直流混合电源可以为一信号发生器，该信号发生器能够单独调节信号的 交直流分量。
于本实施例中，所述同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形的次数为3-5次。
于本实施例中，采用快速傅里叶变换提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电 压幅值U2f；则I1f＝FFT[I1]，U2f＝FFT[U2]。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例 对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修 改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (6)
1.一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法，其特征在于：
S1：以具有单独调节交直流分量的交直流混合电源作激励源产生交直流分量，其中直流分量用于激励铁芯进入深度饱和，交流分量用于使变压器工作在深度饱和点；其中，直流分量和交流分量输入变压器一次侧，变压器二次侧开路；
S2：单独调节直流和交流电压输出值，激励铁芯进入深度饱和状态；同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形；
S3：提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f计算深度饱和电感，公式为：
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为电源频率。
2.根据权利要求1所述的一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法，其特征在于：所述同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形的次数为3-5次。
3.根据权利要求1所述的一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法，其特征在于：采用快速傅里叶变换提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f；则I1f＝FFT[I1]，U2f＝FFT[U2]。
4.一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试系统，其特征在于：包括
交直流混合电源，作为激励源产生交直流分量，其中直流分量用于激励铁芯进入深度饱和，交流分量用于使变压器工作在深度饱和点；
电流探头，用于获取变压器一侧次电流；
电压探头，用于获取变压器二侧次电压；
提取器，用于提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f计算深度饱和电感，
公式为：
式中：L1为从变压器一次侧看进去的深度饱和电感值，n为变压器一二次侧匝数比，f为电源频率。
5.根据权利要求4所述的一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法，其特征在于：所述同步测量变压器一次侧电流I1和二次侧电压U2波形的次数为3-5次。
6.根据权利要求4所述的一种基于交直流混合电源的变压器铁芯深度饱和电感测试方法，其特征在于：采用快速傅里叶变换提取变压器一次侧基频电流幅值I1f和二次侧基频电压幅值U2f；则I1f＝FFT[I1]，U2f＝FFT[U2]。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180629 |