CN109308403A - 一种基于物理实验确定电流互感器j-a仿真模型的方法 - Google Patents

一种基于物理实验确定电流互感器j-a仿真模型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及物理实验方法技术领域，尤其涉及一种基于物理实验确定电流互感器J‑A仿真模型的方法，解决现有技术中存在的过程复杂的缺点，包括以下步骤：S1、假设J‑A假设模型为；S2、简化J‑A假设模型为；S3、取磁芯材料不同的电流互感器；S4、将电流互感器接入电路；S5、一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，计二次绕组端的电压数值；S6、调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；S7、做电流互感器的磁滞曲线，与J‑A假设模型拟合，得m、n和k的数值。本发明可表现不同材质的磁芯、不同温度下磁滞回线的特征，修正后的J‑A仿真模型更加接近实际，而且操作简单，易于理解，适用于通识课程物理实验。

Description

一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法
技术领域
本发明涉及物理实验方法技术领域，尤其涉及一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法。
背景技术
为了反映磁滞特性，人们提出了许多磁滞回线模型，其中具有代表性的是J-A模型，该模型运用磁畴壁的概念，将磁畴、磁化过程分解成有摩擦效应的不可逆分量Mirr和弹性可逆分量Mrev，利用修改的拉格朗日函数描述磁化强度和磁场强度之间的关系，并最终获得磁感应强度和磁场强度的关系，但目前电流传感器的J-A模型参数为典型默认值，只能代表一种电流互感器的情况，不具有通用性。
中国专利CN107103163A公开了一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，该方法专业性较强，比较复杂，理解难度大，不适用于在通识课程物理实验使用。
因此，我们提出了一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的过程复杂的缺点，而提出的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法。
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
优选的，其中Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数。
优选的，其中kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度。
优选的，所述磁芯材料为铁基非晶合金、铁镍基非晶合金或铁基纳米晶合金中的一种。
优选的，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每3℃～8℃测量一次。
优选的，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每2V～5V测量一次。
优选的，曲线拟合采用的软件为Orgin、CurveExpert Professional或TableCurve2D中的一种。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过物理实验的方式对现有的电流互感器J-A仿真模型进行修正，可表现不同材质的磁芯，以及不同温度下磁滞回线的特征，使得修正后的J-A仿真模型更加接近实际。
2、本发明简化了物理实验的方法，操作简单，易于理解，适用于在通识课程物理实验。
综上所述，对比于现有技术，本发明对现有的电流互感器J-A仿真模型进行修正，可表现不同材质的磁芯，以及不同温度下磁滞回线的特征，修正后的J-A仿真模型更加接近实际，而且操作简单，易于理解，适用于通识课程物理实验。
附图说明
附图1为本发明提出的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法的流程简图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
本实施例中，Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数，kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度，磁芯材料为铁基非晶合金，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每3℃测量一次，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每5V测量一次，曲线拟合采用的软件为CurveExpert Professional。
实施例二：
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
本实施例中，Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数，kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度，磁芯材料为铁基非晶合金，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每5℃测量一次，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每2V测量一次，曲线拟合采用的软件为CurveExpert Professional。
实施例三：
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
本实施例中，Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数，kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度，磁芯材料为铁镍基非晶合金，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每3℃测量一次，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每5V测量一次，曲线拟合采用的软件为CurveExpert Professional。
实施例四：
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
本实施例中，Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数，kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度，磁芯材料为铁镍基非晶合金，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每5℃测量一次，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每2V测量一次，曲线拟合采用的软件为CurveExpert Professional。
实施例五：
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
本实施例中，Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数，kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度，磁芯材料为铁基纳米晶合金中，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每3℃测量一次，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每5V测量一次，曲线拟合采用的软件为CurveExpert Professional。
实施例六：
一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
本实施例中，Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数，kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度，磁芯材料为铁基纳米晶合金，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每5℃测量一次，保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每2V测量一次，曲线拟合采用的软件为CurveExpert Professional。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据理想状态下非磁滞磁化强度公式：，假设修正后的J-A假设模型为；
S2、将视为一个变量，将J-A假设模型简化为；
S3、取磁芯材料不同的电流互感器，且这些电流互感器的一次绕组匝数与二次绕组匝数两个参数分别相等；
S4、将电流互感器与电路连接，一次绕组端和二次绕组端分别连接电压表和电流表，一次绕组端连接电源；
S5、将电流互感器放入恒温箱，为避免温度对其他组件的影响，其他组件留在恒温箱外，在-5℃～75℃的范围内，保持一次绕组端的电压不变，调整恒温箱的温度，待温度稳定后，计二次绕组端的电压数值；
S6、保持恒温箱温度不变，在一次绕组端电压3V～80V的范围内，调整一次绕组端的电压，计二次绕组端的电压数值；
S7、根据一次绕组端的电流和电压、二次绕组端的电流和电压以及电流互感器的参数，做电流互感器的磁滞曲线，并与J-A假设模型进行拟合，得出不同磁芯材料、温度和一次绕组端电压条件下的m、n和k的数值。
2.根据权利要求1所述的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于，其中Ms为保护磁化强度,α为表征此仇内部耦合的平均场参数，a=kBT/（μ0m）是表征材料非磁滞磁化曲线形状的参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于，其中kB为玻尔兹曼常数，T是开尔文温度，μ0=4π×10-7，M为典型磁畴的饱和磁化强度。
4.根据权利要求1所述的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于，所述磁芯材料为铁基非晶合金、铁镍基非晶合金或铁基纳米晶合金中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于，保持一次绕组端的电压不变，测量二次绕组端的电流时，在-5℃～75℃的范围内，每3℃～8℃测量一次。
6.根据权利要求1所述的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于,保持温度不变，测量二次绕组端的电流时，在3V～80V的范围内，每2V～5V测量一次。
7.根据权利要求1所述的一种基于物理实验确定电流互感器J-A仿真模型的方法，其特征在于,曲线拟合采用的软件为Orgin、CurveExpert Professional或TableCurve 2D中的一种。
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