CN202600121U - 变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，涉及磁滞回线的测量，主要用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、数字示波器、功率分析仪和工频交流电源按以下连接构成：工频交流电源两极分别通过导线与两个限流电阻连接至接触调压器中的两个输入端，接触调压器中的输出端通过导线与直流电流源的输入端相连，直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器铁心模型的激磁线圈相连，变压器铁心模型的激磁线圈通过导线与接触调压器的输出端连接，数字示波器的测量探头与变压器铁心模型的测量线圈相连。本装置模拟测量所得变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线接近真实值。

Description

变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置

技术领域

本实用新型的技术方案涉及磁滞回线的测量，具体地说是变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置。

背景技术

随着我国特高压直流输电技术的不断发展，变压器直流偏磁问题日益突出，并已经成为工程实际中亟待解决的课题。研究直流偏磁对交流变压器的影响对于变压器制造厂家、电力系统管理和建设部门都是十分必要，这已引起国内外变压器设计和科研人员的重视。

变压器直流偏磁现象是指由于某种原因导致变压器铁心中出现了直流磁通，使得变压器铁心呈现正负半周不对称饱和以及由此引起的一系列电磁效应。变压器在直流偏磁工作条件下，直流磁通和交流磁通相叠加形成偏磁时铁心的总磁通，在与直流偏磁方向一致的半个周期，铁心饱和程度大大增加，在与直流偏磁方向相反的半个周期，铁心饱和程度减弱，使得激磁电流呈现正负半周不对称的形状，正半周出现尖峰，且其峰值比无偏置磁场作用时大很多。变压器的这种非正常工作状态导致铁心中磁通密度饱和程度加剧，产生谐波，加剧噪声、过热、振动等问题，严重时可引起变压器的损坏，并可能引起保护的误动作。

为了减少直流偏磁对交流变压器的影响，必须对变压器铁心材料在其实际工作状态下的电磁性能进行测量，以便对变压器铁心结构进行优化设计。而实现这一目的前提是要准确测量变压器铁心材料的磁特性数据，其中首先是要获得在完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况的更加接近真实值的变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线。

近年来，在对电力变压器进行三维有限元分析时，不论是磁性材料中的电磁场分布，还是损耗分布，其结果的准确度和有效性归根结底还是取决于材料在其实际工作状态下的电磁性能。而电工材料供应商提供的电磁性能数据，例如取向硅钢片的磁化性能曲线，通常是在标准规定的条件下测量得出的。例如采用传统的爱泼斯坦方圈以及单片测量仪的测量条件，其中包括供电电源、环境温度和试件取样的严格规定，但是在这种标准条件下测量得到的数据，显然不能应用于硅钢片铁心的直流偏磁问题的求解。因为直流偏磁条件下，硅钢片材料的磁化过程是交流激励电流和直流激励电流的共同作用过程，而上述方法中所采用的激励电流都是标准的正弦交流激励，没有考虑直流激励的影响。另外，日本学者高桥则雄等在冈山大学的实验室利用开放式单片测量系统，实现对铁磁材料在直流偏磁工作条件下的材料属性进行测量。利用该实验系统对在某一额定交流工作磁通密度时，不同偏置磁场作用下硅钢片中铁磁材料的直流磁通进行了测量，得到了该材料在直流偏磁条件下的磁滞回线。该方法的缺点是：该系统激励的施加方式采用的是交流激励和直流激励并联加载的方式，与在线运行实际中的电力变压器发生直流偏磁问题时的串联激励方式不一致，获得的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线偏离真实值，导致测量结果产生误差。如果即便该系统采用和实际工况相符的串联激励方式，那么由于材料的激励是交流和直流的混合作用，将导致测量结果中交流磁通和直流磁通无法分离，硅钢片材料的直流磁通仍然无法从实验中直接确定。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，针对电力变压器常用的晶粒取向硅钢片，采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，制作成变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，该装置能够模拟直流偏磁工作条件下的叠积型铁心材料中的直流磁通，并由此测量变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线。这样的模拟测量，完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线接近真实值。

本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，主要用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、功率分析仪、数字示波器和工频交流电源按以下连接构成本实施例的变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，其中，变压器铁心模型包括变压器叠片铁心、激磁线圈和测量线圈，所述变压器铁心模型是为完全按照电力变压器铁心的制造标准和叠装工艺设计制作的产品级模型，工频交流电源两极分别通过导线和两个限流电阻R₁及R₂连接至接触调压器中的输入端A和输入端B，接触调压器中的输出端a通过导线与开关K1连接至直流电流源的输入端，直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器铁心模型的激磁线圈一端相连，变压器铁心模型的激磁线圈另一端通过导线和开关K1与接触调压器的输出端b连接，功率分析仪的电压测量端子与变压器铁心模型的激磁线圈相连，数字示波器的测量探头与变压器铁心模型的测量线圈通过开关K2相连，上述的激磁线圈为变压器铁心一次侧线圈，测量线圈为变压器铁心二次侧线圈。

上述变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其中变压器铁心模型的变压器叠片铁心截面面积为2.77×10³mm²，激磁线圈的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，激磁线圈线规为

测量线圈匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，测量线圈线规为

变压器铁心接缝面积为4.01×10³mm²。

上述变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其中变压器铁心模型采用45°全斜接缝、每级两片、三级步进5mm搭接的叠装工艺制作而成。

上述变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其中所涉及的元器件和材料均是本技术领域的技术人员所熟知的，并可以通过商购获得。

用上述变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，按以下的步骤获得在27V～486V范围中一个任意给定的交流工作点和0.1A～2A范围中一个任意给定直流偏磁磁场强度I_dc作用时的被测变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线，所述交流工作点是指工频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即工频交流电源输出的电压U_g。

第一步，测量在U_g＝27V～486V范围中不同交流工作点和直流电流I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下的上述变压器铁心模型激磁线圈的激磁电流I的波形；

第二步，测量在U_g＝27V～486V范围中，和第一步中对应的不同交流工作点和直流电流I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下的上述变压器铁心模型测量线圈的感应电压e(t)的波形；

第三步，对第二步中测量得到的感应电压e(t)数据采用公式(I)计算该变压器铁心模型中的交流磁通Φ

$\mathrm{\φ}\left(t_i\right)=\mathrm{\φ}\left(0\right)+\frac{1}{N}{\∫}_0^{t_i}e\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

设初始积分时刻t＝0，积分时步为0.1ms，完成200个时步的积分后，得到一个20ms周波内交流磁通Φ的波形，式中N为测量线圈的匝数，e(t)是数字示波器采集的测量线圈两端的感应电压；

第四步，在I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下，对U_g＝27V的交流工作点，对第三步计算得到的一个20ms周波的交流磁通Φ的大小，取其中一个时刻的交流磁通最大值Φ_m，根据第一步中获得的激磁电流I的波形，取和Φ_m对应时刻的激磁电流I的数值，记为I_b，得到一组Φ_m-I_b数据，对于其他每一个不同交流工作点做相同处理，进而可以得到被测变压器铁心材料在U_g＝27V～486V范围内不同交流工作点和在I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下的Φ_m-I_b曲线；

第五步，测量在U_g＝27V～486V范围中所给定的交流工作点和在I_dc＝0.1A～2A范围中所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器铁心模型的一个20ms周波的激磁电流i的波形；

第六步，测量在U_g＝27V～486V范围中与第五步中相同的交流工作点和在I_dc＝0.1A～2A范围中与第五步中相同的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器铁心模型的感应电压器u(t)的波形；

第七步，对第六步中测量得到的感应电压u(t)数据采用公式(II)计算该变压器铁心模型中的交流磁通φ

$\mathrm{\φ}\left(t_i\right)=\mathrm{\φ}\left(0\right)+\frac{1}{N}{\∫}_0^{t_i}u\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(\mathrm{II}\right)$

设初始积分时刻t＝0，积分时步为0.1ms，完成200个时步的积分后，得到一个20ms周波内交流磁通φ的波形，式中N为测量线圈的匝数，u(t)是数字示波器采集的测量线圈两端的感应电压；

第八步，在第七步计算得到的一个20ms周波的交流磁通φ的波形中和在第五步得到的一个20ms周波的激磁电流i的波形中，以同一时刻的φ和i作为一组φ-i数据对，用该20ms周波内的时步为0.1ms的所有时刻的φ-i数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在所给定的交流工作点和所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下的φ-i曲线；

第九步，提取第八步得到的φ-i曲线中的交流磁通最大值φ_m和对应的激磁电流i_b，利用第四步得到的Φ_m-I_b曲线，查找激磁电流数值I_b＝i_b时对应的Φ_m-I_b曲线上的Φ_m数值，用Φ_m减去φ_m即得到在所给定的交流工作点和在所给定的直流电流的直流偏置磁场强度作用下被测变压器铁心材料中的直流磁通值ΔΦ；

第十步，将第八步中获得的φ-i曲线中每个时刻的φ值都加上第九步中得到的ΔΦ值，激磁电流i值保持不变，即将第八步中获得的φ-i曲线沿φ轴向上平移ΔΦ，得到被测变压器铁心材料中的总磁通Φ_s＝φ+ΔΦ；

第十一步，对第十步中获得的总磁通Φ_s数据采用公式(III)计算该变压器铁心模型中的交流磁通密度B

$B=\frac{{\mathrm{\Φ}}_s}{S}---\left(\mathrm{III}\right)$

上式中，S为变压器叠片铁心的有效横截面积；

第十二步，对第五步中获得的激磁电流i数据采用公式(IV)计算施加于该变压器铁心模型的磁场强度H

$H=\frac{\mathrm{Ni}}{L}---\left(\mathrm{IV}\right)$

上式中，L是变压器铁心模型的几何平均磁路长度，N是激磁线圈的匝数，i是激磁电流；

第十三步，对第十一步中获得的交流磁通密度B和第十二步中获得的磁场强度H，以上述20ms周波内的同一时刻的B和H作为一组B-H数据对，用该20ms周波内的时步为0.1ms的所有时刻的B-H数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在U_g＝27V～486V范围内所给定的交流工作点的B-H数据对曲线，即被测变压器铁心材料在上述所给定的交流工作点和I_dc≠0A即有直流偏置磁场作用下的直流偏磁磁滞回线。

上述获得被测变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的步骤中，所述不同交流电压工作点的获得方法是通过在27V～486V范围内以20V步进来调节上述工频交流电源输出的电压值，使得变压器铁心模型处于不同的交流工作点。

上述获得被测变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的步骤中，第一步至第四步是制作任意交流工作点和直流电流作用下的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的通用步骤。

上述获得被测变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的步骤中，所述直流偏置磁场强度为施加在变压器激磁绕组上的直流励磁电流，所述变压器铁心材料的总磁通为交流激励和直流激励共同作用下变压器铁心中的磁通。

本实用新型的有益效果是：

与现有技术相比，本实用新型变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置的突出的实质性特点是：在用本实用新型装置获得压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的方法中，针对电力变压器常用的晶粒取向硅钢片，采用和实际变压器发生直流偏磁时相同的交直流串联激励的方式，制作成变压器铁心材料的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，该装置能够模拟直流偏磁工作条件下叠积型铁心材料中的直流磁通，测量变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线。这样的模拟测量，完全符合电力变压器发生直流偏磁的实际情况，获得的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线接近真实值。

与现有技术相比，本实用新型变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置的显著进步是：该装置能够模拟直流偏磁工作条件下的叠积型铁心材料中的直流磁通，并由此测量变压器铁心材料的直流磁通数据和直流偏磁磁滞回线，所得到的结果比采用单片测量系统和爱泼斯坦方圈测量得到变压器铁心材料的对应磁性能数据，更接近电力变压器发生直流偏磁问题时变压器铁心材料所呈现的磁特性。应用本实用新型装置实施的变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法，所得到的材料磁特性数据对电力变压器的激磁电流进行计算及变压器铁心材料进行三维有限元仿真分析，计算得到的直流偏磁工况下激磁电流数据和变压器铁心中的磁通分布和损耗分布更加准确，对变压器铁心结构优化设计和避免局部过热危害具有工程应用价值和指导意义。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置构成原理图。

图2为本实用新型变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中的变压器铁心模型的结构示意图。

图3为本实用新型实施例1在无偏置磁场I_dc＝0A作用时，变压器铁心材料的Φ_m-I_b曲线。

图4为本实用新型实施例1在交流工作点U_g＝459V和偏置磁场I_dc＝0.1A作用时，激磁线圈的激磁电流波形。

图5为本实用新型实施例1在交流工作点U_g＝459V和偏置磁场I_dc＝0.1A作用时，测量线圈的感应电压波形。

图6为本实用新型实施例1在交流工作点U_g＝459V和偏置磁场I_dc＝0.1A作用时，变压器铁心材料的φ-i曲线。

图7为本实用新型实施例1在交流工作点U_g＝459V和偏置磁场I_dc＝0.1A作用时，变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线。

图中，1.接触调压器，2.变压器铁心模型，3.直流电流源，4.功率分析仪，5.数字示波器，6.工频交流电源，7.变压器叠片铁心，8.激磁线圈，9.测量线圈。

具体实施方式

图1所示实施表明，主要用接触调压器(1)、变压器铁心模型(2)、直流电流源(3)、功率分析仪(4)、数字示波器(5)和工频交流电源(6)按以下连接构成本实施例的变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法的所用装置，工频交流电源(6)两极分别通过导线和两个限流电阻R₁及R₂连接至接触调压器(1)中的输入端A和输入端B，接触调压器(1)中的输出端a通过导线与开关K1连接至直流电流源(3)的输入端，直流电流源(3)的输出端通过导线与功率分析仪(4)的电流输入端子I1相连，功率分析仪(4)的电流输出端子I2通过导线与变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)一端相连，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)另一端通过导线和开关K1与接触调压器(1)的输出端b连接，功率分析仪(4)的电压测量端子U1与变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)相连，数字示波器(5)的测量探头U2与变压器铁心模型(2)的测量线圈(9)通过开关K2相连，上述的激磁线圈(8)为变压器铁心一次侧线圈，测量线圈(9)为变压器铁心二次侧线圈。

图2所示实施例表明了本发明变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置中的变压器铁心模型(2)的总体结构构成，该变压器铁心模型(2)包括变压器叠片铁心(7)、激磁线圈(8)和测量线圈(9)。其中图2a为变压器铁心模型(2)的整体尺寸图，该图中表明，变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)的硅钢片外边长为420mm，变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)的硅钢片内边长为200mm，变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)的硅钢片中心边长为310mm，变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)的硅钢片接缝搭接长度为10mm，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)和测量线圈(9)绕制长度为180mm，A-A为变压器铁心模型(2)纵向剖面，I为变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)和测量线圈(9)的纵向剖面，激磁线圈(8)和测量线圈(9)紧贴变压器叠片铁心(7)绕制；图2b为变压器铁心模型(2)的纵向剖面图，该图中表明，变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)的硅钢片的宽度为110mm，变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)的硅钢片高度为26mm，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)和测量线圈(9)的厚度为7.8mm，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)与变压器叠片铁心(7)的硅钢片的距离为1mm；图2c为变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)和测量线圈(9)的剖面图，该图中表明，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)和测量线圈(9)的厚度为7.8mm，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)与变压器叠片铁心(7)的硅钢片的距离为1mm。

变压器叠片铁心(7)采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5mm搭接的叠装工艺制作而成，为了保证实验测量结果的准确性激磁线圈(8)和测量线圈(9)紧贴变压器叠片铁心(7)绕制，由绝缘件夹紧。

实施例1

按图1所示实施例构制成本实施例变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其中变压器铁心模型(2)采用45°全斜接缝、每级两片和三级步进5mm搭接的叠装工艺制作而成，为了保证实验测量结果的准确性激磁线圈(8)和测量线圈(9)紧贴变压器叠片铁心(7)绕制，由绝缘件夹紧。变压器铁心材料选用武汉钢铁公司生产的30Q140冷轧取向硅钢片，未经退火处理。变压器铁心模型(2)的变压器叠片铁心(7)截面面积为2.77×10³mm²，激磁线圈(8)的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，激磁线圈(8)线规为测量线圈(9)匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，测量线圈(9)线规为

变压器铁心接缝面积为4.01×10³mm²。工频交流电源(6)为天津的SWF-31020，用于给变压器铁心模型(2)施加交流正弦激励。接触调压器(1)为上海的TSGC2J，用于调节交流激励的大小，即通过在27V～486V范围内以20V步进来调节工频交流电源(6)的输出，使得变压器铁心模(2)型处于不同的交流工作点。直流电流源(3)为保定的SM33-40A，串联在变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)中，用于给变压器铁心模型(2)提供特定的直流偏置磁场强度，通过调整直流电流的输出改变施加在变压器铁心模型(2)上的直流偏置磁场强度。数字示波器(5)为美国的泰克TPS2024，连接于变压器铁心模型(2)的测量线圈(9)两端，采集变压器铁心模型(2)的测量线圈(9)的感应电压波形和数据。功率分析仪(4)为日本横河的WT3000，其电流采集端子中的电流输出端子I2串联于变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)中，用于监测直流电流源(3)的输出电流，通过调节直流电流源(3)的输出保证变压器铁心模型(2)工作于要求的直流偏磁磁场强度，同时采集变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)中的激励电流波形和数据，其电压测量端子U1还用于监测接触调压器(1)的输出电压，通过调节接触调压器(1)的输出保证变压器铁心模型(2)工作于要求的交流工作点，工频交流电源(6)两极分别通过导线与100欧姆的限流电阻R₁和R₂连接至接触调压器(1)中的输入端A、B，接触调压器(1)中的输出端a通过导线与开关K1连接至直流电流源(3)的输入端，直流电流源(3)的输出端通过导线与功率分析仪(4)的电流输入端子I1相连，功率分析仪(4)的电流输出端子I2通过导线与变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)相连，变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)通过导线与接触调压器(1)的输出端b连接，功率分析仪(4)的电压测量端子U1与变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)相连，数字示波器(5)的测量探头U2与变压器铁心模型(2)的测量线圈(9)通过开关K2相连，上述的激磁线圈(8)为变压器铁心一次侧线圈，测量线圈(9)为变压器铁心二次侧线圈。

用上述变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，按以下的步骤获得在一个给定的交流工作点U_g＝459V和一个给定直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A作用时的被测变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线，下述的交流工作点是指工频为50HZ时的不同交流励磁电压幅值也即工频交流电源(6)输出的电压U_g。

第一步，测量在U_g＝27V～486V范围中不同交流工作点和直流电流I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下上述变压器铁心模型(2)的激磁线圈(8)的激磁电流I的波形；

第二步，测量在U_g＝27V～486V范围中，和第一步中对应的不同交流工作点和直流电流I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下上述变压器铁心模型(2)的测量线圈(9)的感应电压e(t)的波形；

第三步，对第二步中测量得到的感应电压e(t)数据采用公式(I)计算该变压器铁心模型(2)中的磁通Φ

$\mathrm{\φ}\left(t_i\right)=\mathrm{\φ}\left(0\right)+\frac{1}{N}{\∫}_0^{t_i}e\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(I\right)$

设初始积分时刻t＝0，积分时步为0.1ms，完成200个时步的积分后，得到一个20ms周波内磁通Φ的波形，式中N为测量线圈(9)的匝数，e(t)是数字示波器采集的测量线圈(9)两端的感应电压；

第四步，在I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下，对U_g＝27V的交流工作点，对第三步计算得到的一个20ms周波的交流磁通Φ的大小，取其中一个时刻的交流磁通最大值Φ_m，根据第一步中获得的激磁电流I的波形，取和Φ_m对应时刻的激磁电流I的数值，记为I_b，得到一组Φ_m-I_b数据，对于其他每一个不同交流工作点做相同处理，进而可以得到被测变压器铁心材料在U_g＝27V～486V范围内不同交流工作点和在I_dc＝0A即无直流偏置磁场作用下的Φ_m-I_b曲线；所得曲线如图3所示，图3中横坐标是电流I_b，单位为安培，纵坐标是磁通Φ_m，单位为毫韦伯；

第五步，测量在给定的交流工作点U_g＝459V和给定的直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器铁心模型(2)的激磁电流i的波形。所得激磁电流i的波形如图4所示，图4中横坐标是时间单位为毫秒，纵坐标是激磁电流值单位为安培，该曲线为第八步提供了一个20ms周波内任意时刻激磁电流i的数据；

第六步，测量再给定的交流工作点U_g＝459V和给定的直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下的上述变压器铁心模型(2)的感应电压器u(t)的波形。所得感应电压器u(t)的波形如图5所示，图5中横坐标是时间，单位为毫秒，纵坐标是感应电压值，单位为伏特，该曲线为第七步提供了一个20ms周波内任意时刻感应电压u(t)的数据；

第七步，对第六步中测量得到的感应电压u(t)数据采用公式(II)计算该变压器铁心模型(2)中的交流磁通φ

$\mathrm{\φ}\left(t_i\right)=\mathrm{\φ}\left(0\right)+\frac{1}{N}{\∫}_0^{t_i}u\left(t\right)\mathrm{dt}---\left(\mathrm{II}\right)$

设初始积分时刻t＝0，积分时步为0.1ms，完成200个时步的积分后，得到一个20ms周波内交流磁通φ的波形，式中N为测量线圈(9)的匝数，u(t)是数字示波器采集的测量线圈(9)两端的感应电压；

第八步，在第七步计算得到的一个20ms周波的交流磁通φ的波形中和在第五步得到的一个20ms周波的激磁电流i的波形中，以同一时刻的φ和i作为一组φ-i数据对，用该20ms周波内的时步为0.1ms的所有时刻的φ-i数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在所给定的交流工作点U_g＝459V和所给定的直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下的φ-i曲线。所得在给定的交流工作点U_g＝459V和给定的直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下的φ-i曲线如图6所示。图6中横坐标是激磁电流，单位为安培，纵坐标是磁通，单位为毫韦伯；

第九步，提取第八步得到的φ-i曲线中的磁通最大值φ_m和对应的激磁电流i_b，利用第四步得到的Φ_m-I_b曲线，查找激磁电流数值I_b＝i_b时对应的Φ_m-I_b曲线上的Φ_m数值，用Φ_m减去φ_m即得到交流工作点U_g＝459V和给定的直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下被测变压器铁心材料中的直流磁通值ΔΦ＝0.15mWb；

第十步，将第八步中获得的φ-i曲线中每个时刻的φ值都加上第九步中得到的ΔΦ值0.15mWb，得到被测变压器铁心材料中的总磁通Φ_s＝φ+0.15，且激磁电流i值保持不变，即将第八步中获得的φ-i曲线沿φ轴向上平移0.15mWb；

第十一步，对第十步中获得的总磁通Φ_s数据采用公式(III)计算该变压器铁心模型(2)中的磁通密度B；

$B=\frac{{\mathrm{\Φ}}_s}{S}---\left(\mathrm{III}\right)$

上式中，S为变压器叠片铁心的有效横截面积。

第十二步，对第五步中的激磁电流i数据采用公式(IV)计算施加于该变压器铁心模型(2)的磁场强度H

$H=\frac{\mathrm{Ni}}{L}---\left(\mathrm{IV}\right)$

上式中，L是变压器铁心模型(2)的几何平均磁路长度，N是激磁线圈(8)的匝数，i是激磁电流。

第十三步，对第十一步中获得的交流磁通密度B和第十二步中获得的磁场强度H，以上述20ms周波内的同一时刻的B和H作为一组B-H数据对，用该20ms周波内的时步为0.1ms的所有时刻的B-H数据对绘图，便得到被测变压器铁心材料在给定的交流工作点U_g＝459V和给定的直流偏磁磁场强度I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下的直流偏磁磁滞回线。所得在给定的交流工作点U_g＝459V和给定的直流电流I_dc＝0.1A的直流偏置磁场强度作用下的直流偏磁磁滞回线如图7所示，图7中横坐标是直流偏磁磁场强度，单位为安培/米，纵坐标是磁通密度，单位为特斯拉。

上述实施例中的变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其中所涉及的元器件和材料均是本技术领域的技术人员所熟知的，并可以通过商购获得。

上述实施例中的变压器铁心材料武汉钢铁公司生产的30Q140冷轧取向硅钢片用30P120冷轧取向硅钢片、30RH140冷轧取向硅钢片及其他型号的取向硅钢片替换，则获得所用替换材料的在一个给定交流工作点U_g和一个给定直流电流I_dc作用时的被测变压器铁心材料的直流偏磁磁滞回线。

Claims (2)

1.变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其特征在于：主要用接触调压器、变压器铁心模型、直流电流源、功率分析仪、数字示波器和工频交流电源按以下连接构成变压器铁心材料的直流偏磁比总损耗曲线的获得方法的所用装置，其中，变压器铁心模型包括变压器叠片铁心、激磁线圈和测量线圈，所述变压器铁心模型是完全按照电力变压器铁心的制造标准和叠装工艺设计制作的产品级模型，工频交流电源两极分别通过导线和两个限流电阻R₁及R₂连接至接触调压器中的输入端A和输入端B，接触调压器中的输出端a通过导线与开关K1连接至直流电流源的输入端，直流电流源的输出端通过导线与功率分析仪的电流输入端子相连，功率分析仪的电流输出端子通过导线与变压器铁心模型的激磁线圈一端相连，变压器铁心模型的激磁线圈另一端通过导线和开关K1与接触调压器的输出端b连接，功率分析仪的电压测量端子与变压器铁心模型的激磁线圈相连，数字示波器的测量探头与变压器铁心模型的测量线圈通过开关K2相连，上述的激磁线圈为变压器铁心一次侧线圈，测量线圈为变压器铁心二次侧线圈。

2.根据权利要求1所述变压器铁心材料直流偏磁磁滞回线的获得方法所用的装置，其中变压器铁心模型的铁心截面面积为2.77×10³mm²，激磁线圈的总匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，激磁线圈线规为 测量线圈匝数为312匝，分为三层，各层匝数由里到外依次为108匝、104匝、100匝，测量线圈线规为 

变压器铁心接缝面积为4.01×10³mm²。 

Images