CN219122388U - 一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台 - Google Patents
一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台 Download PDFInfo
- Publication number
- CN219122388U CN219122388U CN202223161474.3U CN202223161474U CN219122388U CN 219122388 U CN219122388 U CN 219122388U CN 202223161474 U CN202223161474 U CN 202223161474U CN 219122388 U CN219122388 U CN 219122388U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic core
- weakening
- remanence
- power amplifier
- residual magnetism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
本实用新型为一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台，包括：信号发生器、功率放大器、开关、外部串联电阻、方形磁芯、磁通计、电流探头和数字示波器；其中信号发生器和功率放大器用于提供直流电压激励，外部串联电阻用于保护电路和调节时间常数，磁通计用于观察并采集试验过程中磁芯内磁通密度变化，电流探头和数字示波器用于采集试验过程中绕组电流；信号发生器与功率放大器连接，功率放大器经开关、外部串联电阻与方形磁芯的一侧绕组连接；在方形磁芯和功率放大器之间的安装有电流探头，电流探头与数字示波器相连接。削弱剩磁过程中，仅需要在绕组施加一次直流电压激励，便可实现一次性削弱磁芯剩磁。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁性材料的剩磁削弱，具体涉及一种削弱磁芯剩磁的试验装置。
背景技术
磁性材料是许多电力设备的重要组成材料，由于其固有的磁滞特性，检修试验或运行分闸后磁芯中通常会残留一定的剩磁。具有磁芯结构的电力设备重新通电后，在一定电源电压作用下，剩磁的存在会加速磁芯半周饱和，易产生幅值很高的励磁涌流。励磁涌流可能会引发继电保护误动作、电网电压下降与损坏敏感电力电子器件等不良影响。为有效降低剩磁引发的危害，有必要在电力设备通电工作之前对磁芯进行彻底退磁。
针对磁芯的退磁方法主要分为以下三种：(1)热致退磁。(2)交流退磁法。(3)直流退磁法。这些方法所使用的试验装置对电源要求高，操作不方便。
实用新型内容
本实用新型目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种削弱磁芯剩磁的试验装置，该试验装置对电源要求不高，操作方便，能用于具有封闭磁路结构磁芯内剩磁的快速削弱。
本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种削弱磁芯剩磁的试验装置，其特征在于，包括：信号发生器、功率放大器、开关、外部串联电阻、方形磁芯、磁通计、电流探头和数字示波器；其中信号发生器和功率放大器用于提供直流电压激励，外部串联电阻用于保护电路和调节时间常数，磁通计用于观察并采集试验过程中磁芯内磁通密度变化，电流探头和数字示波器用于采集试验过程中绕组电流；
信号发生器与功率放大器连接，功率放大器经开关、外部串联电阻与方形磁芯的一侧绕组连接；在方形磁芯和功率放大器之间的安装有电流探头，电流探头与数字示波器相连接；所述方形磁芯的另一侧绕组连接磁通计。
通过调节外部串联电阻的大小能降低暂态过程的时间，使得退磁时间控制在1s以内。
所述信号发生器型号为WF1974信号发生器，用于输出直流电压信号；所述电流探头型号为N2782B，示波器型号为DSOX6004A；所述磁通计型号为Flux-meter480。
所述装置能够应用于具有封闭磁路结构磁芯的电力设备中削弱磁芯剩磁。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型操作简单，便于实施。在基于磁芯内剩磁已知的基础上，仅需施加一次特定幅值的直流电压激励，利用本申请的试验装置一次性直接将剩磁削弱到接近于0，显著降低了退磁时间、退磁设备的功率要求与退磁电路的复杂性。
2.本实用新型试验装置具有普遍适用性，可以广泛应用于各种具有封闭磁路结构磁芯的电力设备中。
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是本实用新型削弱方形磁芯剩磁的试验装置示意图。
图2是本实用新型实施例中选取方形磁芯的尺寸示意图。
图3是本实用新型实施例中局部磁滞回线的实测结果与计算结果对比图。
图4是本实用新型实施例中削弱方形磁芯剩磁时的等效电路图。
图5是本实用新型实施例中削弱剩磁过程中磁芯内磁通密度变化波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
图1所示本实用新型实施例中削弱方形磁芯剩磁的试验装置。包括：信号发生器1、功率放大器2、开关4、外部串联电阻3、方形磁芯7、磁通计8、电流探头6和数字示波器5。其中信号发生器和功率放大器主要用于提供直流电压激励，外部串联电阻主要起保护电路和调节时间常数的作用，磁通计用于观察并采集试验过程中磁芯内磁通密度变化，电流探头和数字示波器用于采集试验过程中绕组电流。外部串联电阻阻值为4Ω，所需直流电压激励的幅值为2V以下，能够降低削弱磁芯剩磁所用设备对电源的要求。
信号发生器与功率放大器连接，功率放大器经开关、外部串联电阻与方形磁芯的一侧绕组连接；在方形磁芯和功率放大器之间的安装有电流探头，电流探头与数字示波器相连接；所述方形磁芯的另一侧绕组连接磁通计。
图2所示本实用新型实施例中方形磁芯的尺寸参数。磁芯叠片每片片宽80mm，磁芯叠片厚度20mm，方形磁芯整体呈环状正方体，磁芯整体内部正方形的边长为400mm，磁芯外部正方形的边长为560mm。
图3所示本实用新型实施例中，方形磁芯剩磁Br＝1.2T时，测量得到的局部磁滞回线与J-A磁滞模型计算结果的对比图。
图4所示本实用新型实施例中，剩磁等效电路图，u为直流电源，i为绕组中电流，R包含外部串联电阻和绕组电阻，虚线方框内为磁芯等效部分，L为励磁电感，RFe为铁损等效电阻。所述剩磁等效电路包括磁芯、直流电源、包含外部串联电阻和绕组电阻的电阻R，磁芯由励磁电感L和铁损等效电阻RFe并联构成，磁芯的磁特性由J-A磁滞模型表示，磁芯与电阻R串联后与直流电源形成回路，实现削弱磁芯剩磁的等效电路与J-A磁滞模型的结合。
图5所示本实用新型实施例中，方形磁芯剩磁Br＝1.2T时，削弱剩磁过程前后磁芯内磁通密度变化波形图。
本实用新型削弱磁芯剩磁的测试平台的操作流程是：第一步，利用磁特性测量装置，测量得到磁芯材料不同剩磁下的局部磁滞回线。第二步，基于J-A磁滞模型和场路耦合的方法，建立削弱磁芯剩磁的数值仿真模型。第三步，通过仿真计算，确定削弱该磁芯不同剩磁下施加绕组上的一次性反向直流电压幅值Um。第四步，搭建削弱磁芯剩磁的试验装置。第五步，基于已知实际磁芯内剩磁大小及方向基础上，确定Um的值，磁芯一侧绕组施加产生磁通与剩磁相反且幅值为Um的一次性直流电压激励，激励撤掉后绕组电流为0时，退磁过程结束。
具体过程是：
第一步，利用磁特性测量装置，测量得到磁芯材料不同剩磁下的局部磁滞回线。采用Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型描述铁磁性材料的磁滞特性，并使用粒子群优化算法对不同剩磁下的局部磁滞回线进行J-A磁滞模型参数识别，也就是获得了剩磁大小与J-A磁滞模型参数之间的对应关系。
所述J-A磁滞模型方程如下：
He＝H+αM (3)
B＝μ0(H+M) (4)
式中，M为实际磁化强度，B为磁通密度，H为磁场强度，Man为无磁滞效应磁化强度，μ0为真空磁导率，其值为4π·10-7H/m，Ms为饱和磁化强度，a为无磁滞效应磁化曲线形状参数，k为不可逆损耗系数，α为磁畴间耦合系数，c为可逆磁化系数，He为有效磁场强度；δ为方向系数，t为时间，dH/dt＞0时，δ＝1；dH/dt＜0时，δ＝－1。δM为可防止出现非物理解的系数，当sgn(dB/dt)·sgn(Man－M)＞0时，δM＝1；当sgn(dB/dt)·sgn(Man－M)＜0时，δM＝0。
第二步，使用场路耦合方式将削弱磁芯剩磁的等效电路与J-A磁滞模型相结合，不同剩磁下J-A磁滞模型参数进行相应改变，通过Simulink构建削弱磁芯剩磁的数值仿真模型。
削弱剩磁的等效电路如图4所示，图4中虚线框表示的磁芯，磁芯的磁特性用J-A磁滞模型表示，实现了电路与磁场变化的结合；
通过图4的等效电路，易得：
∮lH·dl＝Ni (6)
式中，u为削弱剩磁过程中施加的直流电压源，i为绕组中电流，N为用于施加激励的绕组匝数，S为方形磁芯的有效截面积，l为平均磁路长度，H为磁场强度，B为磁通密度。
将J-A磁滞模型和削弱磁芯剩磁的等效电路获得的公式(5)和公式(6)联立构成削弱磁芯剩磁的数值仿真模型；使用粒子群优化算法对不同剩磁下的局部磁滞回线进行J-A模型的参数识别，利用Simulink进行数值仿真，进而获得不同剩磁下对应的J-A磁滞模型参数所对应的数值仿真模型，后续的求解是利用Simulink搭建的数值仿真模型进行数值求解的；
第三步，确定削弱不同剩磁下磁芯的直流电压幅值Um。基于数值仿真模型，在磁芯内剩磁大小及其方向已知的情况下，磁芯一侧绕组施加一个产生磁通与剩磁相反的反向直流电压激励，当电流达到稳态后撤掉，以磁芯内最终磁通密度B(∞)＝0为目标函数，通过数值模型求解，即可确定削弱该磁芯剩磁所施加的直流电压幅值Um。
改变剩磁的大小即对应一组J-A模型参数，改变J-A模型参数后，重复上述过程，即可确定削弱该磁芯不同剩磁的直流电压幅值Um，即建立不同剩磁大小对应的Um，拟合出Um与剩磁绝对值之间的经验公式，后期在知道剩磁的情况下，代入经验公式直接确定Um进行施加。
本实用新型针对已知剩磁直接进行削弱，即有多少削弱多少。施加一个产生磁通与剩磁相反的直流电压激励后，电路会经历一个暂态过程，当电流不再变化达到稳态时即可撤掉电压激励。为了确保剩磁削弱效果，本实用新型考虑了整个退磁实施过程，当施加一个外部激励将磁芯内磁通密度削弱至大小为A时，由于磁性材料的磁滞特性，激励撤掉后磁芯内磁通密度会降低，即比A小。因此利用数值仿真模型求解时必须考虑激励撤掉后磁芯内磁通密度的变化，以确保施加激励并撤掉后最终剩磁为0，此时的激励幅值Um才是本申请所需要的。
第四步，搭建削弱磁芯剩磁的试验装置，对待测磁芯材料进行实际一次性削弱磁芯剩磁处理。
第五步，削弱封闭磁路磁芯内剩磁。测量待测磁芯材料的实际磁芯内剩磁大小及方向，将剩磁大小带入经验公式中，获得当前剩磁大小下的削弱该磁芯剩磁下的直流电压幅值Um，最后根据剩磁的方向确定需要施加产生磁通的方向，对磁芯一侧绕组施加产生磁通与剩磁相反且幅值为Um的一次性反向直流电压激励，激励撤掉后绕组中电流为0时，退磁过程结束，实现一次性削弱磁芯剩磁。
实施例
为了使该技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行完整描述。由于篇幅所限，下述实施例仅是本实用新型包含的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中技术原理和设计思路的前提下，还可以做出若干改进和变形，例如用于削弱剩磁施加激励波形的改变。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
本实用新型削弱磁芯剩磁的试验装置包括：信号发生器、功率放大器、开关、外部串联电阻、方形磁芯、磁通计、电流探头和数字示波器；其中信号发生器和功率放大器用于提供直流电压激励，外部串联电阻用于保护电路和调节时间常数，磁通计用于观察并采集试验过程中磁芯内磁通密度变化，电流探头和数字示波器用于采集试验过程中绕组电流；
信号发生器与功率放大器连接，功率放大器经开关、外部串联电阻与方形磁芯的一侧绕组连接；在方形磁芯和功率放大器之间的安装有电流探头，电流探头与数字示波器相连接；所述方形磁芯的另一侧绕组连接磁通计。
实施例中选取的封闭磁路方形磁芯规格为B30P105，磁芯的尺寸为：磁芯每片片宽80mm，磁芯叠片厚度为20mm，方形磁芯整体呈环状正方体，磁芯整体内部正方形的边长为400mm，磁芯外部正方形的边长为560mm。
步骤1，基于搭建的磁特性测量装置对该磁芯材料进行磁特性测量，其中电源采用方波电压激励，通过改变方波电压幅值测量得到B30P105材料不同剩磁下的局部磁滞回线。
采用Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型描述磁芯材料的磁滞特性，J-A磁滞模型基本方程如下：
He＝H+αM (9)
B＝μ0(H+M) (10)
式中，M为实际磁化强度，B为磁通密度，Man为无磁滞效应磁化强度，μ0为真空磁导率，其值为4π·10-7H/m，Ms为饱和磁化强度，a为无磁滞效应磁化曲线形状参数，k为不可逆损耗系数，α为磁畴间耦合系数，c为可逆磁化系数，He为有效磁场强度。δ为方向系数，t为时间，dH/dt＞0时，δ＝1；dH/dt＜0时，δ＝－1。δM为可防止出现非物理解的系数。当sgn(dB/dt)·sgn(Man－M)＞0时，δM＝1；当sgn(dB/dt)·sgn(Man－M)＜0时，δM＝0。
利用粒子群全局优化算法，对测量得到的局部磁滞回线进行参数识别，提取不同剩磁下局部磁滞回线的J-A磁滞模型参数。以方形磁芯内剩磁Br＝1.2T时为例，J-A模型参数分别为：Ms＝1.656×106A/m，α＝2.713×10-5，a＝15.1455A/m，c＝0.2861A/m，k＝25.6602。Br＝1.2T时磁滞回线的实测结果与仿真计算结果的对比如图3所示。
步骤2，图4为所示实施例的等效电路模型，R包含外部串联电阻和回路中绕组电阻，虚线方框内为磁芯等效部分，L为励磁电感，RFe为铁损等效电阻。易得：
∮lH·dl＝Ni (12)式中，u为削弱剩磁过程中施加的直流电压源，i为绕组中电流，N为用于施加激励的绕组匝数，S为方形磁芯的有效截面积，l为平均磁路长度，H为磁场强度，B为磁通密度。
基于式(7)～(12)，使用场路耦合的方法，通过Simulink搭建削弱方形磁芯剩磁的数值仿真模型。其中绕组匝数N＝50，l＝1.92m，S＝0.0016m2，R＝4.1Ω，方形磁芯的磁滞特性由J-A磁滞模型描述，不同剩磁下J-A磁滞模型参数相应改变，即剩磁大小不同，每一种剩磁下都对应一组J-A磁滞模型参数。
步骤3，依据已知方形磁芯内Br＝1.2T，绕组中施加一个产生磁通与剩磁相反的反向直流电压激励，激励撤掉后，以磁芯内最终磁芯内磁通密度B(∞)＝0为目标，利用搭建的数值仿真模型进行求解，即在剩磁大小已知，J-A磁滞模型参数即为已知，再以最终磁芯内磁通密度B(∞)＝0为目标，即可确定出此时的削弱剩磁过程中施加的直流电压源u，确定削弱方形磁芯Br＝1.2T时施加的反向直流电压幅值Um＝1.47V。
步骤4，搭建如图1所示削弱方形磁芯剩磁的试验装置。其中信号发生器(WF1974)用于输出直流电压信号，并通过功率放大器施加在50匝的一侧绕组上，电流探头(N2782B)和示波器(DSOX6004A)用于采集绕组中电流，磁芯另一侧绕组连接磁通计(Flux-meter480)，试验过程中用于观察并采集磁芯内磁通密度变化。
步骤5，对方形磁芯预设大小为1.2T的剩磁，绕组中施加产生磁通与剩磁相反且幅值Um＝1.47V的一次性直流电压激励，激励撤掉后绕组中电流为0时，退磁过程结束。图5所示为实施例中削弱剩磁过程中磁芯内磁通密度变化波形图。应用本实用新型方法后，方形磁芯内剩磁仅为初始剩磁的1.6％，即剩磁从1.2T削弱到0.019T，可以看出磁芯内剩磁被精准消除，能够满足工程上的要求，并且通过串联一个外部电阻调节暂态过程的时间常数，整个剩磁削弱过程仅需要0.6s。
本实施例中外部串联电阻的阻值为4Ω，直流电压源的电压幅值为1.47V。
本实用新型装置能针对已知剩磁，直接施加一个短时的直流电压激励，将磁芯内剩磁削弱至接近于0。采用场路耦合的方法搭建了削弱磁芯剩磁的数值仿真模型，并基于不同剩磁情况下测量得到的磁滞回线确定不同的J-A模型参数。本实用新型采用的只是一个固定极性下的固定幅值的直流电压激励，施加的电压为直流电压激励，不需要使用极性交替变化幅值不断降低的外部激励。
本实用新型未述及之处适用于现有技术。
Claims (4)
1.一种削弱磁芯剩磁的试验装置，其特征在于，包括：信号发生器、功率放大器、开关、外部串联电阻、方形磁芯、磁通计、电流探头和数字示波器；其中信号发生器和功率放大器用于提供直流电压激励，外部串联电阻用于保护电路和调节时间常数，磁通计用于观察并采集试验过程中磁芯内磁通密度变化，电流探头和数字示波器用于采集试验过程中绕组电流；
信号发生器与功率放大器连接，功率放大器经开关、外部串联电阻与方形磁芯的一侧绕组连接；在方形磁芯和功率放大器之间的安装有电流探头，电流探头与数字示波器相连接；所述方形磁芯的另一侧绕组连接磁通计。
2.根据权利要求1所述的削弱磁芯剩磁的试验装置，其特征在于，通过调节外部串联电阻的大小能降低暂态过程的时间，使得退磁时间控制在1s以内。
3.根据权利要求1所述的削弱磁芯剩磁的试验装置，其特征在于，所述信号发生器型号为WF1974信号发生器，用于输出直流电压信号；所述电流探头型号为N2782B，示波器型号为DSOX6004A；所述磁通计型号为Flux-meter480。
4.一种削弱磁芯剩磁的测试平台，其特征在于，包括权利要求1-3任一所述的试验装置，还包括：用于测量不同剩磁下的局部磁滞回线的磁特性测量装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202223161474.3U CN219122388U (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202223161474.3U CN219122388U (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN219122388U true CN219122388U (zh) | 2023-06-02 |
Family
ID=86526634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202223161474.3U Active CN219122388U (zh) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | 一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN219122388U (zh) |
-
2022
- 2022-11-28 CN CN202223161474.3U patent/CN219122388U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107703368B (zh) | 一种变压器深度饱和状态下的电感的测量方法 | |
| CN104833928B (zh) | 一种大型电力变压器剩磁检测方法 | |
| CN107656221A (zh) | 一种基于局部磁滞回线斜率的变压器铁芯剩磁估算方法 | |
| CN103176148B (zh) | 硅钢铁芯极限磁滞回线的测试装置及测试方法 | |
| CN110161435B (zh) | 一种基于绕组变形测量的电力变压器剩磁大小估算方法 | |
| Ge et al. | Residual flux in the closed magnetic core of a power transformer | |
| Wu et al. | Residual flux measurement of power transformer based on transient current difference | |
| Yarymbash et al. | Electromagnetic properties determination of electrical steels | |
| Vulin et al. | Determining the residual magnetic flux value of a single-phase transformer using a minor hysteresis loop | |
| CN107677975A (zh) | 一种变压器饱和状态下的励磁曲线的测量方法 | |
| Huo et al. | Research on residual flux density measurement for single-phase transformer core based on energy changes | |
| CN219122388U (zh) | 一种削弱磁芯剩磁的试验装置及削弱磁芯剩磁的测试平台 | |
| CN1052542C (zh) | 磁性材料的表征 | |
| CN207717866U (zh) | 一种测量变压器深度饱和状态下的电感的装置 | |
| Sato et al. | Study on an accurate iron loss calculation method considering the non-uniformity of the magnetic flux density | |
| CN203117408U (zh) | 硅钢铁芯极限磁滞回线的测试装置 | |
| Lindner et al. | Hysteresis-model oriented test procedure for soft-magnetic properties of printed or laminated toroids | |
| Schliewe et al. | Simulating saturation behavior of inductive components | |
| Cheng et al. | Design of the DC leakage current sensor with magnetic modulation-based scheme | |
| Shu et al. | Finite difference method for eddy current correction in pulsed field magnetometer | |
| CN115831532A (zh) | 一次性削弱磁芯剩磁的方法 | |
| Zhang et al. | Magnetic core losses measurement instrumentations and a dynamic hysteresis loss model | |
| Badri et al. | Transformer modelling considering power losses using an inverse Jiles-Atherton approach | |
| Wilk et al. | Simulation of the remanence influence on the transient states of the single-phase transformer including feedback Preisach model | |
| Liu et al. | Core saturation detection and calibration of a current probe for fast transient currents |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |