基于光纤测温的铁心损耗和分布估计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光纤测温的铁心损耗和分布估计方法和装置。本发明专利技术基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，包括：铁心、漆包线、可变电压源、电阻、绝缘胶带、石棉网和光纤测温装置。其中，所述漆包线紧密缠绕在铁心上，所述漆包线与电阻和可变电压源串联；所述光纤测温装置的光纤探头使用绝缘胶带牢固固定在铁心上，石棉网将铁心、线圈和光纤测温探头包裹在内，使其对外绝热。本发明专利技术的有益效果：本方法和装置在光纤测温基础上计算得出损耗和分布，装置的装配简单易操作，计算结果容易得出且确实可靠。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤测温的铁心损耗和分布估计方法和装置
用于电力系统中变压器、磁阀式可控电抗器等功率设备铁心结构损耗的计算和损耗分布的估测。找出损耗较大位置，以便做好有效的散热措施，防止局部温度过高，产生局部热点，导致设备烧毁，造成经济损失。
技术介绍
变压器在电力行业中是不可或缺的功率设备，磁阀式可控电抗器随着电力行业的发展也得到了广泛的应用，同时，铁心结构在这些大型功率设备中普遍使用。在设备工作时，铁心会产生大量的损耗。其损耗主要由三部分组成：涡流损耗、磁滞损耗和附加损耗。为了减少涡流损耗，一般将整体铁心替代为叠片铁心。但是，优化后的铁心依然会产生较大的损耗，再加之恶劣的散热条件，使得铁心的温度容易过高，降低设备运行稳定性，严重时会导致设备烧毁。因此对功率设备铁心损耗的计算以及损耗分布的估测显得尤为重要。目前在工程上，单片硅钢片的损耗计方法有两种：一是基于已经测得的BP(磁通密度和功率)曲线，如图1所示，通过测出其磁通密度并使用插值法来计算损耗。但是对于大量硅钢片组成的铁心，由于结构的变化和较复杂的物理场，已经难以应用BP曲线来准确计算损耗以及损耗分布。这阻碍了铁心结构优化以及散热量的合理设计。二是测量得到磁通密度随时间变化函数B(t)，代入铁心损耗计算公式可得到铁心损耗实时变化函数PFe(t)：式中，ρ(kg/m3)为铁心所使用硅钢片的密度，f为电压激励频率，hs(t)为瞬时磁场强度。此方法需要测量计算实时场强和磁通密度，当硅钢片达到饱和时电流产生畸变，从而难以进行实时场强和磁通密度的测量和计算。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于光纤测温的铁心损耗和分布估计方法和装置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，包括：铁心、漆包线、可变电压源、电阻、绝缘胶带、石棉网和光纤测温装置；其中，所述漆包线紧密缠绕在铁心上，所述漆包线与电阻和可变电压源串联；所述光纤测温装置的光纤探头使用绝缘胶带牢固固定在铁心上，石棉网将铁心、线圈和光纤测温探头包裹在内，使其对外绝热。在其中一个实施例中，还包括计算机。在其中一个实施例中，光纤信号传输到计算机上，得到铁心上各点位置的实时温升曲线。在其中一个实施例中，光纤信号通过光纤解码器传输到计算机上。一种铁心损耗估计方法，包括：可变电压源为线圈提供电压激励，因电磁感应在铁心上产生磁场，磁场在铁心产生的损耗使得铁心温度上升；铁心损耗模型：PFe＝Pf+Pc+Pe(2)式中，PFe(W)为铁心损耗，Pf(W)为涡流损耗，Pc(W)为磁滞损耗，Pe(W)为附加损耗；式中，C是与气隙和硅钢片厚度有关的系数矩阵，d为硅钢片厚度；将上述铁心损耗作为铁心热源，得到传热公式如下：式中，ρ(kg/m3)为铁心所使用硅钢片的密度,V(m3)为铁心体积，cp(J/(kg.K))为定压比热容,T(K)为铁心温度,t(s)为温升时间,h(W/(m2.K))为传热系数，A(m2)为铁心表面积；石棉网严密包裹的铁心与外界绝热，因此传热系数h的值为0；式(2)可简化为：式中硅钢片的密度ρ(kg/m3)、铁心体积V(m3)和定压比热容cp(J/(kg.K))已知，只要求得的值就可以得出铁心损耗PFe(W)，进一步得到铁心单位质量损耗pFe(W/kg)；为铁心温升曲线导数，通过光纤测温可以得到铁心温升曲线数据，再经过拟合可以得到铁心温升曲线拟合函数T(t)，对其求导代入式(3)可得实时铁心损耗值。一种基于光纤测温的铁心分布估计方法，包括：在铁心上布置多个光纤测温点，利用上述的方法测量各个光纤测温点的损耗，得出铁心上的损耗分布。在其中一个实施例中，包括：由于铁心本体结构的对称性，只需在有代表性的位置和特殊的位置布置光纤测温点，得到这些特定点上的实时损耗值，即可得到整个铁心的实时损耗分布。基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。基于同样的专利技术构思，本申请还提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行任一项所述的方法。本专利技术的有益效果：(a)本方法和装置在光纤测温基础上计算得出损耗和分布，装置的装配简单易操作，计算结果容易得出且确实可靠。(b)本专利技术装置可多次反复使用，可以作为铁心损耗和分布估计的检测装置，且后期维护简单，实用性强，适用范围广。(c)本方法和装置得到的损耗和分布对铁心结构以及整个设备的设计和优化具有重要的指导作用。可以有效避免运行中损耗大和散热条件差导致的局部温度过高，有助于预防严重事故的发生。附图说明图1是本专利技术基于光纤测温的铁心损耗和分布估计方法和装置中的BP曲线示意图。图2是本专利技术基于光纤测温的铁心损耗和分布估计方法和装置中的BH曲线示意图。图3是本专利技术基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置中的系统架构示意图。图4是本专利技术基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置中的外接电路示意图。图5是本专利技术基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置中的铁心及测温点布置示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置包括以下零部件：铁心、漆包线、可变电压源、电阻、绝缘胶带、石棉网、光纤测温装置、计算机。漆包线紧密缠绕在铁心上，并与电阻和可变电压源串联。将光纤测温装置的光纤探头使用和绝缘胶带牢固固定在铁心上，使用石棉网将铁心、线圈和光纤测温探头包裹在内，使其对外绝热。光纤信号通过光纤解码器最终传输到计算机上，得到铁心上各点位置的实时温升曲线。本专利技术的工作过程及工作原理：(a)铁心损耗模型可变电压源为线圈提供电压激励，因电磁感应在铁心上产生磁场，磁场在铁心产生的损耗(铁心损耗)使得铁心温度上升。铁心损耗模型：PFe＝Pf+Pc+Pe(2)式中，PFe(W)为铁心损耗，Pf(W)为涡流损耗，Pc(W)为磁滞损耗，Pe(W)为附加损耗。又有式中，C是与气隙和硅钢片厚度有关的系数矩阵，d为硅钢片厚度。(b)铁心损耗计算方法将上述铁心损耗作为铁心热源，得到传热公式如下：式中，ρ(kg/m3)为铁心所使用硅钢片的密度,V(m3)为铁心体积，cp(J/(kg.K))为定压比热容,T(K)为铁心温度,t(s)为温升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，其特征在于，包括：铁心、漆包线、可变电压源、电阻、绝缘胶带、石棉网和光纤测温装置；/n其中，所述漆包线紧密缠绕在铁心上，所述漆包线与电阻和可变电压源串联；所述光纤测温装置的光纤探头使用绝缘胶带牢固固定在铁心上，石棉网将铁心、线圈和光纤测温探头包裹在内，使其对外绝热。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，其特征在于，包括：铁心、漆包线、可变电压源、电阻、绝缘胶带、石棉网和光纤测温装置；
其中，所述漆包线紧密缠绕在铁心上，所述漆包线与电阻和可变电压源串联；所述光纤测温装置的光纤探头使用绝缘胶带牢固固定在铁心上，石棉网将铁心、线圈和光纤测温探头包裹在内，使其对外绝热。


2.如权利要求1所述的基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，还包括计算机。


3.如权利要求2所述的基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，其特征在于，光纤信号传输到计算机上，得到铁心上各点位置的实时温升曲线。


4.如权利要求3所述的基于光纤测温的铁心损耗和分布估计装置，其特征在于，光纤信号通过光纤解码器传输到计算机上。


5.一种基于权利要求1到4的装置的铁心损耗估计方法，其特征在于，包括：
可变电压源为线圈提供电压激励，因电磁感应在铁心上产生磁场，磁场在铁心产生的损耗使得铁心温度上升；
铁心损耗模型：
PFe＝Pf+Pc+Pe(2)
式中，PFe(W)为铁心损耗，Pf(W)为涡流损耗，Pc(W)为磁滞损耗，Pe(W)为附加损耗；









式中，C是与气隙和硅钢片厚度有关的系数矩阵，d为硅钢片厚度；
将上述铁心损耗作为铁心热源，得到传热公式如下：



式中，ρ(kg/m3)为铁心所使用硅钢片的密度,V(m3)为铁心体积，cp(J/(kg.K))为定压比热容,T...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡蔡飞，范学良，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32