封闭磁路磁芯剩磁的测量方法技术

本发明专利技术封闭磁路磁芯剩磁的测量方法，涉及测量物品的磁性，第一步，建立待测封闭磁路磁芯的仿真模型；第二步，得出待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧测量线圈中的电流变化；第三步，对得到的待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流进行采集分析，由此得出待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧测量线圈电流变化值与剩磁的关系公式：第四步，确定待测封闭磁路磁芯的剩磁。本发明专利技术方法有效地解决了封闭磁路磁芯剩磁的大小和方向难以获得的问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术，涉及测量物品的磁性，第一步，建立待测封闭磁路磁芯的仿真模型；第二步，得出待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧测量线圈中的电流变化；第三步，对得到的待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流进行采集分析，由此得出待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧测量线圈电流变化值与剩磁的关系公式：第四步，确定待测封闭磁路磁芯的剩磁。本专利技术方法有效地解决了封闭磁路磁芯剩磁的大小和方向难以获得的问题。【专利说明】
本专利技术的技术方案涉及测量物品的磁性，具体地说是。
技术介绍
具有封闭磁路磁芯结构的电力设备运行后，不可避免的会存在剩磁问题,封闭磁路磁芯材料的磁滞特性导致剩磁的产生。具有封闭磁路磁芯结构的设备试验或运行后，再次投入供配电系统前，剩磁的存在可能会在合闸时产生过电流和过电压，使继电保护装置动作，引起跳闸甚至烧毁器件等一系列问题。然而，至今在具有封闭磁路磁芯结构的设备试验或运行后，例如大型电力变压器运行后，其磁芯内部剩磁的大小和方向均难以获得。CN103176147A公开了电流互感器剩磁测量系统及测量方法，是用上位机接收数据单元传送的电流互感器的数据信号，进行相关数据处理，计算出剩磁系数。该方法的结果并没有测量出剩磁，仅仅考虑了剩磁系数对电流互感器的运行情况的分析，而且并不适用于大型电力设备的剩磁检测，实际测量数据多，测量过程繁琐，操作复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供，采用直流电压源对存在剩磁的封闭磁路磁芯进行暂态合闸仿真试验,推导出封闭磁路磁芯剩磁的仿真计算公式，并结合用待测封闭磁路磁芯的试验测量装置测量得到的电流值，最终获得封闭磁路磁芯剩磁的测量结果,有效地解决了封闭磁路磁芯剩磁的大小和方向难以获得的问题。本专利技术解决该技术问题所采用的技术方案是:，步骤如下:第一步，建立待测封闭磁路磁芯的仿真模型根据待测封闭磁路磁芯的结构尺寸在装有电磁场仿真软件Magnet程序的电脑中画出待测封闭磁路磁芯模型,并根据待测封闭磁路磁芯的材料特性参数在电磁场仿真软件Magnet中设置磁芯材料属性，由此在电磁场仿真软件Magnet中建立起待测封闭磁路磁芯的仿真模型；第二步，在仿真模型中得出待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈中的电流变化值，并进一步得到待测封闭磁路磁芯的剩磁与电流变化值的关系以下(I)到(3)步的操作均是在第一步得到的电磁场仿真软件Magnet中建立的待测封闭磁路磁芯的仿真模型上进行的，(I)在第一步所述的待测封闭磁路磁芯的结构尺寸的基础上，求出该磁芯等效磁路的长度1，根据B-H磁化曲线以及安培环路定理=.?V，计算需在待测封闭磁路磁芯仿真模型的一侧的剩磁线圈中注入的直流电流的大小，并记录加载直流电流的方向设为剩磁正方向,在待测封闭磁路磁芯仿真模型的一侧的剩磁线圈中注入上述所求出的直流电流，模拟设置待测封闭磁路磁芯内不同的剩磁值，确定该剩磁范围；(2)在电磁场仿真软件Magnet中分别设置剩余磁通密度为0.3T,0.7T和L 26T，在待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈上加载产生10%到100%饱和磁通范围的磁通对应的7?10组的系列直流电压激励，观测上述过程中待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流的分布，取其中使待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流有明显变化的最小直流电压U0为暂态激励电压值；(3)在待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中用直流电压源进行电路暂态合闸操作，测量待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流产生的暂态过程，即在待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中，加载正、负向等值直流电压Utl激励并进行暂态仿真，对应得到待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中的电流；第三步，对得到的待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流进行采集分析设置剩磁I?10组，按第二步(3)中方法，获得各组待测封闭磁路磁芯仿真模型的一侧的剩磁线圈中的剩磁对应的待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流，用数据分析工具Matlab对得到的待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流进行采集分析，得到待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中的电流变化值&，并将设置剩磁与对应的电流变化值f数据拟合，由此得出待测封闭磁路磁芯仿真模型测量线圈电流变化值与剩磁的关系的剩磁计算公式:Cl)上式中，Br为剩磁，a, b, c, d是由Matlab仿真软件，通过拟合待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流变化值与剩磁的关系曲线获得的参数，仅与封闭磁路磁芯结构尺寸和材料参数有关；第四步，确定待测封闭磁路磁芯的剩磁依据上述仿真模型，对待测封闭磁路磁芯的实体搭建待测封闭磁路磁芯的试验测量装置，该装置由待测封闭磁路磁芯、直流电压源、数字示波器、电流测量探针、断路器、电阻和电脑数据采集处理器组成；操作方法是:将断路器合闸，待测封闭磁路磁芯的测量线圈连接至可以调节正、负激励方向的直流电压源，在待测封闭磁路磁芯的测量线圈上分别加载正、负向第二步(2)中确定的直流电压Utl，激励进行暂态试验，将数字示波器接入测量电路，观察在上述正、负向直流电压Utl激励下待测封闭磁路磁芯的测量线圈中的电流变化，数字示波器与电脑数据采集处理器的对应输入端相连，将数字示波器的数据导入电脑数据采集处理器进行后续处理，即通过数字示波器的电流测量探针记录的测量待测封闭磁路磁芯的测量线圈的电流，利用数据分析工具Matlab对该数字示波器中获取的待测封闭磁路磁芯的测量线圈的电流进行分析，得到待测封闭磁路磁芯的测量线圈电流变化值将待测封闭磁路磁芯的测量线圈电流变化值I代入上述剩磁计算公式(I)中，最终计算得到上述待测封闭磁路磁芯的剩磁值。上述，所述求出该磁芯等效磁路的长度1，当磁芯为环形磁芯时，环形磁芯结构等效磁路的长度计算公式为 ,D + dI = 2m = 2n-，4上式中，I为磁芯等效磁路的长度，r为环形磁芯的环形等效磁路的半径，D为环形外部圆的直径，d为环形内部圆的直径，当磁芯为矩形磁芯时，矩形磁芯结构的等效磁路的长度计算公式为I = Wi+Wa+hi+ha,上式中，I为磁芯等效磁路的长度，W1为矩形磁芯外边的长，W2为矩形磁芯内边的长，h为矩形磁芯外边的宽，h2为矩形磁芯内边的宽。上述，所述直流电压源U。的型号为WYK-302B2，数字示波器的型号为Tektronix DP04054,电流测量探针为安捷伦，电阻为100 Q，电脑数据采集处理器为xp系统计算机。上述，所涉及的元器件均通过商购获得。本专利技术的有益效果是:与现有技术相比，本专利技术的突出的实质性特点是:本专利技术方法根据待测封闭磁路磁芯的材料参数特性和规格尺寸，建立封闭磁路磁芯模型，模拟待测封闭磁路磁芯剩磁，在仿真模型中通过改变直流电流大小方向设置待测封闭磁路磁芯剩磁的大小和方向，对存在剩磁的封闭磁路磁芯进行直流电压暂态合闸激励，分析电路暂态合闸过程测量待测封闭磁路磁芯测量线圈电流变化与剩磁的对应关系，推算测量待测封闭磁路磁芯测量线圈电流变化值与剩磁的关系式，通过待测封闭磁路磁芯试验测量装置的暂`态合闸过程实测得到待测封闭磁路磁芯测量线圈的电流变化值^，将该测量线圈的电流变化值代入经试验验证的剩磁数学表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
封闭磁路磁芯剩磁的测量方法，其特征在于步骤如下：第一步，建立待测封闭磁路磁芯的仿真模型根据待测封闭磁路磁芯的结构尺寸在装有电磁场仿真软件Magnet程序的电脑中画出待测封闭磁路磁芯模型，并根据待测封闭磁路磁芯的材料特性参数在电磁场仿真软件Magnet中设置磁芯材料属性，由此在电磁场仿真软件Magnet中建立起待测封闭磁路磁芯的仿真模型；第二步，在仿真模型中得出待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈中的电流变化值，并进一步得到待测封闭磁路磁芯的剩磁与电流变化值的关系以下（1）到（3）步的操作均是在第一步得到的电磁场仿真软件Magnet中建立的待测封闭磁路磁芯的仿真模型上进行的，（1）在第一步所述的待测封闭磁路磁芯的结构尺寸的基础上，求出该磁芯等效磁路的长度l，根据B‑H磁化曲线以及安培环路定理计算需在待测封闭磁路磁芯仿真模型的一侧的剩磁线圈中注入的直流电流的大小，并记录加载直流电流的方向设为剩磁正方向，在待测封闭磁路磁芯仿真模型的一侧的剩磁线圈中注入上述所求出的直流电流，模拟设置待测封闭磁路磁芯内不同的剩磁值，确定该剩磁范围；（2）在电磁场仿真软件Magnet中分别设置剩余磁通密度为0.3T、0.7T和1.26T，在待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈上加载产生10%到100%饱和磁通范围的磁通对应的7～10组的系列直流电压激励，观测上述过程中待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流的分布，取其中使待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流有明显变化的最小直流电压U0为暂态激励电压值；（3）在待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中用直流电压源进行电路暂态合闸操作，测量待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流产生的暂态过程，即在待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中，加载正、负向等值直流电压U0激励并进行暂态仿真，对应得到待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中的电流；第三步，对得到的待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流进行采集分析设置剩磁7～10组，按第二步（3）中方法，获得各组待测封闭磁路磁芯仿真模型的一侧的剩磁线圈中的剩磁对应的待测封闭磁路磁芯的仿真模型另一侧的测量线圈电流，用数据分析工具Matlab对得到的待测封闭磁路磁芯仿真模型另一侧的测量线圈电流进行采集分析，得到待测封闭磁路磁芯仿真模型的另一侧的测量线圈中的电流变化值并将设置剩磁与对应的电流变化值数据拟合，由此得出待测封闭磁路磁芯仿真模型测量线圈电流变化值与剩磁的关系的剩磁计算公式： B r = ae b I p ‾ + c e d I p ‾ - - - ( 1 ) 上式中，Br为剩磁，a，b，c，d是由Matlab仿真软件，通过拟合待测封闭磁路磁芯 的仿真模型另一侧的测量线圈电流变化值与剩磁的关系曲线获得的参数，仅与封闭磁路磁芯结构尺寸和材料参数有关；第四步，确定待测封闭磁路磁芯的剩磁依据上述仿真模型，对待测封闭磁路磁芯的实体搭建待测封闭磁路磁芯的试验测量装置，该装置由待测封闭磁路磁芯、直流电压源、数字示波器、电流测量探针、断路器、电阻和电脑数据采集处理器组成；操作方法是：将断路器合闸，待测封闭磁路磁芯的测量线圈连接至可以调节正、负激励方向的直流电压源，在待测封闭磁路磁芯的测量线圈上分别加载正、负向第二步（2）中确定的直流电压U0，激励进行暂态试验，将数字示波器接入测量电路，观察在上述正、负向直流电压U0激励下待测封闭磁路磁芯的测量线圈中的电流变化，数字示波器与电脑数据采集处理器的对应输入端相连，将数字示波器的数据导入电脑数据采集处理器进行后续处理，即通过数字示波器的电流测量探针记录的测量待测封闭磁路磁芯的测量线圈的电流，利用数据分析工具Matlab对该数字示波器中获取的待测封闭磁路磁芯的测量线圈的电流进行分析，得到待测封闭磁路磁芯的测量线圈电流变化值将待测封闭磁路磁芯的测量线圈电流变化值代入上述剩磁计算公式（1）中，最终计算得到上述待测封闭磁路磁芯的剩磁值。FDA0000419884600000011.jpg,FDA0000419884600000012.jpg,FDA0...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪友华，戈文祺，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12