直流偏磁方案小结.doc

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1、一、赵小军及天威保变的实验方案:1基于叠片铁心的直流偏磁实验1.1实验用铁心及绕组通过爱泼斯坦方圈实验，可以了解到电工钢片在直流偏磁条件下的磁化特性和损耗特性，这属于材料特性的研究，为直流偏磁条件下材料磁性能的相关研究提供了实验基础和研究思路。电力系统中关注的是变压器的运行性能和效率，这主要取决于变压器铁心的磁化特性和损耗特性。实际的变压器铁心由硅钢片按照一定的叠装工艺叠制而成，因此研究基于产品级的变压器铁心对于了解变压器的实际运行性能非常关键。图1所示为保定天威集团电工技术研究所制造的叠片铁心模型，铁心上绕有两组线

2、圈，分别为激磁线圈和测量线圈，如图b）所示。二者匝数均为312匝。图1叠片铁心及绕组的结构1.2实验内容及方法变压器在实际运行过程中发生直流偏磁问题时，直流电流是通过接地中性点流入变压器绕组，从而造成铁心的饱和。为保证实验条件与实际情况接近，在基于叠片铁心的直流偏磁实验中，采用串联激励方式引入直流量，将直流电流源与叠片铁心上的激磁绕组相串联，由直流电流源提供直流偏置量。实验电路图如图2所示。将交流电压施加于激磁线圈，直流偏置量则以直流电流的形式按基准电流的不同比例施加。为便于定量研究直流偏磁问题，需要选取一个基准电流

3、，在电路端口施加不同比例的直流偏置量，观察励磁电流的波形及磁场的变化情况。在实验中，选择无偏磁情况下使铁心内磁通达到额定值时的励磁电流峰值，作为直流偏置量的基准电流。实验中测得的基准电流而为1.68A。直流偏置电流按照基准电流的不同比例依次施加,分别为25%I°,50%10,75%Io和100%1（）。直流电流源图2实验电路图在无偏磁条件下，绕组中的励磁电流很小，若保持交流电压恒定，在绕组中加入直流分量后，励磁电流迅速增大，其波形呈现出半周尖顶的特征”随着直流量的增大，饱和现象更加严重”若保持直流偏置量恒定，交流电压

4、的增大,不仅造成励磁电流峰值的逐步增大，且使得励磁电流波形中尖峰的宽度也明显变窄，这是由高次谐波分量在励磁电流中所占比例迅速增犬造成的。励磁电流中各次谐波分量的犬小与直流偏置量和交流激励相关。增大直流偏置量或增犬交流电压，都会造成各次谐波分量的增长和励磁电流峰值的增大”但二者对各次谐波的影响不同”显然，直流偏置量的增大对偶次谐波分量的增长贡献更犬,1的交流电压的增大对奇次谐波分量的增长贡献更大。2简单迭代法由于目前实验条件的限制,叠片铁心中的直流磁通和直流磁通密度难以由实验直接测量得到。简单迭代法是目前计算直流磁通时

5、普遍采用的方法。简单迭代法基于无偏磁条件下的i・(p基本磁化曲线对直流磁通进行预测，其方法如下：先假定某一直流偏磁条件下的直流磁通，依据i・(p基本磁化曲线计算出相应的励磁电流,将计算结果与测量结果作比较,根据坊钗(励磁电流峰值的计算值与测量值间的误差)和Edc(励磁电流中直流分量的计算值与测量值间的误差)的大小对直流磁通进行调整,当二者均小于5%时，即认为此时的百流磁通为该直流偏磁条件下叠片铁心中的直流磁通。具体实现步骤：首先在某一给定Ac时测得该模型的励磁电流；其次应用迭代法原理，在无偏磁仿真基本磁化曲线条件下，

6、编制相应程序，对某一个工作电压，调节偏置磁通A(p,得到励磁电流波形，通过多次调节A(p,使得到的励磁电流波形与实验测得的励磁电流波形的峰值在误差允许范围内相吻合，此时该A(p就是直流偏置电流为Aic时该工作点所对应的偏置磁通。简单迭代法便于实现，但是该方法在应用过程中也存在着如下问题:当外加交流电压较低时，励磁电流峰值误差Epeak和直流分带误差Edc不能被同时控制在5%以内，尤其当交流电压较高时，此时励磁电流的负峰值出现，励磁电流峰值误差和直流分量误差均大于10%。以这种误差标准为依据计算得到的直流磁通,显然是不

7、够准确的，由此得到的直流偏磁下的磁滞曲线和基本磁化曲线也将与实际的曲线存在较大的误差。误差来源：（1）简中迭代法在计算过程中未考虑铁磁材料的磁滞效应,导致由此计算出的励磁电流与实际的励磁电流之间存在误差；（2）简单迭代法采用无偏磁下的基本磁化曲线对直流偏磁条件下的直流磁通进行预测，但直流偏磁条件下的基本磁化曲线与无偏磁下的競化曲线在局部存在着明显的差异。要得到准确的直流磁通和直流磁通密度,首先要在迭代法中考虑磁滞效应。其次要对迭代过程中使用的基本磁化曲线不断进行修正。对于磁滞的模拟，可以考虑目前已有的磁滞模型，如J・

8、A磁滞模型、Preisach磁滞模型和E&S磁滞模型等，但这些方法不仅需要较大的数据量和计算量，而且算法实现较为复杂，从满足工程精度的角度出发，可以采用易于实现1:1能够达到足够精度的方法。3改进迭代法对损耗函数力作如下定义:在基于i・（P关系的直流偏磁磁滞回线中，交流磁通卩ac为零时对应的励磁电流有两个值，将二者相减后取绝对值的一半并记为仏则