工频磁场下智能电表锰铜分流器仿真分析与优化.pdf

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1、硕士学位论文工频磁场下智能电表锰铜分流器仿真分析与优化SIMULATIONANALYSISANDOPTIMIZATIONOFMANGANINSHUNTFORSMARTMETERINPOWERFREQUENCYMAGNETICFIELD党政哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TM504学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文工频磁场下智能电表锰铜分流器仿真分析与优化硕士研究生：党政导师：叶雪荣副教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM504

2、U.D.C:621.3DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringSIMULATIONANALYSISANDOPTIMIZATIONOFMANGANINSHUNTFORSMARTMETERINPOWERFREQUENCYMAGNETICFIELDCandidate：DangZhengSupervisor：AssociateProf.YeXuerongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：SchoolofElec

3、tricalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要锰铜分流器以其温度系数小和成本低的优点被广泛应用于电流测量中。作为单相电能表电流采样电路的关键元器件，锰铜分流器电流采样的准确性将直接影响电能表计量精度。实际应用中，电能表极易受到工频磁场的干扰，使得分流器采样端产生感应电动势，从而严重影响电能表电流采样的准确性。本文以单相电能表的锰铜分流器为研究对象，对其电磁仿真模型、感应电流近似建模以及优化设计进行深入研究，从而

4、减小工频磁场对锰铜分流器感应电流的影响。首先，研究工频磁场作用下锰铜分流器感应电流的仿真分析方法。基于电磁感应理论，对规则导体在工频磁场下的感应电流进行理论计算与仿真分析，其方法作为后续分流器仿真的参考；采用Flux软件，建立分流器的仿真模型，得到工频磁场作用下通孔位置对感应电流的影响；采用Helmholtz线圈产生工频磁场，测试分流器通孔位置与感应电流的关系，实现仿真结果的试验验证。其次，基于仿真模型研究分流器尺寸参数对感应电流的影响，确定关键尺寸参数，建立近似模型实现感应电流的快速计算。采用单因素法初步分析各尺寸参数对感应电流的影响，而后利用正交试验设计进行多因素分析，确定分流器的关键

5、尺寸参数。基于克里金和径向基分别建立感应电流的快速计算模型，通过误差比较，最终确定径向基模型作为感应电流的快速计算模型。然后，基于Taguchi方法对锰铜分流器进行多目标稳健参数设计。以关键尺寸参数作为可控因素，设计公差作为误差因素，通过内外表直积法构建试验设计方案，利用径向基近似模型对感应电流进行快速计算，通过信噪比方差分析和综合平衡法确定四组实验方案。采用正交表对四组方案进行外表设计，最后通过均值和标准差比较得到设计参数的最优水平组合。最后，基于粒子群优化算法对锰铜分流器进行进一步全局寻优。基于RBF近似模型建立锰铜分流器的全局寻优模型，利用多目标粒子群优化算法进行求解，得到优化后的设

6、计参数组合。对比Taguchi方法和粒子群算法的优化结果，验证粒子群算法在分流器多目标优化设计中的有效性。关键词：锰铜分流器；仿真分析；近似模型；稳健性参数设计；多目标优化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractManganinshuntarewidelyusedincurrentmeasurementduetotheirsmalltemperaturecoefficientandlowcost.Asthekeycomponentofthesingle-phaseenergymetercurrentsamplingcircuit,theaccuracyofcurrentsamp

7、lingofthemanganinshuntwilldirectlyaffectthemeteringaccuracyofthemeter.Inpracticalapplications,theelectricenergymeterisextremelysusceptibletotheinterferenceofthepowerfrequencymagneticfield,sothatthesamplingendofth