[发明专利]低频变频电源测量铁磁元件伏安特性的试验方法和补偿计算方法

说明书

技术领域：

本发明属于电力设备电气试验技术领域，适用于对电力用互感器、电抗器、变压器等具有铁芯和线圈结构的铁磁元件进行伏安特性(或励磁特性)试验。

技术背景：

互感器、电抗器、变压器等具有铁芯和线圈结构的铁磁元件需要在设计、出厂、使用时对其铁芯性能、空载电压、励磁电流、励磁曲线线性度等参数进行测试，以保证铁磁元件的实际性能达到要求。伏安特性试验作为测量上述参数的有效方法被生产厂家、元件使用方广泛采用，现有技术通常用工频电源进行伏安特性试验。随着实际应用的需要，大量高电压等级、大变比、高拐点电压的铁磁元件被广泛应用，采用常规工频方法进行试验需要施加较高的电压，所需设备容量也大，不能保证试品及接线端子的安全，特别是在设备运行现场，试验往往难以开展。

低频下测量铁磁元件伏安特性，能够大幅降低试验电压及所需的试验设备容量，弥补工频试验的不足，因而低频试验方法逐步被各方接受并推广，低频试验方法已被列入一些标准中。为了得到工频下的试验结果，低频试验数据需要进行换算，由于铁磁元件的伏安特性受到多种因数的影响，若仅进行简单的换算，将使低频试验结果与工频实测结果之间存在较大的差异。

GB/T 22071.1-2008《互感器试验导则第1部分：电流互感器》、GB16847-1997《保护用电流互感器暂态特性技术要求》、GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》、IEC60044-6 Requirements for protective current transformers fortransient performance等标准中对低频电源测量电流互感器伏安特性的方法进行了规定和要求。

上述标准规定：用低频电源对试品进行试验后，需要将电压换算到50Hz电源时的数值，换算方法按式(1)。

U＝f_n/f_xU_x    (1)

式中：

U：换算到50Hz的电压值，单位V；

U_x：实测电压值，单位V；

f_x：实测频率，单位Hz；

f_n：额定频率，单位Hz。

对于铁磁元件，除了感性的主电抗外其他因素也会影响伏安特性的试验结果。图1是典型的铁磁元件伏安特性试验数学模型，R_E是产生涡流损耗的等效电阻(I_E是对应的电流)，R_H是产生磁滞损耗的等效电阻(I_H是对应的电流)，L_m是纯感性的主电感，I_m是感性电流，U是施加于铁磁元件绕组上的电压，I_ex是励磁电流，R_ct是绕组直流电阻。

纯感性的主电抗值X_Lm＝ωL_m与频率呈线性关系，但是铁磁元件的铁损(包括涡流损耗和磁滞损耗)等效电阻与频率并不是线性关系，铁损的等效阻性电流与通过主电抗的感性电流I_m在相位上相差90度；此外，低频下励磁阻抗大幅下降，绕组直阻对伏安特性的测量结果影响增大。可见，上述依据式(1)的换算关系实际上将铁磁元件等效为纯感性元件，忽略了铁损和直流电阻的影响。

发明内容：

本发明的目的正是为了能对铁损及直流电阻的影响进行补偿，消除绕组直流电阻的影响，找到对铁损影响的补偿方法而提供一种，本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。

一种低频变频电源测量铁磁元件伏安特性的试验方法和补偿计算方法，其特征是：

(1)建立了低频电源测量铁磁元件伏安特性的一种数学模型，这一模型将铁磁元件的电磁关系用一个电路表达，该电路由铁芯主感抗jωL_m、铁芯涡流损耗等效电阻R_E、铁芯磁滞损耗等效电阻R_H的并联阻抗和绕组直流电阻R_ct串联组成；I_E是铁芯涡流损耗的等效电流，I_H是铁芯磁滞损耗的等效电流，I_m是通过主感抗的感性电流，U是试验时施加于绕组上的端电压，I_ex是励磁电流；这一模型忽略了绕组漏抗，充分考虑了绕组直流电阻、铁芯磁滞损耗、涡流损耗的影响，在该电路上建立的数学模型其计算方程式为：