[发明专利]一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法

权利要求书

1.一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，非晶铁心快速放电线圈的设计参数包括额定电压、额定工作磁密、铁心有效截面、铁心窗高和窗宽、绕组匝数和导线线径、直流电阻值、并联电容器组补偿容量、绕组绕制方式，其特征在于设计方法包含以下步骤：

步骤1)，根据DLT 653-2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》确定非晶铁心快速放电线圈的额定电压，非晶铁心快速放电线圈的额定电压与并联电容器组的额定电压相等；

步骤2)，根据DLT 653-2009《高压并联电容器用放电线圈使用技术条件》确定非晶铁心快速放电线圈的额定工作磁密，快速放电线圈的额定工作磁密小于铁心材料饱和磁密的77％；

步骤3)，确定铁心有效截面和绕组匝数的乘积，铁芯有效截面和绕组匝数的乘积计算公式为

U_N为快速放电线圈的额定电压，B_N为快速放电线圈的额定工作磁密；

根据经验公式确定铁心的窗高和窗宽，经验公式为：式中：X为铁心窗高，Y为铁心窗宽，S为铁心有效截面；

步骤4)，根据铁心有效截面和绕组匝数的乘积得到多组设计方案，保持铁心有效截面与绕组匝数的乘积不变，选取边长依次递增的整数，得到对应的截面和对应的线圈匝数，再在得到的匝数之间选取能被1000整除的匝数，通过匝数再次得到截面积；

步骤5)，选择导线线径，采用下述公式计算直流电阻值：

ρ为导线材料的电阻率，N为绕组匝数，A为铁心叠厚，B为铁心带材宽度，h为绕组高度，t为绕组厚度，d为绕组与铁心之间的水平绝缘距离，为导线线径，a为导线截面面积；

步骤6)，在Ansys Maxwell软件中建立场路耦合模型，所述场路耦合模型包括外部电路和有限元模型，通过改变外部电路和有限元模型的参数对不同设计方案的放电性能进行仿真分析；

步骤7)，得到多组符合性能要求的仿真结果，选择最优设计方案。

2.根据权利要求1所述的一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，其特征在于：铁心材料使用铁基非晶合金。

3.根据权利要求1所述的一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，其特征在于：非晶铁心快速放电线圈的性能要求为：当电容器两端电压为额定电压时，快速放电线圈能在电容器退出运行10ms之内将其端电压降至0.5倍的额定电压。

4.根据权利要求1所述的一种非晶铁心快速放电线圈的设计方法，其特征在于：根据仿真结果，当绕组匝数过多和绕组匝数过小时，放电线圈的放电性能均不符合要求，因此采用二分法逐渐缩小快速放电线圈的绕组匝数和铁心截面的匹配参数范围，最终得到最优参数。