[发明专利]一种用于测量铁磁材料磁导率的方法和系统

说明书

本发明公开了一种用于测量铁磁材料磁导率的方法和系统，包括：铁磁材料的磁感应强度和磁场强度之间存在的相位差，确定铁磁材料在一个周期内的复数磁导率表达式；构建基于锁相放大器的铁磁材料复数磁导率测量回路；基于所述铁磁材料复数磁导率测量回路，获取所述锁相放大器输出的励磁电流相量与励磁电压相量对应的同相分量、正交分量；基于所述复数磁导率表达式，根据所述同相分量和正交分量，获取铁磁材料磁导率的相关参数。解决现有技术在不同频率下不能准确测量μA级励磁电流的幅值及相位的问题。

技术领域

本申请涉及高压电气设备领域，具体涉及一种用于测量铁磁材料磁导率的方法和系统。

背景技术

随着新型电力系统的推进，大量新能源并入电网，互感器作为电网电压电流信号测量的高压电气设备，其运行场景正在发生着大的变革，其中一个是运行频率不仅仅是在工频(50Hz)下，而是在很宽的频率范围内都需要准确测量，下至低频(小于50Hz)，上至高频(谐波)。

新型电力系统中接入了高比例的新能源以及高比例的电力电子设备，电力系统谐波含量更为丰富，测量获得电网中更为准确的谐波电流、电压信号，对提高电网安全可靠性具有重要作用。

铁磁材料是电磁式互感器的关键材料，其磁导率是表征铁磁材料磁特性的关键参数，现有铁磁材料磁导率往往在工频下利用爱泼斯坦方圈测得，且仅有磁感应强度B和磁场强度H的对应关系，设计人员往往根据铁磁材料生产厂家提供的B-H曲线数据进行设计。

而实际情况是，随着频率变化，铁磁材料的磁性能会发生变化。由于B和H均为相量，在交流励磁下，由于铁心磁能损耗，B和H之间存在一定相位差，现有的数据无法表征B和H之间的相位差以及不同频率下的关系。

测量误差是互感器的关键技术参数，测量误差包含幅值误差和相位差，为一个复数，因此，铁磁材料中B和H的相位关系也影响着互感器的误差。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种用于测量铁磁材料磁导率的方法，包括：

铁磁材料的磁感应强度和磁场强度之间存在的相位差，确定铁磁材料在一个周期内的复数磁导率表达式；

构建基于锁相放大器的铁磁材料复数磁导率测量回路；

基于所述铁磁材料复数磁导率测量回路，获取所述锁相放大器输出的励磁电流相量与励磁电压相量对应的同相分量、正交分量；

基于所述复数磁导率表达式，根据所述同相分量和正交分量，获取铁磁材料磁导率的相关参数。

进一步的，铁磁材料的磁感应强度和磁场强度之间存在的相位差，确定铁磁材料在一个周期内的复数磁导率表达式，包括：

铁磁材料的磁感应强度H和磁场强度B之间存在的相位差具体表达式为：

其中，为磁场强度，H_m为磁场强度幅值，为磁感应强度，B_m为磁感应强度幅值，ω为角频率，θ为和之间的相位差；

根据上述相位差具体表达式，确定铁磁材料在一个周期内的复数磁导率表达式具体为：

上式中，μ′为复数磁导率的实部，μ″为复数磁导率的虚部。

进一步的，构建基于锁相放大器的铁磁材料复数磁导率测量回路，包括：信号发生器、功率放大器、采样电阻、锁相放大器和铁磁材料制成的环形试样；

将导线绕制于铁磁材料制成的环形试样上，形成线圈；

所述信号发生器与功率放大器连接，所述信号发生器输出信号，由所述功率放大器进行功率放大后，施加于连接的线圈上；