一種基于脈寬變化的低頻雙極性方波源的鐵芯退磁方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵磁元件鐵芯退磁方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及變壓器、互感器、電抗器的退磁方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有封閉鐵磁材料鐵芯結(jié)構(gòu)的器件，不斷投入運行再切出運行的過程中，由于鐵磁材料的磁滯特性，器件切出運行時，將在鐵芯中留有剩磁。電力變壓器進行電壓比、直流電阻測量和空載試驗等操作后會在其鐵芯中殘留剩磁。當變壓器投人運行時鐵芯剩磁使變壓器鐵芯半周飽和，在勵磁電流中產(chǎn)生大量諧波，導(dǎo)致勵磁電流幅值可達正常穩(wěn)態(tài)運行電流的幾倍或者幾十倍。這不僅增加了變壓器的無功消耗，而且可能引起繼電保護裝置誤動作，造成一定的經(jīng)濟損失。
[0003]剩磁使測量用電流互感器比值差向負方向變化，相位差向正方變化，從而導(dǎo)致測量結(jié)果偏小、電能計量偏小，剩磁越大，影響越大；剩磁使保護用電流互感器在短路故障后的2?3個周波內(nèi)嚴重飽和，不能在故障發(fā)生后的2?3內(nèi)動作，從而造成繼電保護裝置誤動、拒動。GB 16847—1997《保護用電流互感器暫態(tài)特性技術(shù)要求》規(guī)定，TPY級電流互感器剩磁系數(shù)應(yīng)< 10%。因此對鐵磁元件退磁是工程必要的，研究鐵磁元件退磁方法具有十分重要的意義
[0004]JJG 313-2010一一《測量用電流互感器檢定規(guī)程》，出廠標牌未特殊規(guī)定的互感器采用開路退磁法或者閉路退磁法。開路退磁法是在一次(或二次)繞組中選擇匝數(shù)較少的一個繞組通以10%?15%的額定一次(或二次)電流，在其他繞組均開路的情況下，平穩(wěn)、緩慢地將電流將至零。閉路退磁法是在二次繞組上接上一個相當于額定負載10?20倍的電阻(考慮足夠容量)，對一次繞組施加工頻正弦波電流，由零增至1.2倍的額定電流，然后均勻緩慢地將至零。
[0005]規(guī)程中規(guī)定的退磁方法需要施加工頻電壓退磁，但是由于現(xiàn)在電力系統(tǒng)發(fā)展迅速，設(shè)備容量越來越大，如果對一臺大型電力變壓器或者互感器退磁需要電壓、電流高，容量大的實驗電源，往往要用到重達數(shù)噸重的升壓器，試驗極為不方便，而且成本高。因此，尋找一種新的能簡化試驗過程，減輕試驗設(shè)備重量和體積的鐵芯退磁方法很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有的鐵磁元件工頻退磁法的不足，正是由于現(xiàn)有工頻正弦波退磁法的這些問題，因而本發(fā)明提出了一種采用脈寬變化的低頻雙極性方波源來代替工頻正弦波源來對鐵磁元件退磁的方法。該方法只需要采用一個功率足夠的直流電源和相應(yīng)控制電路，再加一些試驗導(dǎo)線即可完成鐵磁元件退磁?？梢詫⑵浯蟠蠼档驮囼炿娫慈萘?、減小試驗設(shè)備的體積和重量。具有測量時間短、成本低、退磁完全、操作簡單的特點，整個退磁過程可以通過程序控制自動完成，可以很好的用于變壓器和互感器的退磁。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種基于脈寬變化的低頻雙極性方波源的鐵芯退磁方法，本發(fā)明特征在于，包括如下步驟:
[0009]步驟一:采用電力電子開關(guān)控制施加在鐵芯繞組兩端的電壓極性，先施加一個負的電壓(-V)使鐵芯達到負飽和點；
[0010]步驟二:微處理器通過預(yù)先編好的程序控制電力電子開關(guān)導(dǎo)通，在繞組兩端施加幅值不變(V)、脈寬逐漸變窄(頻率變高)的低頻雙極性方波；
[0011]步驟三:通過微處理器程序設(shè)定來控制脈寬脈寬變化的規(guī)律，使最后一個脈沖的電壓時在間上的積分足夠小，使剩磁足夠小，達到鐵磁元件的的退磁目的；
[0012]步驟四:當脈寬達到程序設(shè)定的最小值后，控制開關(guān)關(guān)斷，鐵磁元件退磁完成。
[0013]本發(fā)明所述的步驟二施加的雙極性方波具有頻率低、脈寬逐漸變窄(頻率逐漸升高)的特點，這樣才得以使電壓在時間上的積分逐漸變小，使得鐵芯中的磁通逐漸變小。
[0014]其中本發(fā)明所述的步驟三脈寬變化規(guī)律是逐漸減小，不受變化規(guī)律限制，可以是線性、指數(shù)、正余弦等，為了控制簡單、退磁速度快，通常是線性減小或者指數(shù)衰減。減小的步長應(yīng)當適宜，兼顧退磁所花時間和退磁效果；本發(fā)明所述的步驟四的脈寬最小值根據(jù)對剩磁要求的不同等級來設(shè)置。
[0015]本發(fā)明和現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點:
[0016]1.試驗操作簡單，只需要將繞組端子與電源輸出連上即可，退磁過程程序自動完成，退磁時間短。
[0017]2.采用脈寬變化的低頻雙極性方波退磁，需要的退磁電源只需要一個功率相對小的直流電源和一些控制電路，便于攜帶。
【附圖說明】
[0018]為了使本發(fā)明的消除剩磁和測量剩磁的方法、原理更為清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步的詳細描述，其中:
[0019]圖1為退磁方法原理圖；
[0020]圖2為優(yōu)選實施例原理圖；
[0021 ] 圖3退磁過程磁通隨時間變化示意圖；
[0022]圖4為施加的電源波形圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作出詳細的說明:
[0024]圖如圖1所示，一種基于脈寬變化的低頻雙極性方波源的鐵芯退磁方法，本發(fā)明特征在于，包括如下步驟:
[0025]步驟一:采用電力電子開關(guān)控制施加在鐵芯繞組兩端的電壓極性，先施加一個負的電壓(-V)使鐵芯達到負飽和點；
[0026]步驟二:微處理器通過預(yù)先編好的程序控制電力電子開關(guān)導(dǎo)通，在繞組兩端施加幅值不變(V)、脈寬逐漸變窄(頻率變高)的低頻雙極性方波；
[0027]步驟三:通過微處理器程序設(shè)定來控制脈寬脈寬變化的規(guī)律，使最后一個脈沖的電壓時在間上的積分足夠小，使剩磁足夠小，達到鐵磁元件的的退磁目的；
[0028]步驟四:當脈寬達到程序設(shè)定的最小值后，控制開關(guān)關(guān)斷，鐵磁元件退磁完成。
[0029]本發(fā)明所述的步驟二施加的雙極性方波具有頻率低、脈寬逐漸變窄(頻率逐漸升高)的特點，這樣才得以使電壓在時間上的積分逐漸變小，使得鐵芯中的磁通逐漸變小。
[0030]其中本發(fā)明所述的步驟三脈寬變化規(guī)律是逐漸減小，不受變化規(guī)律限制，可以是線性、指數(shù)、正余弦等，為了控制簡單、退磁速度快，通常是線性減小或者指數(shù)衰減。減小的步長應(yīng)當適宜，兼顧退磁所花時間和退磁效果；本發(fā)明所述的步驟四的脈寬最小值根據(jù)對剩磁要求的不同等級來設(shè)置。
[0031]直流電壓源采用定制的電壓可調(diào)功率足夠的恒壓源；開關(guān)電路采用電力電子器件作為開關(guān)，改變直流電源的極性；微處理器主要輸出PWM控制信號經(jīng)驅(qū)動電路后控制開關(guān)導(dǎo)通，以改變施加在繞組兩端電壓的極性以及輸出方波的脈寬(頻率)。其工作過程如下:
[0032]首先，在繞組上施加一個負方向的直流電壓(-V)使鐵芯達到負飽和點；接著微處理器通過控制開關(guān)動作，在繞組上施加一個幅值不變脈寬逐漸變小的雙極性方波；直到脈寬足夠窄，電壓在時間上的積分足夠小后關(guān)斷M0SFET開關(guān)，退磁過程結(jié)束。
[0033]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述；應(yīng)當理解，優(yōu)選實施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護范圍。
[0034]如圖2所示，本例采用全橋電路。電容C主要起到充電和穩(wěn)壓的作用，Sp S2、S3、S4S MOSFET開關(guān)，控制繞組兩端電壓的極性。微處理器采用DSP芯片TMS320F2812，通過對計數(shù)器的計數(shù)值編程，來改變輸出PWM波的脈寬，使輸出的脈沖寬度逐漸變窄(變窄規(guī)律可以是線性減小或者指數(shù)規(guī)律減小)，交替輸出控制PWM波形來同時改變輸出電壓的極性。這樣得到的輸出電壓波形如圖3所示，同時也可以看到磁通隨時間的變化規(guī)律，隨著脈寬的變窄，脈沖持續(xù)時間從tp t2、t3…逐漸減小，磁通逐漸減小到零。
[0035]退磁過程磁通隨時間的變化示意圖如圖3所示，假設(shè)初始剩磁為Φ J “a”點)；開關(guān)S2、S3導(dǎo)通，S n S4關(guān)斷，給繞組兩端施加一個負的直流電壓(-V)(電壓波形上持續(xù)t。時間)，直到鐵芯達到負飽和點(“b”點)，;然后聽過控制芯片改變PWM控制信號，從而使SpS4，S2、S3交替導(dǎo)通來改變施加在繞組兩端的極性，通過改變微處理器計數(shù)初值來改變波形脈寬，磁通開始沿著b — c — d —…一ο變化。整個退磁過程施加在繞組兩端的電壓波形和磁通變化過程如圖3所示，可以看出鐵芯磁通隨著電壓脈寬變小也逐漸變小直到最后十分接近于零，退磁完成。
【主權(quán)項】
1.一種基于脈寬變化的低頻雙極性方波源的鐵芯退磁方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:采用電力電子開關(guān)控制施加在鐵芯繞組兩端的電壓極性，先施加一個負的電壓(-V)使鐵芯達到負飽和點； 步驟二:微處理器通過預(yù)先編好的程序控制電力電子開關(guān)導(dǎo)通，在繞組兩端施加幅值不變(V)、脈寬逐漸變窄(頻率變高)的低頻雙極性方波； 步驟三:通過微處理器程序設(shè)定來控制脈寬脈寬變化的規(guī)律，使最后一個脈沖的電壓時在間上的積分足夠小，使鐵芯剩磁足夠小，達到鐵磁元件的的退磁目的； 步驟四:當脈寬達到程序設(shè)定的最小值后，控制開關(guān)關(guān)斷，鐵磁兀件鐵芯退磁完成。
【專利摘要】一種基于脈寬變化的低頻雙極性方波源的鐵芯退磁方法，包括如下步驟：步驟一：采用電力電子開關(guān)控制施加在鐵芯繞組兩端的電壓極性，先施加一個負的電壓(-V)使鐵芯達到負飽和點；步驟二：微處理器通過預(yù)先編好的程序控制電力電子開關(guān)導(dǎo)通，在繞組兩端施加幅值不變(V)、脈寬逐漸變窄(頻率變高)的低頻雙極性方波等；本發(fā)明的有益效果是:試驗操作簡單，只需要將繞組端子與電源輸出連上即可，退磁過程程序自動完成，退磁時間短。采用脈寬變化的低頻雙極性方波退磁，需要的退磁電源只需要一個功率相對小的直流電源和一些控制電路，便于攜帶。
【IPC分類】H01F13/00
【公開號】CN105428000
【申請?zhí)枴緾N201510901510
【發(fā)明人】劉鑫, 梁仕斌, 王俊凱, 劉濤, 彭慶軍, 王磊, 田慶生, 姚陳果
【申請人】云南電力試驗研究院(集團)有限公司, 云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院, 重慶大學, 云南電力技術(shù)有限責任公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月8日