本发明公开了一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法及系统，根据硅钢片在立体卷铁心中的服役特性，获得测量铁心单框所需的非正弦励磁电压波形，通过所述立体卷铁心的心柱绕组电压和单框绕组电压之间的关系，确定所述被测立体卷铁心单框所需的电压有效值，再通过计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器和示波器，直接在所述立体卷铁心单框上加载励磁电压，利用功率表测量立体卷铁心单框损耗。本发明利用硅钢的服役特性，获得测量立体卷铁心单框所需的非正弦励磁电压波形和电压有效值，再将励磁电压直接加载到被测立体卷铁心单框，测量立体卷单框铁心损耗。
基本信息
申请号：CN202111008157.5
申请日期：20210831
公开号：CN202111008157.5
公开日期：20230303
申请人：宝山钢铁股份有限公司;河北高晶电器设备有限公司
申请人地址：201900 上海市宝山区富锦路885号
发明人：王晓燕;张艳林;李国保;宋刚;曹剑飞;陶利
当前权利人：宝山钢铁股份有限公司;河北高晶电器设备有限公司
代理机构：上海集信知识产权代理有限公司 31254
代理人：周成
主权利要求
1.一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：根据硅钢在立体卷铁心中的服役特性，获得测量立体卷铁心单框所需的非正弦励磁电压波形，通过所述立体卷铁心的心柱绕组电压和单框绕组电压之间的关系，确定所述被测立体卷铁心单框所需的电压有效值，通过计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器，在所述铁心单框上加载励磁电压，利用功率表测量铁心单框损耗。
权利要求
1.一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据硅钢在立体卷铁心中的服役特性，获得测量立体卷铁心单框所需的非正弦励磁电压波形，
通过所述立体卷铁心的心柱绕组电压和单框绕组电压之间的关系，确定所述被测立体卷铁心单框所需的电压有效值，
通过计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器，在所述铁心单框上加载励磁电压，利用功率表测量铁心单框损耗。
2.根据权利要求1所述的基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，其特征在于：所述立体卷铁心包括三个拼装呈三角形状的铁心单框，相邻两个所述铁心单框的边柱拼装呈心柱，所述心柱上均绕有绕组a、b、c；
任一所述铁心单框上再饶有绕组d；
所述绕组a、b、c采用Y连接或D连接。
3.根据权利要求2所述的基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，其特征在于：以所述心柱的磁密为基准，测量所述心柱在额定磁密下，所述绕组d的感应电势波形为所述硅钢的服役波形。
4.根据权利要求3所述的基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，其特征在于，所述硅钢的服役波形的测量包括以下步骤：
1)采用式(1)计算在所述心柱的额定磁密为B 0时，所述绕组a、b、c上的励磁电压有效值E 0：
E 0＝4.44fN 0B 0S 0 (1)
式(1)中，E 0为所述绕组a、b、c上的励磁电压，单位V；
N 0为所述绕组a、b、c的匝数；
S 0为所述心柱的截面积，单位m 2；
B 0为所述心柱的磁通密度，单位T；
f为频率，单位Hz；
由式(1)计算所送心柱的匝电压的有效值U 0，如式(2)所示：
2)将E 0加载到所述绕组a、b、c上，在所述心柱的磁密为B 0状态下，用所述示波器测量所述绕组d上的感应电势波形e 1和电压有效值E 1，根据法拉第电磁感应定律，e 1满足式(3)，即为所述硅钢的服役波形：
式(3)中，e 1为所述绕组d上的感应电势波形，单位V；
N 1为所述绕组d的匝数；
S 1为所述立体卷铁心单框的截面积，单位m 2；
B 1为所述立体卷铁心单框的磁通密度，单位T；
由式(3)计算得到所述立体卷铁心单框的匝电压的有效值U 1，如式(4)所示：
式(3)中，E 1为e 1的有效值，单位V。
5.根据权利要求4所述的基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，其特征在于，所述立体卷铁心单框损耗测量方法进一步包括以下步骤：
1)设所述被测立体卷铁心单框所在所述立体卷铁心的工作磁密为B 0，将所述硅钢的服役波形的采样点e 1(t)数据输入所述计算机，由所述计算机对波形做归一化处理，使波形电压峰值为1V，再将归一化波形输出至所述数据采集卡D/A转换器；
2)通过所述数据采集卡D/A转换器将采样点由数字信号转换为模拟信号，输出至所述功率放大器；
3)设置所述功率放大器的增益初值G，使G满足式(5)：
式(5)中，U 2为所述被测立体卷铁心单框所在所述立体卷铁心的工作磁密为B 0时，所述心柱上的励磁电压，如式(6)所示；
U 2＝4.44fN 2B 0S 2 (6)
式(6)中，N 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心的心柱绕组的匝数；
S 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心心柱的截面积，单位m 2；
U 3＝G (7)
式(7)中，U 3为所述被测立体卷铁心单框励磁电压有效值。
4)将所述功率放大器输出电压经过所述隔离变压器，加载到所述被测立体卷铁心单框的励磁绕组e上，e的匝数为N 2；
5)用所述示波器测量所述被测立体卷铁心单框上测量绕组g的感应电压波形和电压有效值，g的匝数为N 2，将所述功率放大器的增益调整为初值G，通过示波器观测g的电压有效值，在G值附近进一步调整功率放大器增益，直到测量绕组g的电压有效值为U 3；
6)用功率表所述测量立体卷铁心单框的损耗。
6.一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量系统，其特征在于：包括计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器和示波器；
将硅钢的服役波形输入所述计算机，由所述计算机对波形做归一化处理，再将归一化波形输出至所述数据采集卡D/A转换器；
所述数据采集卡D/A转换器将数字信号转换为模拟信号，输出至所述功率放大器；
所述功率放大器输出电压经过所述隔离变压器，加载到所述被测立体卷铁心单框的励磁绕组上；
所述示波器测量所述被测立体卷铁心单框上测量绕组的感应电压波形和电压有效值；
利用所述立体卷铁心单框损耗测量系统以执行如权利要求1-5之一所述的立体卷铁心单框损耗测量方法。
说明书
基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法及系统
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，更具体地说，涉及一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法及系统。
背景技术
立体卷铁心由三个结构尺寸相同，且相互独立的铁心单框组成，立体卷铁心变压器中的各相心柱均由两个单框的边柱拼装而成。在组装变压器铁心前，检测每个单框的铁心损耗，再根据单框铁心的损耗检测结果组装变压器铁心，可以避免在组装以后，出现因检测变压器空载损耗超标造成的损失。
测量立体卷铁心单框损耗的困难之处在于，单框铁心的励磁电压波形是含有高次谐波的非正弦波形，这种非正弦波形的产生，源于硅钢片在立体卷铁心中的服役特性，常规的变压器铁心检测设备，无法获得这种非正弦励磁电压波形，常规的铁心测量方法无法确定这种非正弦励磁电压的幅值。
在现有的专利申请中，如中国专利公开号CN112285431A公开了一种立体卷铁心变压器的单框铁心损耗的测量装置及其方法，提供了一种用立体卷铁心做中间变压器，加载被测单框铁心所需非正弦励磁电压波形，测量单框铁心损耗的方法，通过调节中变单框铁心上输出绕组的匝数控制被测单框所需的电压幅值，进而测量单框铁心损耗。但该方法在测量过程中电源电压设定以后，只能通过调节匝数控制输出电压幅值，当需要调节的绕组匝数为非整数匝时，要准确设定分数匝的匝数来保证测量的准确性，操作过程比较复杂。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法及系统，利用硅钢片的服役特性，获得测量铁心单框损耗所需的非正弦励磁电压波形和电压有效值，再将励磁电压直接加载到被测铁心单框，测量单框铁心损耗。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，包括以下步骤：
根据硅钢在立体卷铁心中的服役特性，获得测量铁心单框所需的非正弦励磁电压波形，通过所述立体卷铁心的心柱绕组电压和单框绕组电压之间的关系，确定被测立体卷铁心单框所需的电压有效值，再通过计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器，在所述铁心单框上加载励磁电压，利用功率表测量铁心单框损耗。
较佳的，所述立体卷铁心包括三个拼装呈三角形状的铁心单框，相邻两个所述铁心单框的边柱拼装成心柱，所述心柱上均绕有绕组a、b、c；
任一所述铁心单框上再绕有绕组d；
所述绕组a、b、c采用Y连接或D连接。
较佳的，以所述心柱的磁密为基准，测量所述心柱在额定磁密下，所述绕组d的感应电势波形为所述硅钢片的服役波形。
较佳的，所述硅钢片的服役波形的测量，包括以下步骤：
1)采用式(1)计算在所述心柱的额定磁密为B 0时，所述绕组a、b、c上的励磁电压有效值E 0：
E 0＝4.44fN 0B 0S 0 (1)
式(1)中，E 0为所述绕组a、b、c上的励磁电压，单位V；
f为频率，单位Hz；
N 0为所述绕组a、b、c的匝数；
B 0为所述心柱的磁通密度，单位T；
S 0为所述心柱的截面积，单位m 2；
由式(1)计算所述心柱的匝电压的有效值U 0，如式(2)所示：
2)将E 0加载到所述绕组a、b、c上，在所述心柱的磁密为B 0的状态下，用所述示波器测量所述绕组d上的感应电势波形e 1和电压有效值E 1，根据法拉第电磁感应定律，e 1满足式(3)，即为所述硅钢片的服役波形：
式(3)中，e 1为所述绕组d上的感应电势波形，单位V；
N 1为所述绕组d的匝数；
S 1为所述铁心单框的截面积，单位m 2；
B 1为所述铁心单框的磁通密度，单位T；
由式(3)计算得到所述铁心单框的匝电压的有效值U 1，如式(4)所示：
式(3)中，E 1为e 1的有效值，单位V。
较佳的，所述铁心单框损耗测量方法进一步包括以下步骤：
1)设被测立体卷铁心单框所在所述立体卷铁心的工作磁密为B 0，将所述硅钢片的服役波形的采样点e 1(t)数据输入所述计算机，由所述计算机对波形做归一化处理，使波形电压峰值为1V，再将归一化波形输出至所述数据采集卡D/A转换器；
2)通过所述数据采集卡D/A转换器将采样点由数字信号转换为模拟信号，输出至所述功率放大器；
3)设置所述功率放大器的增益初值G，使G满足式(5)：
式(5)中，U 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心的工作磁密为B 0时，所述立体卷铁心的心柱上的励磁电压，如式(6)所示；
U 2＝4.44fN 2B 0S 2 (6)
式(6)中，N 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心的心柱绕组的匝数；
S 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心心柱的截面积，单位m 2；
U 3＝G (7)
式(7)中，U 3为所述被测铁心单框励磁电压有效值。
4)将所述功率放大器输出电压经过所述隔离变压器，加载到所述被测立体卷铁心单框的励磁绕组e上，e的匝数为N 2；
5)用所述示波器测量所述被测立体卷铁心单框上测量绕组g的感应电压波形和电压有效值，g的匝数为N 2，调整所述功率放大器的增益初值G，直到测量绕组g的电压有效值为U 3；
6)用功率表测量所述铁心单框的损耗。
另一方面，一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量系统，包括计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器和示波器；
将硅钢的服役波形输入所述计算机，由所述计算机对波形做归一化处理，再将归一化波形输出至所述数据采集卡D/A转换器；
所述数据采集卡D/A转换器将数字信号转换为模拟信号，输出至所述功率放大器；
所述功率放大器的输出电压经过所述隔离变压器，加载到所述被测立体卷铁心单框的励磁绕组上；
所述示波器测量所述被测立体卷铁心单框上测量绕组的感应电压波形和电压有效值；
利用所述铁心单框损耗测量系统以执行所述的铁心单框损耗测量方法。
本发明所提供的一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法及系统，利用硅钢片服役特性，获得了测量立体卷铁心单框损耗所需的励磁电压波形和有效值，实现了立体卷铁心单框损耗测量，为检验立体卷铁心单框损耗性能提供了检测方法。
附图说明
图1是本发明铁心单框损耗测量方法中硅钢片的服役波形测量的原理示意图，其中，(a)为励磁绕组Y连接示意图，(b)为励磁绕组D连接示意图；
图2是本发明铁心单框损耗测量系统的框架示意图；
图3是硅钢片的服役波形，即铁心单框励磁电压波形示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明所提供的一种基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法：
以立体卷铁心的心柱工作磁密为基准，基于硅钢在立体卷铁心中的服役特性，获得测量立体卷铁心单框损耗所需的非正弦励磁电压波形，通过立体卷铁心的心柱绕组电压和单框绕组电压之间的关系，确定被测立体卷铁心单框所需的电压有效值，再通过计算机、数据采集卡D/A转换器、功率放大器、隔离变压器，直接在立体卷铁心单框上加载励磁电压，利用功率表测量立体卷铁心单框损耗。
结合图1所示，立体卷铁心T包括三个拼装呈三角形状的铁心单框1，相邻两个铁心单框1的边柱11拼装成心柱，心柱上均绕有绕组a、b、c；
在任一个铁心单框1上再绕有绕组d；
绕组a、b、c根据立体卷铁心T所在变压器的励磁绕组的连接方式，采用Y连接，如图1中(a)所示，或D连接，如图1中(b)所示；
根据铁心单框1的磁密波形表现为硅钢的服役特性这一特点，以心柱的磁密为基准，根据电磁感应定律，测量心柱在额定磁密下，绕组d的感应电势波形即为硅钢的服役波形。
上述硅钢的服役波形的测量，进一步包括以下步骤：
1)采用式(1)计算在心柱的额定磁密为B 0时，绕组a、b、c上的励磁电压有效值E 0：
E 0＝4.44fN 0B 0S 0 (1)
式(1)中，E 0为绕组a、b、c上的励磁电压，单位V；
f为频率，单位Hz；
N 0为绕组a、b、c的匝数；
B 0为心柱的磁通密度，单位T；
S 0为心柱的截面积，单位m 2；
由式(1)计算所述心柱的匝电压的有效值U 0，如式(2)所示：
2)将E 0加载到绕组a、b、c上，在心柱的磁密为B 0状态下，用示波器6测量绕组d上的感应电势波形e 1和电压有效值E 1，根据法拉第电磁感应定律，e 1满足式(3)，即为硅钢的服役波形：
式(3)中，e 1为绕组d上的感应电势波形，单位V；
N 1为绕组d的匝数；
S 1为铁心单框1的截面积，单位m 2；
B 1为铁心单框1的磁通密度，单位T；
由式(3)计算得到铁心单框1的匝电压的有效值U 1，如式(4)所示：
式(3)中，E 1为e 1的有效值，单位V。
本发明基于硅钢服役特性的立体卷铁心单框损耗测量方法，进一步包括以下步骤：
1)设被测立体卷铁心单框1所在立体卷铁心T的工作磁密为B 0，将硅钢的服役波形e 1(t)的采样点数据输入计算机2，由计算机2对波形做归一化处理，使波形电压峰值为1V，再将归一化波形输出至数据采集卡D/A转换器3；
2)通过数据采集卡D/A转换器3将采样点由数字信号转换为模拟信号，输出至功率放大器4；
3)设置功率放大器4的增益初值G，使G满足式(5)：
式(5)中，U 2为被测立体卷铁心单框1所在立体卷铁心T的工作磁密为B 0时，心柱上的励磁电压，如式(6)所示；
U 2＝4.44fN 2B 0S 2 (6)
式(6)中，N 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心的心柱绕组的匝数；
S 2为所述被测立体卷铁心单框所在立体卷铁心心柱的截面积，单位m 2；
U 3＝G (7)
式(7)中，U 3为所述被测立体卷铁心单框励磁电压有效值。
4)将功率放大器4输出电压经过隔离变压器5，加载到被测立体卷铁心单框1的励磁绕组e上，e的匝数为N 2；
5)用示波器6测量被测立体卷铁心单框1上测量绕组g的感应电压波形和电压有效值，g的匝数为N 2，将所述功率放大器的增益调整为初值G，通过示波器观测g的电压有效值，在G值附近进一步调整功率放大器增益，直到测量绕组g的电压有效值为U 3；
6)用功率表测量立体卷铁心单框1的损耗。
结合图2所示，本发明还提供了一种基于硅钢服役特性的铁心单框损耗测量系统，包括计算机2、数据采集卡D/A转换器3、功率放大器4、隔离变压器5和示波器6。
被测立体卷铁心单框F上绕有励磁绕组e(匝数N 2)和测量绕组g(匝数N 2)，将立体卷铁心T心柱工作磁密下的硅钢服役波形通过计算机2和数据采集卡D/A转换器3输出到功率放大器4，用示波器6检测测量绕组g的感应电势波形和电压有效值，调整功率放大器4的增益，将电压有效值增加到被测立体卷铁心单框F励磁电压需要的倍数，再经过隔离变压器5避免直流分量的干扰，将非正弦励磁电压加载到励磁绕组e上，用功率表测量被测立体卷铁心单框F的损耗。
实施例
用型号为S-M·RL-100/10-NX2的立体卷铁心变压器铁心测量硅钢片的服役波形，用铁心直径为Φ60mm的立体卷铁心为被试品，分别测量单框1、2、3的损耗P1、P2、P3，再测量这三个单框组装成立体卷铁心的损耗P 0，比较三个单框损耗之和，与立体卷铁心的损耗，验证方法的有效性。表1为本实施例测量硅钢片的服役波形的立体卷铁心变压器的参数和被测立体卷铁心在心柱磁密为B 0时心柱上的励磁电压(表中电压参数值均指有效值)，表2为测量结果。图3是硅钢片的服役波形(即铁心单框励磁电压波形)。
表1
表2
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
