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谐波对爱波斯坦方圈法测量结果的影响(发表于2013中国电工钢年会论文集) -龙8官网app下载地址

作者:  浏览量:776  发布时间:2013-07-12

邹学良  周署根  周新华
 (长沙天恒测控技术有限公司,湖南 长沙 410100)

1. 概述

  测量电工钢片比总损耗时需要保持磁通正弦在初级注入谐波会改变波形因数使得次级感应电压偏离正弦对测量结果产生影响国标中介绍了在波形失真的情况按照波形因数修正比总损耗测量值的方法然而在谐波条件下测试时波形因数不仅与注入的谐波量有关还与注入谐波的初始相角有关这两者都会对波形因数产生影响本文通过测量不同谐波条件下的比总损耗探讨了谐波对爱波斯坦方圈法测量结果的影响证实了采用国标中的修正关系并不能得到理想的结果对于在谐波条件下测量比总损耗具有一定的指导意义

 

2. 原理

2.1 数字法测量爱波斯坦方圈的比总损耗

   采用数字法测量爱波斯坦方圈比总损耗的原理图如图1所示其中t为爱波斯坦方圈m为空气磁通补偿线圈r为励磁电流采样电阻u为励磁电源两路ad分别转换励磁电流和次级感应电压在一个周期内进行n点等间隔采样得到电压和电流的两组数据ukik, k=1…n则总损耗p如式1所示

a1

a2

1数字法测量爱波斯坦方圈比总损耗的原理图

a) 比总损耗的傅立叶分析

   对于数字法得到的次级电压u2(t)初级励磁电流i(t)分别进行傅立叶分析可得到以下关系式

a3

a4

   由于

a5

  当n

a6

  当mn,

a7

  因此

a8

  由上式7可以看出总损耗为各次谐波损耗之和

 

b) 波形因数修正

  按照国标要求需要保证波形系数在1.111±1%范围内在实际测量中这一条件可以采用模拟或者数字反馈技术来实现然而当测量接近饱和磁感时次级感应电压波形偏离正弦很难保证波形因数在此范围内为此国标中介绍了依据波形因数的比总损耗修正方法这种修正方法将比总损耗分为磁滞损耗和涡流损耗其中磁滞损耗与波形因数无关涡流损耗与波形因数有关由于可以通过改变频率的办法确定这两种损耗在比总损耗的比例最终可以得到仅依赖于波形因数的修正关系如式8所示

a9

式中

k波形因数为次级感应电压的有效值和平均值的比值

ps 试样的比总损耗单位为瓦特每千克w/kg);

pˊs波形失真时比总损耗的修正值单位为瓦特每千克w/kg);

e涡流损耗在比总损耗中占得比例

h磁滞损耗在比总损耗中占得比例其值为1-e)。

3. 实验方法

  依据原理1中介绍的方法采用长沙天恒测控技术有限公司生产的td8510硅钢测量装置及25cm爱波斯坦方圈构成实验装置样品为马钢标准样品样品编号为td-2011-0644),整个实验装置如照片1所示

a10

td8510 硅钢测量装置包括一个精密可调励磁电源和两个数字采集通道通过软件可以方便地设置励磁电压的谐波分量及其相角并进行傅立叶分析初级磁感波形调节原理如下

a11

其中

u11u12…u1n为基波和各次谐波的幅值

φ1φ2…φn为基波和各次谐波的相角

   通过计算机设定各次谐波的幅值和相角td8510即可在基波励磁电压的基础上添加谐波励磁分量

   由于实际测量中主要的谐波成为为3次谐波我们只考虑添加3次谐波的情况为此进行了两组实验考察谐波对比总损耗测量的影响一是保持谐波相角为0改变谐波分量的比重二是保持谐波分量比重为5%改变谐波相角

4. 实验结果与分析

  按照中所描述的实验装置及实验方法得到了两组数据如表1和表2所示1为保持相位角为0改变谐波分量比重得到的实验数据2为保持谐波分量比重为5%改变谐波相位角得到的实验数据其中波形因数总损耗基波工作点是td8510测试的原始数据pˊs为按照式8修正的数据基波损耗和三次谐波损耗则是按照原理2进行的傅立叶分析所得数据

a) 保持相位角不变改变谐波分量的实验结果及分析

谐波1
1初始相位角为0改变谐波分量比重所得测试数据列表

从上表可以看出随着谐波分量的增加

l  波形因数会发生变化对于3次谐波谐波分量达到5%波形因数变化仍在1.111±1%的范围内这是由于td8510采用了模拟反馈的方法维持次级磁通正弦;

l  总损耗ps会增加根据傅立叶分析即使基波工作点不变当谐波功率增加时基波损耗减小但是基波损耗与谐波损耗的和近似等于总损耗

l  当谐波分量为0其所得总损耗应该最接近真实值但是按照国标给出的修正关系谐波分量增加时ps变化为1.7%修正后的pˊs变化为2.6%比总损耗与理想值偏差反而增大修正效果不理想

b) 保持谐波分量为5%改变谐波相位角的实验结果及分析

谐波2

2谐波分量为5%改变谐波相位角所得实验数据列表

  上表中3次谐波分量为5%谐波相位角从变化到90°波形因数变化为1%左右但是基波损耗变化8%基波损耗和谐波损耗之和仍等于总损耗随着谐波相位角的变化谐波功率可以为负功

   综合上述分析我们认为当磁感非正弦波形因数偏离1.111由于谐波相位角不确定采用国标中介绍的修正方法可能会带来比较大的误差

 

5. 展望

  本文通过实验初步探讨了谐波对比总损耗测量的影响由于谐波情况非常复杂更多的实验包括继续增大谐波分量使波形因数偏离5%或者10%添加比3次更高次的谐波使谐波相位角在360°内变化等当磁通波形失真时特别是在谐波测试条件下能否采用国标中建议的修正方法来保证测量误差需要更加全面的考察


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