基于極性變化直流電壓源的鐵磁元件鐵心剩磁通測(cè)量方法

劉 濤 劉 鑫 梁仕斌 王俊凱 姚陳果

（1. 云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司 昆明 650217 2. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)） 重慶 400044 3. 云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司 昆明 650217）

基于極性變化直流電壓源的鐵磁元件鐵心剩磁通測(cè)量方法

劉 濤1劉 鑫2梁仕斌3王俊凱2姚陳果2

（1. 云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司 昆明 650217 2. 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)） 重慶 400044 3. 云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司 昆明 650217）

剩磁通可能給變壓器帶來(lái)較大的勵(lì)磁涌流，影響測(cè)量互感器的測(cè)量精度。然而目前對(duì)于變壓器的鐵心剩磁通測(cè)量還沒(méi)有規(guī)范的方法。為了便捷地測(cè)量鐵心剩磁通，提出一種采用極性變化的直流電壓源來(lái)測(cè)量鐵磁元件鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)的方法。該方法采用半橋電路獲得極性變化的直流電壓，并施加在繞組兩端，使鐵心分別達(dá)到正、負(fù)飽和點(diǎn)。繪制整個(gè)過(guò)程中的磁通與電流關(guān)系曲線，即可得到鐵心的部分飽和磁滯回線，根據(jù)獲得的飽和磁滯回線來(lái)計(jì)算鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)。并且在電流互感器上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，測(cè)得在正、負(fù)飽和剩磁點(diǎn)和退磁后的磁通零點(diǎn)的剩磁通平均值分別為4.001mWb、-3.844mWb和0.048mWb。結(jié)果表明，該方法具有較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，而且需要的退磁電源功率小，方便攜帶。

剩磁通 剩磁系數(shù) 勵(lì)磁涌流 剩磁測(cè)量 磁滯回線

0 引言

變壓器、互感器、電抗器等鐵磁元件具有封閉鐵心結(jié)構(gòu)，由于鐵磁材料的磁滯特性，器件切出運(yùn)行時(shí)，將在鐵心中留有剩磁通（剩磁）。電流互感器在故障短路電流斷開(kāi)后會(huì)形成大量的剩磁[1]。剩磁的存在加重了鐵心飽和程度并縮短了飽和時(shí)間，是產(chǎn)生不平衡對(duì)稱(chēng)電流和導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的重要原因[2]。對(duì)于計(jì)量型電流互感器，剩磁會(huì)使鐵心磁導(dǎo)率下降，造成互感器的比差偏負(fù)，角差偏正，準(zhǔn)確度等級(jí)下降[3]。GB 16847—1997規(guī)定，TPY級(jí)電流互感器剩磁系數(shù)應(yīng)小于10%[4]。電力變壓器進(jìn)行電壓比、直流電阻測(cè)量和空載實(shí)驗(yàn)等操作后會(huì)在其鐵心中殘留剩磁[5]。剩磁會(huì)降低變壓器對(duì)直流偏磁的耐受性能[6]。變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生主要與施加電壓相位、繞組電阻、電感飽和程度和鐵心剩磁有關(guān)[7-13]。可以通過(guò)對(duì)剩磁的消除來(lái)減少變壓器的勵(lì)磁涌流，目前還沒(méi)有剩磁通數(shù)值的規(guī)范測(cè)試，因此研究鐵磁元件剩磁通和剩磁系數(shù)的測(cè)量方法具有非常重要的意義。

鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)的測(cè)量在國(guó)內(nèi)外已有大量研究。文獻(xiàn)[5]利用電磁暫態(tài)仿真軟件建立環(huán)形變壓器鐵心的磁路簡(jiǎn)化模型，施加直流電壓仿真計(jì)算剩磁Br并與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，但是該方法不能測(cè)量剩磁系數(shù)。文獻(xiàn)[7,8]提出了采用電力電子開(kāi)關(guān)獲得極性變換的直流源來(lái)消除單相和三相變壓器剩磁以減小勵(lì)磁涌流，但沒(méi)有提到剩磁的測(cè)量。文獻(xiàn)[14-16]提出直流法測(cè)量互感器剩磁，但其采用繼電器作為開(kāi)關(guān)，需要手動(dòng)切換電源極性，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)波形尖峰大，影響剩磁測(cè)量結(jié)果。文獻(xiàn)[17]采用數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集變壓器勵(lì)磁電流和繞組電壓，用Labview對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制磁通-電流曲線即可得到磁滯回線，通過(guò)磁滯回線來(lái)獲得剩磁，該方法能很直觀地分析剩余磁通與勵(lì)磁涌流的關(guān)系，但是仍然采用工頻電壓，要得到飽和磁滯回線對(duì)電源容量要求高。

本文采用半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路，設(shè)計(jì)了一種使用電力電子開(kāi)關(guān)MOSFET管來(lái)獲得極性變化的直流電壓源，采用微控制器對(duì)電流采樣自動(dòng)識(shí)別飽和點(diǎn)，控制開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，改變輸出電壓極性。通過(guò)在繞組上施加極性變化的直流電壓，使鐵心分別達(dá)到正、負(fù)方向的飽和點(diǎn)，記錄整個(gè)過(guò)程的電壓、電流波形。繪制鐵心的部分飽和磁滯回線，根據(jù)得到的磁滯回線計(jì)算鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)。為鐵心剩磁檢測(cè)和消除提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

1 剩磁通和剩磁系數(shù)測(cè)量原理

本文采用一種極性變化的直流源來(lái)測(cè)量鐵磁元件的鐵心剩磁通。鐵心上繞組一次側(cè)開(kāi)路，二次側(cè)施加正向和負(fù)向的直流電壓使鐵心分別達(dá)到正、負(fù)飽和點(diǎn)，記錄整個(gè)過(guò)程流過(guò)繞組的勵(lì)磁電流和繞組兩端的電壓。繪制鐵心磁通隨磁化電流的變化曲線可得到鐵心的部分飽和磁滯回線，根據(jù)得到的磁滯回線來(lái)計(jì)算鐵心的剩磁通。

鐵磁元件一側(cè)開(kāi)路的等效電路如圖1所示，Rdc為繞組上的直流電阻，Lσ為該側(cè)繞組漏感，Re為渦流損耗等效電阻，Lm為勵(lì)磁電感，iex(t)為勵(lì)磁電流，im(t)為流過(guò)Lm的磁化電流，ie(t)為渦流損耗等效電流，e(t)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，u(t)為施加在繞組上的電壓。

圖1 鐵磁元件等效電路Fig.1 Equivalent circuit of ferromagnetic components

鐵心磁通()tΦ計(jì)算式為

式中，N為施加電壓側(cè)繞組匝數(shù)。

鐵心磁化電流為

以im(t)為橫坐標(biāo)，Φ(t)為縱坐標(biāo)，得到的im(t)-Φ(t)曲線即為鐵磁元件的磁滯回線。鐵心磁通飽和條件下的磁滯回線即飽和磁滯回線。根據(jù)飽和磁滯回線計(jì)算鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)。

正向充磁法測(cè)量鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)的過(guò)程可用圖2來(lái)描述，其中，Φs為飽和磁通，Φr為剩余磁通，is為飽和電流。假設(shè)測(cè)量前鐵心剩磁通處于“a”點(diǎn)，先施加正的直流電壓，使鐵心到達(dá)正飽和點(diǎn)“b”點(diǎn)；然后改變電壓極性，施加負(fù)的直流電壓使鐵心到達(dá)負(fù)飽和點(diǎn)“d”點(diǎn)（b和d的飽和電流大小相等，方向相反）；最后慢慢減小電壓使電流減小到0。繪制整個(gè)過(guò)程的電流和磁通變化曲線，這樣便得到一條包含正、負(fù)飽和點(diǎn)的磁滯回線。b點(diǎn)磁通為Φ1，d點(diǎn)磁通為Φ2。由磁滯回線的對(duì)稱(chēng)性知，磁滯回線上的正、負(fù)飽和點(diǎn)的磁通數(shù)值應(yīng)該相等，因此c點(diǎn)應(yīng)為磁通零點(diǎn)。

圖2 剩磁和剩磁系數(shù)測(cè)量過(guò)程Fig.2 Process of measuring residual flux and coefficient of magnetic remanence

飽和磁通為

剩余磁通量為

剩磁系數(shù)為

負(fù)向充磁法測(cè)量鐵心剩磁通和剩磁系數(shù)的過(guò)程與正向充磁法類(lèi)似，只是磁通先到達(dá)負(fù)飽和點(diǎn)再到達(dá)正飽和點(diǎn)，計(jì)算方法與正向充磁相同。理論上同一個(gè)剩磁點(diǎn)正向充磁和負(fù)向充磁得到的測(cè)量結(jié)果應(yīng)相同。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

本文設(shè)計(jì)了基于正、負(fù)輸出電源和電力電子開(kāi)關(guān)的半橋拓?fù)鋪?lái)獲取極性變化的直流電壓源。控制器對(duì)電流采樣自動(dòng)識(shí)別飽和點(diǎn)，控制MOSFET的通斷，進(jìn)而改變輸出電壓的極性，正、負(fù)極性電源輸出可以保證現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可靠接地。

實(shí)驗(yàn)裝置接線如圖3所示，電源采用輸出±VDC的直流電源，S1、S2、S3為MOSFET管。當(dāng)S1導(dǎo)通、S2關(guān)斷時(shí)，在繞組上施加正的電壓VDC；當(dāng)S1關(guān)斷、S2導(dǎo)通時(shí)在繞組上施加負(fù)的直流電壓-VDC。電容C1、C2起穩(wěn)壓儲(chǔ)能作用，S3控制R1（放電電阻）的接入用來(lái)構(gòu)成開(kāi)關(guān)關(guān)斷電后勵(lì)磁電感的放電回路，以免電感電流突變導(dǎo)致過(guò)大的感應(yīng)電壓而損壞開(kāi)關(guān)。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置接線Fig.3 Test apparatus connection

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程

為了驗(yàn)證剩磁測(cè)量的準(zhǔn)確性，本文選取型號(hào)為L(zhǎng)MZ-3電流互感器為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，主要銘牌參數(shù)：電流比為1 000A/1A，匝數(shù)N=1 000，額定電壓為3kV，額定負(fù)荷為50V·A，直流電阻Rdc=4.902Ω。為了驗(yàn)證該測(cè)量方法的準(zhǔn)確性，選取互感器上三個(gè)具有代表性的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)，分別是正飽和剩磁點(diǎn)、負(fù)飽和剩磁點(diǎn)和磁通零點(diǎn)（退磁之后）。其中，正、負(fù)飽和剩磁點(diǎn)分別是施加正、負(fù)直流電壓使電流達(dá)到飽和后再斷開(kāi)電源一段時(shí)間后的自然剩磁點(diǎn)。磁通零點(diǎn)是采用調(diào)壓器施加逐漸升高的工頻電壓使互感器電流飽和，然后逐漸降低電壓使電流降為0，每次實(shí)驗(yàn)前退磁兩次。

考慮到電流互感器漏感很小，而且施加的是變化較慢的直流電壓，因此可忽略其漏感上的壓降。此外本研究組前期實(shí)驗(yàn)研究得到該互感器的渦流損耗等效電阻Re相當(dāng)大，為3.5×105Ω左右，因此其渦流損耗等效電流也可忽略。則電流互感器鐵心磁通的計(jì)算式為

電流互感器鐵心磁化電流為

為了驗(yàn)證測(cè)量準(zhǔn)確性，對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)采取兩種方向充磁使之達(dá)到正、負(fù)飽和點(diǎn)，即正向充磁過(guò)程和負(fù)向充磁過(guò)程。

正向充磁過(guò)程

負(fù)向充磁過(guò)程

通過(guò)采用不同方向充磁得到的磁滯回線來(lái)計(jì)算剩磁通和剩磁系數(shù)，可以更好地驗(yàn)證本文測(cè)量方法的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下。

1）正向充磁

（1）S1導(dǎo)通，S2、S3關(guān)斷，施加正的直流電壓使鐵心到達(dá)正飽和點(diǎn)（對(duì)應(yīng)圖2中的b點(diǎn)）。

（2）電流傳感器檢測(cè)到電流正向飽和后，S1、S3關(guān)斷，S2導(dǎo)通，施加負(fù)的直流電壓使鐵心到達(dá)負(fù)飽和點(diǎn)（對(duì)應(yīng)于圖2中的d點(diǎn)）。應(yīng)注意S1和S2在導(dǎo)通上有死區(qū)時(shí)間，由于實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程長(zhǎng)達(dá)幾秒，死區(qū)時(shí)間可以設(shè)置稍長(zhǎng)一點(diǎn)以減小開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中的電壓尖峰。

（3）電流傳感器檢測(cè)到電流負(fù)向飽和后，S1、S2關(guān)斷，S3導(dǎo)通，對(duì)勵(lì)磁電感放電，測(cè)試過(guò)程結(jié)束。采用數(shù)據(jù)采集裝置記錄整個(gè)過(guò)程中的繞組X、Y兩點(diǎn)間的電壓u(t)、流過(guò)繞組的勵(lì)磁電流iex(t)。

2）負(fù)向充磁

（1）S1、S3關(guān)斷，S2導(dǎo)通，施加負(fù)的直流電壓使鐵心到達(dá)負(fù)飽和點(diǎn)。

（2）電流傳感器檢測(cè)到電流負(fù)飽和后，S1導(dǎo)通，S2、S3關(guān)斷，施加正的直流電壓使鐵心到達(dá)正飽和點(diǎn)，應(yīng)注意S1和S2在導(dǎo)通上應(yīng)有死區(qū)時(shí)間。

（3）電流傳感器檢測(cè)到電流正飽和后，S1、S2關(guān)斷，S3導(dǎo)通，對(duì)勵(lì)磁電感放電，測(cè)試過(guò)程結(jié)束。記錄整個(gè)過(guò)程中的繞組X、Y兩點(diǎn)間的電壓u(t)、流過(guò)繞組的勵(lì)磁電流iex(t)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

數(shù)據(jù)采集裝置采用型號(hào)為HDO8000的力科示波器，采樣率最高可達(dá)2.5GHz，擁有八個(gè)測(cè)量通道，采用電流探頭可以很精確地測(cè)量流過(guò)繞組的電流。直流電源采用定制的可以輸出±100V、5A的直流電源。MOSFET管的PWM控制信號(hào)由C8051F124單片機(jī)產(chǎn)生。分別對(duì)三個(gè)典型實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，即正飽和剩磁點(diǎn)、負(fù)飽和剩磁點(diǎn)和磁通零點(diǎn)進(jìn)行正向充磁和反向充磁實(shí)驗(yàn)來(lái)分別計(jì)算互感器的剩磁。

3.1 正飽和剩磁點(diǎn)測(cè)量

設(shè)置示波器采樣頻率為10kHz，采集測(cè)試過(guò)程中的電壓、電流數(shù)據(jù)，采用Matlab對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)分析時(shí)對(duì)采集到的電壓、電流波形采用Heursure小波去噪處理。

在正飽和剩磁點(diǎn)分別采用正向充磁法和反向充磁法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正向充磁過(guò)程中施加在繞組兩端的電壓和流過(guò)的電流波形如圖4所示。由圖4a可知，施加的極性變化的直流電壓幅值均為5.3V。在開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中仍然有電流突變帶來(lái)的電壓尖峰，因?yàn)橛蟹床⒙?lián)二級(jí)管和放電電阻R1的作用，所以電壓尖峰大大減小，只有不到9V（與R1有關(guān)）。由圖4b可知，電流在分別到達(dá)±1A時(shí)改變施加在繞組兩端的電壓極性以改變電流方向。

圖4 電流互感器正向充磁電壓、電流波形Fig.4 Voltage and current waveforms of positive magnetization progress of a current transformer

負(fù)向充磁過(guò)程的電壓、電流波形與正向充磁過(guò)程相似。只是電壓、電流方向與正向充磁過(guò)程相反，因篇幅限制，文中沒(méi)有給出負(fù)向充磁的電壓、電流波形。

對(duì)正向充磁和負(fù)向充磁過(guò)程中電感上的電壓（繞組電壓減去直流電阻壓降）積分，可以得到勵(lì)磁電感的磁通，以磁化電流im(t)為橫坐標(biāo)，磁通Φ(t)為縱坐標(biāo)，可以得到正向充磁和反向充磁測(cè)試過(guò)程中的部分飽和磁滯回線（由于只需要使鐵心達(dá)到正負(fù)飽和點(diǎn)，便可完成計(jì)算，因此沒(méi)有測(cè)試完整的磁滯回線），如圖5所示。圖5a為正向充磁過(guò)程，磁通變化過(guò)程為O→B→A，A點(diǎn)磁通為-10.64mWb，B點(diǎn)磁通為2.64mWb；圖5b為負(fù)向充磁過(guò)程，磁通變化過(guò)程為O→A→B，A點(diǎn)磁通為-10.64mWb，B點(diǎn)磁通為2.60mWb。可以看到無(wú)論是正向還是負(fù)向充磁過(guò)程，所得到的磁滯回線中，正飽和點(diǎn)和負(fù)飽和點(diǎn)的磁通大小基本一致。根據(jù)磁滯回線和式（3）～式（5）可以計(jì)算剩磁通和剩磁系數(shù)。

圖5 正飽和點(diǎn)正向和負(fù)向充磁過(guò)程中的磁滯回線Fig.5 Magnetizing loops of positive and negative magnetization progress at positive saturation point

正向充磁過(guò)程中，鐵心磁通隨時(shí)間的變化過(guò)程如圖6所示，磁通大約在2.8s時(shí)開(kāi)始達(dá)到正飽和點(diǎn)，此時(shí)電壓反向，磁通向負(fù)飽和點(diǎn)移動(dòng)，大約在7.8s時(shí)達(dá)到負(fù)飽和點(diǎn)，此時(shí)電壓反向，磁通開(kāi)始向正方向移動(dòng)。

圖6 正飽和剩磁點(diǎn)正向充磁過(guò)程中磁通變化Fig.6 Flux changing on point of positive saturation in positive magnetization progress

對(duì)正向充磁和負(fù)向充磁每組實(shí)驗(yàn)測(cè)試三次，得到正飽和點(diǎn)剩磁測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 正飽和剩磁點(diǎn)測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of positive saturation point

3.2 負(fù)飽和剩磁點(diǎn)測(cè)量

圖7 負(fù)飽和點(diǎn)正向和反向充磁過(guò)程中的磁滯回線Fig.7 Magnetizing loops of positive and negative magnetization progress at negative saturation point

在負(fù)飽和剩磁點(diǎn)分別采用正向充磁法和反向充磁法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。施加電壓方式與正飽和點(diǎn)測(cè)量時(shí)類(lèi)似。可以得到正向充磁和反向充磁測(cè)試過(guò)程的飽和磁滯回線如圖7所示。圖7a為正向充磁過(guò)程，磁通變化過(guò)程為O→B→A，A點(diǎn)磁通-2.71mWb，B點(diǎn)磁通10.48mWb；圖7b為負(fù)向充磁過(guò)程，磁通變化過(guò)程為O→A→B，A點(diǎn)磁通-2.81mWb，B點(diǎn)磁通10.50mWb。同理，由根據(jù)式（3）～式（6）可以計(jì)算負(fù)飽和剩磁點(diǎn)的剩磁通和剩磁系數(shù)。

對(duì)正向充磁和負(fù)向充磁每組實(shí)驗(yàn)測(cè)試三次，得到負(fù)飽和點(diǎn)剩磁測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 負(fù)飽和剩磁點(diǎn)測(cè)試結(jié)果Tab.2 Test results of negative saturation point

3.3 磁通零點(diǎn)（退磁之后）測(cè)量

對(duì)電流互感器采用開(kāi)路退磁法退磁，每次實(shí)驗(yàn)前對(duì)電流互感器退磁兩次。圖8為分別采用正向充磁法和反向充磁法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的飽和磁滯回線。圖8a為正向充磁過(guò)程，磁通變化過(guò)程為O→B→A，A點(diǎn)磁通-6.71mWb，B點(diǎn)磁通6.60mWb；圖8b為負(fù)向充磁過(guò)程，磁通變化過(guò)程為O→A→B，A點(diǎn)磁通-6.60mWb，B點(diǎn)磁通6.51mWb。同理，由式（3）～式（6）可以計(jì)算退磁后的剩磁通和剩磁系數(shù)。

對(duì)退磁后的電流互感器進(jìn)行正向充磁和負(fù)向充磁，每組實(shí)驗(yàn)測(cè)試三次，得到磁通零點(diǎn)的剩磁測(cè)量結(jié)果，見(jiàn)表3。

圖8 退磁后正向和反向充磁過(guò)程中的磁滯回線Fig.8 Magnetizing loops of positive and negative magnetization progress after demagnetization

表3 退磁后測(cè)試結(jié)果Tab.3 Test results after demagnetization

由表1可知，飽和磁通平均值Φs=6.625mWb，正飽和剩磁通平均值Φr=4.001mWb，標(biāo)準(zhǔn)差σΦr= 0.030 3，剩磁系數(shù)平均值Kr=60.39%，標(biāo)準(zhǔn)差σKr= 0.007 1。

由表2可知，飽和磁通平均值Φs=6.612mWb，負(fù)飽和剩磁通平均值Φs=-3.844mWb，標(biāo)準(zhǔn)差σΦr= 0.039 6，剩磁系數(shù)平均值Kr=-58.14%，標(biāo)準(zhǔn)差σKr= 0.008 2。

由表3可知，飽和磁通平均值Φr=6.630mWb，開(kāi)路退磁法退磁之后的剩磁通平均值Φr= 0.048mWb，標(biāo)準(zhǔn)差σΦr=0.104 6，剩磁系數(shù)平均值Kr=0.72%，標(biāo)準(zhǔn)差σKr=0.015 7。可見(jiàn)測(cè)量過(guò)程中隨機(jī)誤差較小，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性較好。

正飽和剩磁通和負(fù)飽和剩磁通的測(cè)量值不完全相等，相對(duì)誤差為3.9%，這可能是鐵心材料的磁滯回線不嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)或者充磁時(shí)的飽和程度不完全一致引起的；退磁后測(cè)量時(shí)，剩磁通不為0的原因可能是開(kāi)路退磁法退磁不完全。由表1～表3可知，正向充磁法和負(fù)向充磁法測(cè)量得到的剩磁通和剩磁系數(shù)相當(dāng)。

4 結(jié)論

通過(guò)采用電力電子開(kāi)關(guān)控制極性變化的直流源，來(lái)測(cè)量鐵磁元件的剩磁通和剩磁系數(shù)，分別在正飽和剩磁點(diǎn)、負(fù)飽和剩磁點(diǎn)和退磁之后的磁通零點(diǎn)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)，得到以下結(jié)論。

1）采用電力電子開(kāi)關(guān)器件控制施加在繞組上的電壓極性，可以使施加在繞組上的電壓波形尖峰更小，電壓峰值不到9V，而且通過(guò)微控制器對(duì)電流的采樣來(lái)判斷飽和，可以使測(cè)試過(guò)程自動(dòng)完成。

2）通過(guò)繪制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的部分飽和磁滯回線，根據(jù)磁滯回線來(lái)計(jì)算剩磁和剩磁系數(shù)。得到正飽和剩磁平均值為4.001mWb，剩磁系數(shù)為60.39%；負(fù)飽和剩磁平均值為-3.844mWb，剩磁系數(shù)為-58.14%；工頻退磁之后的剩磁平均值為0.048mWb，剩磁系數(shù)為0.72%。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的磁滯回線變化過(guò)程與理論分析一致，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。

3）正向充磁法和負(fù)向充磁法計(jì)算的剩磁和剩磁系數(shù)相當(dāng)，因此實(shí)際工程應(yīng)用中可以隨便選擇一個(gè)充磁方向測(cè)試即可。

4）在不同測(cè)試點(diǎn)測(cè)得的飽和磁通都約為6.6mWb，可以說(shuō)明本文理論分析方法是正確的。可以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的磁滯回線，分析不同鐵心材料性能。因此，通過(guò)本文的極性變化直流法還可以判斷鐵心材料是硬磁還是軟磁材料。

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（編輯 張洪霞）

Residual Flux Measuring Method on the Core of Ferromagnetic Components Based on Alternating Polarity DC Voltage Source

Liu Tao1Liu Xin2Liang Shibin3Wang Junkai2Yao Chenguo2
（1. Yunnan Electric Power Technology Company Kunming 650217 China 2. State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University Chongqing 400044 China 3. Yunnan Electric Power Test & Research Institute Co. Ltd Kunming 650217 China）

Residual flux may cause strong inrush current on transformers and affect measuring accuracy of current transformer (CT). Nowadays, measurement of residual flux of transformer core, however, is not standardized. Owing to the convenience of residual flux measurement, alternating polarity DC voltage source, which is used for characterizing residual flux and magnetic remanence coefficient of ferromagnetic core, is demonstrated in this paper. By applying alternating polarity DC voltage generated by half-bridge circuit on windings, negative and positive saturation points of ferromagnetic core are reached, respectively. The saturated part of hysteresis loop is obtained via plotting magnetic flux-current curve during the whole process. Residual flux and magnetic remanence coefficient are then calculated based on the obtained hysteresis loop. In addition, investigation wasconducted on the current transformer, and residual flux was measured on positive and negative saturation points along with zero flux point. The average values are 4.001mWb, -3.844mWb and 0.048mWb, respectively. These results show high accuracy and stability of this method. Besides, the rated power of demagnetization voltage source is low which makes the demagnetization devices more portable.

Residual flux, remanence coefficient, inrush current, measuring of residual flux, hysteresis loop

TM452

劉 濤 男，1981年生，本科，工程師，研究方向?yàn)榛ジ衅骷案唠妷簻y(cè)試設(shè)備檢測(cè)技術(shù)。

E-mail： 14607094@qq.com

劉 鑫 男，1992年生，碩士研究生，研究方向?yàn)榛ジ衅骷白儔浩髟O(shè)備檢測(cè)方法。

E-mail： alxenderking@cqu.edu.cn（通信作者）

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.151972

中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目資助（K-YN2014-136）。

2015-12-07 改稿日期 2016-04-06