本發(fā)明涉及輸電線(xiàn)路領(lǐng)域，具體涉及一種鐵芯加可變間隙的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

普通高壓在線(xiàn)取能電流互感器在一次大電流狀態(tài)下鐵心飽和二次繞組感應(yīng)電勢(shì)畸變?yōu)榧夥迕}沖，電壓飽和程度越深、脈沖寬度越窄導(dǎo)致難以穩(wěn)定獲取較大功率的能量。飽和了的磁芯導(dǎo)磁率會(huì)降低,使次級(jí)輸出電壓(或電流)出現(xiàn)平頂?shù)娘柡托螤?。在磁飽和狀態(tài)下，鐵芯會(huì)嚴(yán)重震動(dòng)并且發(fā)熱，非常不利于取電裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行；在一次側(cè)電流很大時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高峰值電壓威脅前端器件,不適合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。深度飽和時(shí)感應(yīng)電壓波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,成為尖頂脈沖波。雖然有效值基本不變,但是峰值急劇增大,可達(dá)到幾百伏,對(duì)后端器件的耐壓提出了很高要求。長(zhǎng)期工作在深度飽和狀態(tài)帶來(lái)更大的影響是:鐵損居高不下,線(xiàn)圈溫升過(guò)高,有可能引起高頻振動(dòng),甚至燒壞圈。為了抑制磁飽和、給電源提供一個(gè)安全穩(wěn)定的輸出環(huán)境，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究和嘗試。曾有學(xué)者提出一些控制電路來(lái)控制磁通大小，使取能線(xiàn)圈工作于非飽和狀態(tài)，取得了一定效果,但普遍存在電路過(guò)于復(fù)雜的問(wèn)題。同時(shí)在磁飽和時(shí)，引發(fā)暫態(tài)勵(lì)磁涌流，使得磁性材料的非線(xiàn)性特性更加難以測(cè)量。因此提出一種簡(jiǎn)單高效的解決磁飽和問(wèn)題的同時(shí)又保證取電功率的方法迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種鐵芯加可變間隙的實(shí)現(xiàn)方法，具體是安裝在架空輸電線(xiàn)路上感應(yīng)取電裝置的鐵芯上。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種鐵芯加可變間隙的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

S1確定鐵芯設(shè)置磁閥的參數(shù)，具體包括：

S1.1簡(jiǎn)化磁閥等效磁路的磁化曲線(xiàn)

S1.2得到磁閥式CT的數(shù)學(xué)模型；

S1.3對(duì)磁閥式CT的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，得到磁閥的參數(shù)，所述參數(shù)包括磁閥的個(gè)數(shù)n及磁閥的有效長(zhǎng)度l_g；

S2將確定后的磁閥對(duì)稱(chēng)加入鐵芯。

所述S1.1中等效磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度為H_g，等效磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁閥截面積為A_f，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B_f，根據(jù)磁閥式CT的開(kāi)關(guān)特性得到磁化曲線(xiàn)，將磁化曲線(xiàn)由非線(xiàn)性簡(jiǎn)化為線(xiàn)性曲線(xiàn)。

所述磁化曲線(xiàn)為：

在理想情況下，設(shè)置n個(gè)磁閥，忽略磁閥磁路的邊緣漏磁，忽略負(fù)載效應(yīng)，另二次繞組開(kāi)路，則數(shù)學(xué)模型為：

i₁＝Hl＝H_gll_gl+...+H_gnl_gn+H_t(l-l_gl-...-l_gn)

H_gl＝f(B)

...

H_gn＝f(B)

H_t＝f(B)

Φ＝BA

式中：H_t為CT鐵芯磁場(chǎng)強(qiáng)度，H_gl為第一個(gè)磁閥等效磁感應(yīng)強(qiáng)度，l為鐵芯平均磁路長(zhǎng)度，lg為第一個(gè)磁閥等效磁路長(zhǎng)度。

采用豎直計(jì)算方法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解，包括：

(1)用三次樣條插值方法分別求取磁閥和鐵芯的B-H曲線(xiàn)；

(2)用迭代法求取一個(gè)周期的磁路磁通；

(3)用四階龍格-庫(kù)塔法求二次繞組輸出電勢(shì)e(t)。

S2將確定后的磁閥對(duì)稱(chēng)加入鐵芯，當(dāng)磁閥處于未飽和線(xiàn)性區(qū)時(shí)，磁阻很小磁通幾乎完全從中間通過(guò)，相當(dāng)于磁閥門(mén)完全打開(kāi)，鐵芯沒(méi)有氣隙；

當(dāng)磁閥完全飽和時(shí)，磁阻最大，相當(dāng)于氣隙完全打開(kāi)，磁閥完全關(guān)閉，此時(shí)的磁閥磁路相當(dāng)于完全關(guān)閉，此時(shí)的磁閥磁路相當(dāng)于面積為A、長(zhǎng)度為lg的氣隙；

在其他情況下，磁路磁通一部分通過(guò)面積為A-A_f氣隙，另一部分通過(guò)磁閥。氣隙磁阻為線(xiàn)性，磁閥磁阻為非線(xiàn)性，故此時(shí)的磁閥磁路相當(dāng)于面積為A的非線(xiàn)性可變氣隙。

當(dāng)磁通量一定時(shí)，磁閥飽和與否由磁閥截面積決定。

n個(gè)磁閥決定(n+2)段電流區(qū)間，如果在每個(gè)電流區(qū)間內(nèi)都滿(mǎn)足CT的磁導(dǎo)率與一次電流的區(qū)間配合，則整個(gè)CT都將滿(mǎn)足二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)取能時(shí)間的要求。

本發(fā)明的有益效果：

(1)通過(guò)在鐵芯加磁閥的方式實(shí)現(xiàn)了在電流從50A-500A變化過(guò)程中，氣隙隨著電流的變化而呈現(xiàn)非線(xiàn)性變化；

(2)柔性氣隙的實(shí)現(xiàn)避免了電流小的時(shí)候，功率不足；電流大的時(shí)候容易磁飽和；

(3)通過(guò)改變磁閥的有效面積和個(gè)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與一次測(cè)電流的配合問(wèn)題；

(4)這種柔性氣隙有效的避免了磁飽和，同時(shí)又獲取了足夠大的能量，保證了穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的工作流程圖；

圖2a及圖2b分別是CT磁閥及其等效電路；

圖3a及圖3b分別是磁閥的磁化曲線(xiàn)及加入磁閥后CT的等效磁化曲線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，一種鐵芯加可變間隙的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

S1確定鐵芯設(shè)置磁閥的參數(shù)，具體如下：

如圖2a及圖2b所示為本實(shí)施例的磁閥磁路，該磁路磁阻由氣隙磁阻R_q和磁閥磁阻R_f并聯(lián)組成，為了分析CT數(shù)學(xué)模型方便，把磁閥磁路轉(zhuǎn)變?yōu)榻孛娣eA、長(zhǎng)度為l_g的等效磁路，并且確定其磁化曲線(xiàn)。

設(shè)等效磁路的磁場(chǎng)強(qiáng)度為H_g，等效磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，磁閥截面積為A_f，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B_f。由磁閥式CT的開(kāi)關(guān)特性可知，B_f-H_g曲線(xiàn)可用小斜率理想曲線(xiàn)表示，圖3a及圖3b所示，左側(cè)為磁閥的磁化曲線(xiàn)，右側(cè)為加入磁閥后的CT等效磁化曲線(xiàn)，則磁閥等效磁路的磁化曲線(xiàn)為：

在理想情況下，設(shè)置n個(gè)磁閥，忽略磁閥磁路的邊緣漏磁，忽略負(fù)載效應(yīng)，另二次繞組開(kāi)路，n段磁閥可決定(n+2)段電流區(qū)間，如果在每個(gè)電流區(qū)間內(nèi)都滿(mǎn)足CT的磁導(dǎo)率與一次電流的區(qū)間配合，則整個(gè)CT都將滿(mǎn)足二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)對(duì)取能時(shí)間的要求。則該磁閥式CT的電磁方程為：

i₁＝Hl＝H_gll_gl+...+H_gnl_gn+H_t(l-l_gl-...-l_gn)

H_gl＝f(B) (2)

...

H_gn＝f(B)

H_t＝f(B)

Φ＝BA

式中：H_t為CT鐵芯磁場(chǎng)強(qiáng)度，H_gl為第一個(gè)磁閥等效磁感應(yīng)強(qiáng)度，l為鐵芯平均磁路長(zhǎng)度，lg為第一個(gè)磁閥等效磁路長(zhǎng)度。

磁閥式CT數(shù)學(xué)模型的計(jì)算任務(wù)是已知一次測(cè)輸入電流i(t),求二次繞組開(kāi)路電勢(shì)e(t)。由于磁路為非線(xiàn)性，所以無(wú)法得出e(t)的顯性表達(dá)式，可用數(shù)值計(jì)算方法近似求解：①用三次樣條插值方法分別求取磁閥和鐵芯的B-H曲線(xiàn)，②用迭代法求取一個(gè)周期的磁路磁通，③用四階龍格-庫(kù)塔法求二次繞組輸出電勢(shì)e(t)。

通過(guò)設(shè)置磁閥改變CT磁路特性，實(shí)現(xiàn)和一次電流的區(qū)間相配合，有效延長(zhǎng)取能時(shí)間。磁閥的參數(shù)有：磁閥的個(gè)數(shù)n、磁閥的有效長(zhǎng)度l_g。結(jié)合所述的磁閥CT的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，我們可以得到與一次電流配合較好的磁閥參數(shù)。參數(shù)的設(shè)置要結(jié)合電流區(qū)間的變化，保證各個(gè)電流區(qū)間都能得到較長(zhǎng)時(shí)間的取能。

將確定后磁閥對(duì)稱(chēng)加入鐵芯。

本實(shí)施例中CT磁路設(shè)置兩個(gè)磁閥，鐵芯材料為DR530，磁化曲線(xiàn)采用平均交流磁化曲線(xiàn)，磁閥等效磁路磁化曲線(xiàn)采用小斜率曲線(xiàn)，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為0.5T和0.8T.CT磁路的數(shù)學(xué)模型、假設(shè)條件和參數(shù)定義與式(2)相同。有關(guān)參數(shù)為：N＝300，A＝256*10-6,l＝0.24m，lg1＝0.001m，lg2＝0.006m。

具體的工作過(guò)程如下：

當(dāng)磁閥處于未飽和線(xiàn)性區(qū)時(shí)，磁阻很小磁通幾乎完全從中間通過(guò)，相當(dāng)于磁閥門(mén)完全打開(kāi)，鐵芯沒(méi)有氣隙。

當(dāng)磁閥完全飽和時(shí)，磁阻最大，相當(dāng)于氣隙完全打開(kāi)，磁閥完全關(guān)閉，此時(shí)的磁閥磁路相當(dāng)于完全關(guān)閉，此時(shí)的磁閥磁路相當(dāng)于面積為A、長(zhǎng)度為lg的氣隙。

在其他情況下，磁路磁通一部分通過(guò)面積為(A-Af)氣隙，另一部分通過(guò)磁閥。氣隙磁阻為線(xiàn)性，磁閥磁阻為非線(xiàn)性，故此時(shí)的磁閥磁路相當(dāng)于面積為A的非線(xiàn)性可變氣隙。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。