CN105428000A - 一种基于脉宽变化的低频双极性方波源的铁芯退磁方法 - Google Patents

Abstract

一种基于脉宽变化的低频双极性方波源的铁芯退磁方法，包括如下步骤：步骤一：采用电力电子开关控制施加在铁芯绕组两端的电压极性，先施加一个负的电压(-V)使铁芯达到负饱和点；步骤二：微处理器通过预先编好的程序控制电力电子开关导通，在绕组两端施加幅值不变(V)、脉宽逐渐变窄(频率变高)的低频双极性方波等；本发明的有益效果是:试验操作简单，只需要将绕组端子与电源输出连上即可，退磁过程程序自动完成，退磁时间短。采用脉宽变化的低频双极性方波退磁，需要的退磁电源只需要一个功率相对小的直流电源和一些控制电路，便于携带。

Description

一种基于脉宽变化的低频双极性方波源的铁芯退磁方法

技术领域

本发明属于铁磁元件铁芯退磁方法技术领域，具体涉及变压器、互感器、电抗器的退磁方法。

背景技术

具有封闭铁磁材料铁芯结构的器件，不断投入运行再切出运行的过程中，由于铁磁材料的磁滞特性，器件切出运行时，将在铁芯中留有剩磁。电力变压器进行电压比、直流电阻测量和空载试验等操作后会在其铁芯中残留剩磁。当变压器投人运行时铁芯剩磁使变压器铁芯半周饱和,在励磁电流中产生大量谐波，导致励磁电流幅值可达正常稳态运行电流的几倍或者几十倍。这不仅增加了变压器的无功消耗,而且可能引起继电保护装置误动作,造成一定的经济损失。

剩磁使测量用电流互感器比值差向负方向变化，相位差向正方变化，从而导致测量结果偏小、电能计量偏小，剩磁越大，影响越大；剩磁使保护用电流互感器在短路故障后的2～3个周波内严重饱和，不能在故障发生后的2～3内动作，从而造成继电保护装置误动、拒动。GB16847—1997《保护用电流互感器暂态特性技术要求》规定，TPY级电流互感器剩磁系数应＜10％。因此对铁磁元件退磁是工程必要的，研究铁磁元件退磁方法具有十分重要的意义

JJG313-2010——《测量用电流互感器检定规程》，出厂标牌未特殊规定的互感器采用开路退磁法或者闭路退磁法。开路退磁法是在一次(或二次)绕组中选择匝数较少的一个绕组通以10％～15％的额定一次(或二次)电流，在其他绕组均开路的情况下，平稳、缓慢地将电流将至零。闭路退磁法是在二次绕组上接上一个相当于额定负载10～20倍的电阻(考虑足够容量)，对一次绕组施加工频正弦波电流，由零增至1.2倍的额定电流，然后均匀缓慢地将至零。

规程中规定的退磁方法需要施加工频电压退磁，但是由于现在电力***发展迅速，设备容量越来越大，如果对一台大型电力变压器或者互感器退磁需要电压、电流高，容量大的实验电源，往往要用到重达数吨重的升压器，试验极为不方便，而且成本高。因此，寻找一种新的能简化试验过程，减轻试验设备重量和体积的铁芯退磁方法很有必要。

发明内容

针对上述现有的铁磁元件工频退磁法的不足，正是由于现有工频正弦波退磁法的这些问题，因而本发明提出了一种采用脉宽变化的低频双极性方波源来代替工频正弦波源来对铁磁元件退磁的方法。该方法只需要采用一个功率足够的直流电源和相应控制电路，再加一些试验导线即可完成铁磁元件退磁。可以将其大大降低试验电源容量、减小试验设备的体积和重量。具有测量时间短、成本低、退磁完全、操作简单的特点，整个退磁过程可以通过程序控制自动完成，可以很好的用于变压器和互感器的退磁。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于脉宽变化的低频双极性方波源的铁芯退磁方法，本发明特征在于,包括如下步骤：

步骤一：采用电力电子开关控制施加在铁芯绕组两端的电压极性，先施加一个负的电压(-V)使铁芯达到负饱和点；

步骤二：微处理器通过预先编好的程序控制电力电子开关导通，在绕组两端施加幅值不变(V)、脉宽逐渐变窄(频率变高)的低频双极性方波；

步骤三：通过微处理器程序设定来控制脉宽脉宽变化的规律，使最后一个脉冲的电压时在间上的积分足够小，使剩磁足够小，达到铁磁元件的的退磁目的；

步骤四：当脉宽达到程序设定的最小值后，控制开关关断，铁磁元件退磁完成。

本发明所述的步骤二施加的双极性方波具有频率低、脉宽逐渐变窄(频率逐渐升高)的特点，这样才得以使电压在时间上的积分逐渐变小，使得铁芯中的磁通逐渐变小。

其中本发明所述的步骤三脉宽变化规律是逐渐减小，不受变化规律限制，可以是线性、指数、正余弦等，为了控制简单、退磁速度快，通常是线性减小或者指数衰减。减小的步长应当适宜，兼顾退磁所花时间和退磁效果；本发明所述的步骤四的脉宽最小值根据对剩磁要求的不同等级来设置。

本发明和现有的技术相比较，本发明具备如下优点:

1.试验操作简单，只需要将绕组端子与电源输出连上即可，退磁过程程序自动完成，退磁时间短。

2.采用脉宽变化的低频双极性方波退磁，需要的退磁电源只需要一个功率相对小的直流电源和一些控制电路，便于携带。

附图说明

为了使本发明的消除剩磁和测量剩磁的方法、原理更为清楚，下面将结合附图对本发明进一步的详细描述，其中：

图1为退磁方法原理图；

图2为优选实施例原理图；

图3退磁过程磁通随时间变化示意图；

图4为施加的电源波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作出详细的说明：

图如图1所示，一种基于脉宽变化的低频双极性方波源的铁芯退磁方法，本发明特征在于,包括如下步骤：

步骤一：采用电力电子开关控制施加在铁芯绕组两端的电压极性，先施加一个负的电压(-V)使铁芯达到负饱和点；

步骤二：微处理器通过预先编好的程序控制电力电子开关导通，在绕组两端施加幅值不变(V)、脉宽逐渐变窄(频率变高)的低频双极性方波；

步骤三：通过微处理器程序设定来控制脉宽脉宽变化的规律，使最后一个脉冲的电压时在间上的积分足够小，使剩磁足够小，达到铁磁元件的的退磁目的；

步骤四：当脉宽达到程序设定的最小值后，控制开关关断，铁磁元件退磁完成。

本发明所述的步骤二施加的双极性方波具有频率低、脉宽逐渐变窄(频率逐渐升高)的特点，这样才得以使电压在时间上的积分逐渐变小，使得铁芯中的磁通逐渐变小。

其中本发明所述的步骤三脉宽变化规律是逐渐减小，不受变化规律限制，可以是线性、指数、正余弦等，为了控制简单、退磁速度快，通常是线性减小或者指数衰减。减小的步长应当适宜，兼顾退磁所花时间和退磁效果；本发明所述的步骤四的脉宽最小值根据对剩磁要求的不同等级来设置。

直流电压源采用定制的电压可调功率足够的恒压源；开关电路采用电力电子器件作为开关，改变直流电源的极性；微处理器主要输出PWM控制信号经驱动电路后控制开关导通，以改变施加在绕组两端电压的极性以及输出方波的脉宽(频率)。其工作过程如下：

首先，在绕组上施加一个负方向的直流电压(-V)使铁芯达到负饱和点；接着微处理器通过控制开关动作，在绕组上施加一个幅值不变脉宽逐渐变小的双极性方波；直到脉宽足够窄，电压在时间上的积分足够小后关断MOSFET开关，退磁过程结束。

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图2所示，本例采用全桥电路。电容C主要起到充电和稳压的作用，S₁、S₂、S₃、S₄为MOSFET开关，控制绕组两端电压的极性。微处理器采用DSP芯片TMS320F2812，通过对计数器的计数值编程，来改变输出PWM波的脉宽，使输出的脉冲宽度逐渐变窄(变窄规律可以是线性减小或者指数规律减小)，交替输出控制PWM波形来同时改变输出电压的极性。这样得到的输出电压波形如图3所示，同时也可以看到磁通随时间的变化规律，随着脉宽的变窄，脉冲持续时间从t₁、t₂、t₃…逐渐减小，磁通逐渐减小到零。

退磁过程磁通随时间的变化示意图如图3所示，假设初始剩磁为Φ_r(“a”点)；开关S₂、S₃导通，S₁、S₄关断，给绕组两端施加一个负的直流电压(-V)(电压波形上持续t₀时间)，直到铁芯达到负饱和点(“b”点)，；然后听过控制芯片改变PWM控制信号，从而使S₁、S₄，S₂、S₃交替导通来改变施加在绕组两端的极性，通过改变微处理器计数初值来改变波形脉宽，磁通开始沿着b→c→d→…→o变化。整个退磁过程施加在绕组两端的电压波形和磁通变化过程如图3所示，可以看出铁芯磁通随着电压脉宽变小也逐渐变小直到最后十分接近于零，退磁完成。

Claims (1)

1.一种基于脉宽变化的低频双极性方波源的铁芯退磁方法，其特征在于,包括如下步骤：

步骤一：采用电力电子开关控制施加在铁芯绕组两端的电压极性，先施加一个负的电压(-V)使铁芯达到负饱和点；

步骤二：微处理器通过预先编好的程序控制电力电子开关导通，在绕组两端施加幅值不变(V)、脉宽逐渐变窄(频率变高)的低频双极性方波；

步骤三：通过微处理器程序设定来控制脉宽脉宽变化的规律，使最后一个脉冲的电压时在间上的积分足够小，使铁芯剩磁足够小，达到铁磁元件的的退磁目的；

步骤四：当脉宽达到程序设定的最小值后，控制开关关断，铁磁元件铁芯退磁完成。