一种磁极和磁场发生装置的制作方法

1.本实用新型涉及高压电压与绝缘技术技术领域，并且更具体地，涉及一种磁极和磁场发生装置。


背景技术：

2.泄漏电流与电力设备绝缘状态密不可分，泄漏电流是指在施加电压的条件下，高电位与低电位之间，在绝缘内部、绝缘表面所形成的电流。电力设备的泄漏电流测量属于高电压、强磁场、微电流的精密测量范畴，一般μa级/ma级，极易受到外界环境干扰，对测量方法的要求很高。泄漏电流通常采用非接触式电磁感应元件进行测量，因此此类传感装置极易受到外部磁场干扰，尤其是频率相近的工频磁场。中国电科院开展的高压套管全电压全电流试验研究结果表明：高压套管导电杆中负荷电流在0-1600a范围内变化时，其在套管末屏处产生的磁感应强度约1.2mt，磁场干扰导致套管末屏泄漏电流测量值与真实值(导杆载流为0a时测量)比较，相位最大误差达11
°
，幅值最大误差达﹢78％。由此可见工频磁场对泄漏电流测量准确性影响是非常严重的，其他电力设备如避雷器、互感器等泄漏电流测量也会存在相同问题。这种由磁场干扰导致的测量误差对于设备绝缘状态监测装置来说是不可接受的。因此，为提高传感器的测量准确性，亟需开展磁场对电流传感器影响机理研究。
3.开展磁场对电流传感器影响机理研究，首先需要的试验设备就是磁场发生装置，一是要求可发生的磁场尺寸大，且对磁场整体分布均匀性要求极高，以减少试验仪器自身性能对研究所造成的不良影响；二是要求可模拟电力设备周围的实际磁场环境，即磁场可多种频率复合叠加，频率范围为0hz-2500hz，不同频率磁场强度可调。通过调研发现现有的磁场发生技术主要包括：
①
一种电磁场发生器(201910109628.8)、
②
固定式电磁旋流磁场发生器(201910090158.5)。两个专利述主要问题在于线圈内部磁场会呈现中心向外磁场强度逐渐增大的趋势，且随着圈尺寸增大磁场变化趋势愈加明显，均匀性无法满足研究要求。另外，两个技术并未给出磁场多频复合的解决方法。现有技术存在大尺寸磁场均匀性较差、无多频复合功能等问题。
4.因此，为开展磁场对电流传感器影响机理研究，需要一种能够生成均匀磁场的磁场发生装置。


技术实现要素：

5.本实用新型提出一种磁极和磁场发生装置，以解决如何生成均匀磁场的问题。
6.为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种磁极，所述磁极包括：励磁线圈和导磁件；其中，
7.所述励磁线圈，用于在电压信号的作用下产生电流，并基于所述电流产生磁场；
8.所述导磁件，包覆于所述励磁线圈外侧，用于对所述励磁线圈产生的磁场进行调控，增强远离所述励磁线圈位置的磁场，以生成均匀磁场；
9.其中，所述导磁件的剖面形状为c形，c形开口位于励磁线圈内侧，c形开口处形成
的空腔为励磁室，所述励磁室内分布有所述导磁件生成的均匀磁场。
10.优选地，其中所述励磁线圈为圆形，由金属导线单一方向绕制而成。
11.优选地，其中所述导磁件包括：至少一层的导磁结构，当有多层导磁结构时，多层导磁结构依次包覆在所述励磁线圈外侧，不同层导磁结构的磁导率由内到外依次增大。
12.优选地，其中所述导磁件和c形开口处整体呈现腰形结构，c形开口处的高度小于等于预设倍数的最外层导磁结构所在腰形结构的半径；每层导磁结构的厚度小于等于第一预设阈值；最内层导磁结构的内壁和所述励磁线圈中心线的距离小于等于第二预设阈值。
13.优选地，其中所述第一预设阈值为20mm；所述预设倍数为20％；所述第二预设阈值为10mm。
14.优选地，其中所述导磁结构为金属材料。
15.根据本实用新型的另一个方面，提供了一种磁场发生装置，所述磁场发生装置包括：信号发生器、功率放大器和如上所述的磁极；其中，
16.所述信号发生器，与所述功率放大器相连接，用于产生预设频率的电压信号，并将所述电压信号发送至所述功率放大器；
17.所述功率放大器，与所述磁极相连接，用于对所述电压信号进行功率放大，并将经过功率放大的电压信号发送至所述磁极；
18.所述磁极，用于根据所述经过功率放大的电压信号产生均匀磁场。
19.本实用新型提供了一种磁极，包括：励磁线圈，用于在电压信号的作用下产生电流，并基于所述电流产生磁场；导磁件，包覆于所述励磁线圈外侧，用于对所述励磁线圈产生的磁场进行调控，通过增强远离所述励磁线圈位置的磁场，以生成均匀磁场；其中，所述导磁件的剖面形状为c形，c形开口位于励磁线圈内侧，c形开口处形成的空腔为励磁室，所述励磁室内分布有所述导磁件生成的均匀磁场。本实用新型还提供了一种磁场发生装置，基于信号发生器、功率放大器和磁极能够产生大尺寸、分布均匀、多频复合、幅值可调的磁场，装置结构简单，功能调节方便，特别适用于开展磁场相关科学研究使用。
附图说明
20.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：
21.图1为根据本实用新型实施方式的磁极100的结构示意图；
22.图2为根据本实用新型实施方式的磁极的正视图；
23.图3为根据本实用新型实施方式的磁极的剖面图；
24.图4为根据本实用新型实施方式的磁极剖面的结构示意图；
25.图5为根据本实用新型实施方式的磁场发生装置500的结构示意图。
具体实施方式
26.现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
27.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
28.图1为根据本实用新型实施方式的磁极100的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施方式通过的磁极100，包括：励磁线圈101和导磁件102。
29.优选地，所述励磁线圈101，用于在电压信号的作用下产生电流，并基于所述电流产生磁场。
30.优选地，所述导磁件102，包覆于所述励磁线圈外侧，用于对所述励磁线圈产生的磁场进行调控，增强远离所述励磁线圈位置的磁场，以生成均匀磁场；其中，所述导磁件的剖面形状为c形，c形开口位于励磁线圈内侧，c形开口处形成的空腔为励磁室，所述励磁室内分布有所述导磁件生成的均匀磁场。
31.优选地，其中所述励磁线圈为圆形，由金属导线单一方向绕制而成。
32.优选地，其中所述导磁件包括：至少一层的导磁结构，当有多层导磁结构时，多层导磁结构依次包覆在所述励磁线圈外侧，不同层导磁结构的磁导率由内到外依次增大。
33.优选地，其中所述导磁件和c形开口处整体呈现腰形结构，c形开口处的高度小于等于预设倍数的最外层导磁结构所在腰形结构的半径；每层导磁结构的厚度小于等于第一预设阈值；最内层导磁结构的内壁和所述励磁线圈中心线的距离小于等于第二预设阈值。
34.优选地，其中所述第一预设阈值为20mm；所述预设倍数为20％；所述第二预设阈值为10mm。
35.优选地，其中所述导磁结构为金属材料，最内层导磁结构的磁导率大于等于第三预设阈值。
36.优选地，其中所述第三预设阈值为200。
37.本实用新型实施方式的磁极包括励磁线圈和导磁件，磁极能够在电压的作用下在励磁线圈中产生电流，从而产生磁场。然后磁场在多层导磁结构内存重新分布，最后将调控均匀的磁场输入至磁控室上下两端。因此，在磁控室即获得了大小均匀的磁场，磁场波形(频率幅值)可通过更改信号发生器的输出电压信号来调节。
38.结合图2、图3和图4所示，在本实用新型的实施方式中，励磁线圈，由金属导线单一方向绕制而成，绕制后的形状为圆形，匝数控制100-10000为宜。当匝数较多时，励磁线圈感抗较大，会抑制高频磁场的输出。导磁件主要用于调控励磁线圈所产生的磁场。导磁件由多层不同磁导率的金属材料构成，导磁件的剖面形状为英文字母“c”形，依次包覆在励磁线圈外侧。为提高磁场的均匀性，每层导磁结构厚度一致，且厚度d不超过20mm。导磁件和c形开口处部分整体呈现腰形结构，开口处的高度d不超过最外层导磁结构组成的腰形结构的半径的20％。导磁结构的层数n不做限制，根据实际需要自行选择。由多层导磁结构“c”形开口处所组成空腔即为磁控室。
39.本实用新型的测量装置能够产生分布均匀的磁场，可以用于电力设备的泄露电流的测量。由于电力设备旁磁场干扰很大，可以将电流互感器等测量设备放在这个磁控制内，通过磁场发生装置发生磁场，并利用电流互感器进行泄露电流的测量，以开展磁场相关研究。
40.图5为根据本实用新型实施方式的磁场发生装置500的结构示意图。如图5所示，本
实用新型实施方式提供的磁场发生装置500，包括：信号发生器501、功率放大器502和磁极503。
41.优选地，所述信号发生器501，与所述功率放大器相连接，用于产生预设频率的电压信号，并将所述电压信号发送至所述功率放大器；
42.优选地，所述功率放大器502，与所述磁极相连接，用于对所述电压信号进行功率放大，并将经过功率放大的电压信号发送至所述磁极；
43.优选地，所述磁极503，用于根据所述经过功率放大的电压信号产生均匀磁场。
44.在本实用新型的实施方式中，信号发生器为函数信号发生器，可产生直流波形、正弦波等电压波形，频率可在0hz-2500hz调节，并且具备多频复合功能。功率放大器，保持函数信号发生器输入电压信号幅值不变，并提高其可输入的最高功率。磁极503与上一实施方式中的磁极100相对应，在此不再赘述。
45.本实用新型实施方式的磁场发生装置的工作原理为:首先利用函数信号发生器产生所需的电压信号，然后将电压信号输入至功率放大器，通过功率放大器提高函数信号发生器输出功率，功率放大器输出信号与磁极的励磁线圈相连接，即将电压信号输入磁极的励磁线圈，在电压的作用下励磁线圈中产生电流，从而产生磁场。然后磁场在导磁件内存重新分布，最后将调控均匀的磁场输入至磁控室上下两端。因此，在磁控室即获得了大小均匀的磁场，磁场波形(频率幅值)可通过更改信号发生器的输出电压信号来调节。
46.本实用新型的磁场发生装置，基于信号发生器、功率放大器和磁极能够产生大尺寸、分布均匀、多频复合、幅值可调的磁场，装置结构简单，功能调节方便，特别适用于开展磁场相关科学研究使用。
47.多层导磁件不同层磁导率选择原则为：每层的导磁结构由内之外依次为标记为si，最内层s1选择相对磁导率为μ1的金属材料，μ1优选数值不小于200。励磁线圈中心线与s1内壁的距离为r0，r0尺寸不超过10mm。μi表示第i层导磁结构的磁导率，第i层导磁结构磁导率的选择原则如下公式：
[0048][0049]
其中，i＝1，2，3，
…
，n，n表示导磁结构的总层数。
[0050]
已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。
[0051]
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
[0052]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0053]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0054]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0055]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0056]
在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0057]
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0058]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。