一种固态断路器分合闸线圈的总漏磁计算方法与流程

1.本发明属于电气设备故障诊断技术领域，具体涉及一种固态断路器分合闸线圈的总漏磁计算方法。


背景技术：

2.磁性元件是开关电源设备中的重要元件，它对开关电源设备的体积、效率有很大影响。在高频下，磁性元件漏磁损耗占整机的比重很大。因此对漏磁磁性元件的损耗进行相关研究是十分重要的。
3.磁芯漏磁损耗与磁性材料特性和工作频率等密切相关。涡流损耗是因磁芯材料的电阻率不是无限大，有一定的电阻值，在高频时还是会由于激磁磁场在磁芯中产生涡流而导致损耗。剩余漏磁损耗是由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的损耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化而立即变化到它的最终状态，而是需要一个过程，这个
‘
时间效应’便是引起剩余漏磁损耗的原因。
4.磁芯漏磁损耗和温度密切相关，并指出了在不同温度下，磁芯漏磁损耗的计算方法，传统计算方法并没有考虑温度影响因素。但在实际工作中磁芯的温度并不能事先知道，本发明为了准确的计算磁芯损耗，建立磁性元件的热模型，把磁芯损耗计算方法和磁性元件的热模型结合起来，能准确地计算磁性元件的漏磁损耗。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种固态断路器分合闸线圈的总漏磁计算方法，具体技术方案如下：
6.一种固态断路器分合闸线圈的总漏磁计算方法，包括以下步骤：
7.步骤s1，计算固态断路器分合闸线圈的磁芯漏磁损耗w
core
；
8.步骤s2，计算固态断路器分合闸线圈的绕组涡流漏磁损耗ww；
9.步骤s3，计算固态断路器分合闸线圈的原副边绕组内漏磁损耗wi；
10.步骤s4，计算固态断路器分合闸线圈的原副边绕组层间漏磁损耗wc；
11.步骤s5，计算固态断路器分合闸线圈的总漏磁损耗w，具体为磁芯漏磁损耗、绕组涡流漏磁损耗、原副边绕组内漏磁损耗、原副边绕组层间漏磁损耗之和，即w＝w
core
ww wi wc。
12.优选地，所述步骤s1中固态断路器分合闸线圈的磁芯漏磁损耗w
core
的计算方法如下：
[0013][0014]
其中，t为磁化周期，k1为表征磁性材料的直流偏置特性常数，b为磁芯磁通，δb为磁通变化量，α、β为频率对磁芯漏磁损耗的影响系数，由生产厂家提供。
[0015]
优选地，所述磁性材料的直流偏置特性常数k1的计算方式如下：
[0016][0017]
其中，k为温度，δ为非正弦激励角。
[0018]
优选地，所述步骤s2中固态断路器分合闸线圈的绕组涡流漏磁损耗ww包括集肤效应漏磁损耗ws和邻近效应漏磁损耗w
p
，计算方法如下：
[0019]
根据dowell模型的思想,将圆导体等效替换为矩形导体,绕组导体的平均电流密度关系为：
[0020][0021]
其中，jw为圆导体的平均电流密度，jd为矩形导体的平均电流密度；
[0022]
单匝圆导体单位深度集肤效应漏磁损耗的表达式可以表示为：
[0023][0024]
其中，d为绕组导体宽度，y为直角坐标系的y轴，hy为导体沿y轴上的宽度，σ为导体的电导率；
[0025]
圆导体的邻近效应漏磁损耗可以表示为：
[0026][0027]
分合闸线圈绕组同一绕组层，n匝圆导体单位长度的绕组涡流漏磁损耗ww通过以下方式计算：
[0028]ww
＝n(ws w
p
)。
[0029]
优选地，所述导体沿y轴上的宽度hy的计算方式如下：
[0030][0031]
优选地，所述步骤s3中固态断路器分合闸线圈的原副边绕组内漏磁损耗wi的计算方式如下：
[0032]
基于dowell一维电磁场模型，得到原副边绕组内磁场强度大小h1随距离x的分布，具体如下：
[0033][0034]
其中，m为绕组层数，i1为线圈绕组导体电流，n为非正弦激励频次，r为磁场透入深度，ha为磁芯长度；
[0035]
则固态断路器分合闸线圈的原副边绕组内漏磁损耗wi为：
[0036]
wi＝u0∫h1dv1；
[0037]
其中，u0为真空磁导率，v1为原副边绕组体积。
[0038]
优选地，所述固态断路器分合闸线圈的原副边绕组层间漏磁损耗wc的计算方式如下：
[0039]
绕组层间场强大小与电流大小和绕组层数有关，绕组层间场强大小h2为：
[0040]
m为绕组层数，i1为线圈绕组导体电流，ha为磁芯长度；
[0041]
原副边绕组层间漏磁损耗wc为：
[0042]
wc＝u0∫h2dv1；
[0043]
其中，u0为真空磁导率，v1为原副边绕组体积。
[0044]
本发明的有益效果为：本发明公开了一种固态断路器分合闸线圈的总漏磁计算方法，实际的激励大多数为非正弦激励，本发明方法基于固态断路器分合闸线圈，磁芯漏磁损耗和温度密切相关，并指出了在不同温度下，磁芯漏磁损耗的计算方法，传统计算方法并没有考虑温度影响因素。但在实际工作中磁芯的温度并不能事先知道，本发明在计算磁芯损耗时考虑了温度影响因素，建立磁芯元件的热模型，把磁芯损耗计算方法和磁性元件的热模型结合起来，能准确地计算磁性元件的漏磁损耗。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0046]
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0047]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0049]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0050]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0051]
如图1所示，本发明的具体实施方式提供了一种固态断路器分合闸线圈的总漏磁计算方法，包括以下步骤：
[0052]
步骤s1，计算固态断路器分合闸线圈的磁芯漏磁损耗w
core
；非正弦激励下磁芯漏磁损耗使用igse算法，该算法充分考虑了非正弦激励下磁芯漏磁损耗与磁通的变化率、磁化周期的相关性，提高磁芯损耗计算的准确性，计算方法如下：
[0053]
[0054]
其中，t为磁化周期，k1为表征磁性材料的直流偏置特性常数，b为磁芯磁通，δb为磁通变化量，α、β为频率对磁芯漏磁损耗的影响系数，由生产厂家提供。
[0055]
磁性材料的直流偏置特性常数k1的计算方式如下：
[0056][0057]
其中，k为温度，δ为非正弦激励角。
[0058]
步骤s2，计算固态断路器分合闸线圈的绕组涡流漏磁损耗ww；固态断路器分合闸线圈的绕组涡流漏磁损耗ww包括集肤效应漏磁损耗ws和邻近效应漏磁损耗w
p
，且由于两部分漏磁损耗的空间分布正交性，可以分别独立计算这两部分漏磁损耗后叠加。本发明在一维涡流模型的基础上分别计算集肤效应漏磁损耗和邻近效应漏磁损耗，计算方法如下：
[0059]
根据dowell模型的思想,将圆导体等效替换为矩形导体,绕组导体的平均电流密度关系为：
[0060][0061]
其中，jw为圆导体的平均电流密度，jd为矩形导体的平均电流密度；
[0062]
根据涡流漏磁损耗分离原理，集肤效应漏磁损耗是导体自身电流产生的磁场在该导体上所感应的涡流带来的漏磁损耗，而邻近效应漏磁损耗则只是外部磁场在该导体上感应的涡流带来的漏磁损耗。考虑到圆导体的导体高度是随圆的弦长变化，并不是固定的，单匝圆导体单位深度集肤效应漏磁损耗的表达式可以表示为：
[0063][0064]
其中，d为绕组导体宽度，y为直角坐标系的y轴，hy为导体沿y轴上的宽度，σ为导体的电导率；
[0065]
导体沿y轴上的宽度hy的计算方式如下：
[0066][0067]
对于邻近效应漏磁损耗，圆导体和方导体仅在邻近效应作用下的电流密度分布，表明了邻近效应在圆导体和方导体产生的y方向电流密度分布规律基本相同。圆导体在不同高度沿y方向的电流密度分布规律,可见在同一y轴位置,邻近效应在不同高度所产生的电流密度相同。因此，圆导体的邻近效应漏磁损耗可以表示为：
[0068][0069]
分合闸线圈绕组同一绕组层，n匝圆导体单位长度的绕组涡流漏磁损耗ww通过以下方式计算：
[0070]ww
＝n(ws w
p
)。
[0071]
步骤s3，计算固态断路器分合闸线圈的原副边绕组内漏磁损耗wi；计算方式如下：
[0072]
基于dowell一维电磁场模型，得到原副边绕组内磁场强度大小h1随距离x的分布，具体如下：
[0073][0074]
其中，m为绕组层数，i1为线圈绕组导体电流，n为非正弦激励频次，r为磁场透入深度，ha为磁芯长度；
[0075]
则固态断路器分合闸线圈的原副边绕组内漏磁损耗wi为：
[0076]
wi＝u0∫h1dv1；
[0077]
其中，u0为真空磁导率，v1为原副边绕组体积。
[0078]
步骤s4，计算固态断路器分合闸线圈的原副边绕组层间漏磁损耗wc；计算方式如下：
[0079]
绕组层间场强大小与电流大小和绕组层数有关，绕组层间场强大小h2为：
[0080][0081]
m为绕组层数，i1为线圈绕组导体电流，ha为磁芯长度；
[0082]
原副边绕组层间漏磁损耗wc为：
[0083]
wc＝u0∫h2dv1；
[0084]
其中，u0为真空磁导率，v1为原副边绕组体积。
[0085]
步骤s5，计算固态断路器分合闸线圈的总漏磁损耗w，具体为磁芯漏磁损耗、绕组涡流漏磁损耗、原副边绕组内漏磁损耗、原副边绕组层间漏磁损耗之和，即w＝w
core
ww wi wc。
[0086]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0087]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0088]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。