高压直流输电换流阀用饱和电感的特点是工作于高电压、大电流下且磁芯快速饱和。由于现有的技术条件无法直接对速饱和电感的PQ磁芯损耗进行测量,因此对磁芯损耗模型的研究一般简单地将其等效为一非线性电阻,而未考虑工作激励过程对磁芯损耗的影响。由于磁芯的快速饱和特性,速饱和电感实际工作于极小脉冲电压激励下,且在不饱和与饱和状态间频繁快速切换,因此,研究此类速饱和电感磁芯损耗特性,对建立速饱和工况下的磁芯损耗模型具有重要的理论意义,对速饱和电感的工程设计和损耗评估具有实际工程价值。
2
论文所解决的问题及意义
由于速饱和电感实际工作于高电压、大电流的环境下,要测得实际工况下的磁芯损耗,存在实际技术和测量条件的限制。因此,需要寻求合适的模拟等效的磁芯损耗测量方法。根据磁芯损耗机理,在给定激励波形形状、频率和环境温度的条件下,磁芯损耗与磁通密度峰值相关。因此,本文构造图1所示的模拟实验电路,在较小的电压、电流工况下保证模拟工况下PQ磁芯内磁通密度B、磁场强度H与实际工况基本相符同,从而获得与实际工况等效的磁化特性,并进一步可计算磁芯损耗。
由于速饱和电感实际施加的电压在未饱和阶段脉冲窄、电压高,在饱和阶段虽电压很小,但时间很长,而且测量信号易受干扰。为了能够准确计算饱和段的磁芯损耗,采用基于多传感器数据结合算法对测量数据进行处理,为速饱和电感磁芯损耗的准确计算提供了可靠的数据。
由测量电路得速饱和电感的励磁电压波形,根据电感伏秒平衡的原理,将图2所示的电压激励等效为图3所示的极小脉宽的矩形脉冲,进而提出基于极小脉宽的有效励磁频率代替修正的MSE中的励磁电压频率,并修正其指数,建立了如式(1)所示的, 适用于极小脉冲电压下的速饱和电感的磁芯损耗模型,为设计速饱和电感提供了模型依据。图4以超薄取向硅钢片为材料的速饱和电感验证了模型的准确性。
式中Ptotal是总的磁芯损耗;feff 为有效励磁频率;Bm为等效正弦频率的磁通密度;fsin.eqi第i个脉冲的等效正弦频率; 其中系数c,指数α、β与MSE模型的定义是一样的,γ是对MSE模型的修正。
3
论文内容
论文分析和探讨了以下5方面问题:
(1)速饱和电感磁芯损耗测量电路;
(2)测量数据处理;
(3)速饱和电感工作分析;
(4)速饱和电感磁芯损耗分析及建模;
(5)实验验证。
4
结论
论文模拟高压直流输电换流阀用速饱和电感的工况,设计了适合测量极小脉冲电压作用下速饱和电感磁芯损耗的电路,采用多个不同量程传感探头组合处理宽范围电压和电流的准确测量,以及将测量获得的感应电压与激磁电流的数据进行数据结合处理,提高了很宽范围电量采集的精度,保证了可信的感应电压和电流。将感应电压等效为极小脉宽矩形脉冲波形,利用有效励磁频率feff代替工作激励频率对常规MSE经验公式进行改进,并修正了feff的指数,得了极小脉冲电压作用下速饱和电感磁芯损耗的模型及其参数,模型计算值与实验测量结果对比,验证了所提出的改进模型具有较高的工程应用精度。