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    氣隙鐵芯參數優化設計

    作者:威博特鐵芯   發布時間:2019-03-30 15:05:13 瀏覽次數:
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        雙氣隙鐵芯的誤差增大,一方面是由于氣隙的磁導率低,在氣隙中建立磁場導致勵磁電流增大;另一方面是,鐵芯開口后,線圈的漏阻抗增大,導致勵磁電勢的增加,也增加了勵磁電流。兩方面的原因使得雙氣隙鐵芯的誤差比同尺寸下閉合鐵芯的誤差要大。
        為了減小誤差,一個簡單易行的辦法就是增加鐵芯的截面積,但是這樣會導致鐵芯質量的提高和互感器成本的增加。為了在鐵芯制造的經濟性和鐵芯測量的準確性之間取得一個良好的平衡,本文針對這點進行了參數優化的計算,合理地確定了鐵芯的參數。
        一般而言鐵芯截面的寬和高的比例一般在(1:1.5)~(1:2)之間,這個范圍內的鐵芯內磁通密度值比較均勻并且鐵芯機械強度較好。這里按照固定比例1:2 進行參數優化設計的計算。
        首先,根據二次繞組電流密度的大小確定二次繞組直徑為1 mm。然后根據二次繞組繞6 層,一層500 匝,確定鐵芯內直徑300 mm。鐵芯截面寬設為ε ,則鐵芯高度 h = 2ε ,鐵芯的外直徑d2 = d1 + 2ε 。計算鐵芯各參數隨ε 的變化關系。
        然后計算二次電勢。計算過程如下所述:
    二次繞組平均匝數長二次繞組平均匝數長度,二次繞組匝數二次繞組匝數,二次繞組導線截面積導線截面積,銅的電阻率銅的電阻率,二次繞組內阻抗內阻抗。
    假定二次側帶4Ω標準電阻標準電阻,則二次側的總電阻總電阻,總電抗 總電抗,鐵芯線圈電抗為鐵芯線圈電抗??傋杩?img alt="總阻抗" src="/uploadfile/2019/0330/20190330030514771.gif" style="width: 101px; height: 31px;" title="氣隙鐵芯參數優化設計" />,總阻抗。
    在有效值為3 000 A 的額定正弦一次電流下,額定二次電流額定電流,額定電壓。再次計算磁感應強度。鐵芯有效截面積有效截面積 ,η 為疊片系數,電流頻率f = 50 Hz,磁感應強度。
        選用的材料要求初始磁導率>16 000,計算中按照鐵芯材料初始磁導率磁導率進行計算。鋼片部分的磁場強度磁場強度。
    然后根據氣隙鐵芯誤差的計算中討論的3 個步驟計算出雙氣隙鐵芯的勵磁電流,就得到了雙氣隙鐵芯的比差 比差和角差δ的計算值。在單個氣隙計算長度為2 mm的情況下,計算出ε在20~100 mm 內變化時雙氣隙鐵芯線圈的比差和δ隨ε變化的關系如圖1和圖2所示。由圖可見,在ε>40 mm后,比差和δ減小的速率就比較小了。
        為了能夠合理地確定鐵芯參數,同時需要關注鐵芯參數變化時,鐵芯制造的經濟性和準確度之間的關系。經過一些嘗試后,選擇增加單位質量鐵芯時角差的下降率這個參數作為指標。鐵芯質量M 隨ε 的變化關系如圖3所示。增加單位質量鐵芯時角差的下降率λ和M 的關系如圖4 所示。
        由圖4可見,在M 超過20 kg 后,增加M 所能夠帶來的角差下降收益是非常低的,且與20 kg 之前相比差距非常明顯。因此,本文設計的M 控制在20 kg 之內。由圖3可見,M 控制在20 kg 之內,ε應該控制在35 mm 之內。
        根據上面的計算結果,結合生產實際,確定的鐵芯的參數為:內直徑300 mm,外直徑370 mm,高度60 mm。這些參數符合上面的計算結論,是合理的。

     

    雙氣隙鐵芯線圈變化
    圖1  隨ε 變化的關系

    雙氣隙鐵芯線圈變化
    圖2 δ 隨ε變化的關系

    鐵芯質量變化
    圖3   M 隨ε變化的關系

    鐵芯質量變化

    圖4  λ隨M變化的關系

     




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