复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置及系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置及系统。该装置包括非铁磁性材料夹层、圆盘、锯齿形夹具调节螺栓、锯齿形夹具、防振动夹具、锯齿形夹具定位块、防振动夹具定位螺栓、防振动夹具定位块、步进电机、电缸、机架、活动上板和固定上板；所述锯齿形夹具包括活动颚、锯齿形夹具底板、活动颚定位螺栓、固定颚和活动颚定位螺母。该系统包括所述的装置、扭力扳手、温度记录仪、倾角传感器、示波器和上位机。本装置为阳极饱和电抗器铁芯的磁特性测量提供一种能够模拟各种复杂工况的实验平台，包括模拟两铁芯的应力变化以及铁芯气隙的形状和大小变化，实现对铁芯磁特性的精确测量。

Device and system for measuring magnetic properties of core of anode saturable reactor under complex working conditions

【技术实现步骤摘要】
复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置及系统
本技术涉及磁特性测量领域，具体是一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置及系统。
技术介绍
换流阀是直流输电系统中的核心装备，饱和电抗器又是特高压直流换流阀中重要的保护元件。随着我国特高压工程的建设对电工装备提出了更高的设计要求，采用简单的经验公式设计模式，往往不能满足现代特高压输变电性能上的要求。而且，现有的饱和电抗器设计过程中没有仔细考虑电工材料在实际运行过程中所表现出的复杂磁特性，设计出来的电抗器往往损耗偏大，效率偏低，容易出现过电压、过电流现象。温升是电抗器运行良好的重要指标，国内多物理工况模拟和磁化特性建模技术相对落后，制约着特高压直流输电以及晶闸管整流设备的高端化发展。非线性负载的存在使得电力系统中的谐波流入电网，运行中的饱和电抗器需要承受交直流电压的共同作用，所以在其负载电流中必含有大量的高次谐波，这将导致电抗器铁芯硅钢片的磁化波形发生畸变，从而出现谐波漏磁场和高次谐波损耗。这种非正弦大电流激励产生的损耗过大且分布不均匀，可能引起电抗器的某一区域的局部过热，从而影响到电抗器的正常运行及其使用寿命。饱和电抗器实际运行中所产生的振动与噪声问题也同样值得关注，其本质是电抗器铁芯材料所受应力的作用，这种现象直接影响电抗器铁芯材料磁特性的相关变化。因此，在实际工况下，不同应力对饱和电抗器的影响也不容忽视，做出相应的磁场分布模拟、铁芯损耗预测，为优化电抗器性能与结构改进提供必要的技术支持。目前饱和电抗器研究大多是关于铁芯的损耗和温升，如《±1100kV特高压直流换流阀用饱和电抗器的铁损及温度分布仿真》一文中采用有限元仿真的方法，研究了饱和电抗器的铁芯损耗和温度分布规律，然而气隙对整体磁特性的影响却被忽略，目前也没有完备的实验数据可供参考。为了更准确地研究电抗器的损耗、振动、温升等情况，不仅要分析铁芯的磁特性，气隙的宽度、形状也要在电抗器铁芯优化设计的考虑之内。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术拟解决的技术问题是，提供一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置及系统。本技术解决所述装置技术问题的技术方案是，提供一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置，其特征在于该装置包括非铁磁性材料夹层、圆盘、锯齿形夹具调节螺栓、锯齿形夹具、防振动夹具、锯齿形夹具定位块、防振动夹具定位螺栓、防振动夹具定位块、步进电机、电缸、机架、活动上板和固定上板；所述锯齿形夹具包括活动颚、锯齿形夹具底板、活动颚定位螺栓、固定颚和活动颚定位螺母；所述步进电机固定于机架一侧，其输出端与电缸连接；活动上板放置在电缸的端部，固定上板通过连接板固定于机架另一侧；步进电机转动，电缸将步进电机的旋转运动转换成直线运动，实现活动上板的升降及角度变化；活动上板和固定上板上均开有锯齿形夹具燕尾槽滑道；锯齿形夹具底板的底部与锯齿形夹具燕尾槽滑道配合，实现锯齿形夹具底板沿锯齿形夹具燕尾槽滑道的移动；锯齿形夹具定位块分别固定于活动上板和固定上板上，开有螺纹通孔；锯齿形夹具调节螺栓与锯齿形夹具定位块内部的螺纹连接，一端固定有圆盘，拧动锯齿形夹具调节螺栓，实现锯齿形夹具调节螺栓沿锯齿形夹具定位块的移动，进而实现圆盘与锯齿形夹具底板的接触和分离；锯齿形夹具底板上开有活动颚燕尾槽滑道，活动颚与活动颚燕尾槽滑道配合，实现相对滑动；固定颚固定于锯齿形夹具底板上；活动颚开有通孔，活动颚定位螺栓穿过活动颚，端部固定于固定颚上；活动颚定位螺栓上设置有一个活动颚定位螺母，设置于活动颚远离固定颚的一侧；活动颚定位螺栓与活动颚定位螺母螺纹配合，推动活动颚，实现活动颚和固定颚对铁芯的夹紧；活动上板和固定上板的上均开有防振动夹具燕尾槽滑道；所述防振动夹具定位块分别固定于活动上板和固定上板上；防振动夹具定位螺栓穿过防振动夹具定位块的通孔并固定于防振动夹具定位块内部；所述防振动夹具包括铁芯上端部夹具和铁芯下端部夹具，两者结构相同，均由两个夹持头和两个夹持头定位螺母构成；防振动夹具定位螺栓穿过两个夹持头，两个夹持头的内侧配合用于夹持铁芯端部，两个夹持头的外侧均设置有一个夹持头定位螺母；防振动夹具定位螺栓与夹持头定位螺母螺纹配合，分别推动两个夹持头，实现两个夹持头对于铁芯的夹紧。本技术解决所述系统技术问题的技术方案是，提供一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量系统，其特征在于该系统包括所述的装置、扭力扳手、温度记录仪、倾角传感器、示波器和上位机；所述示波器和倾角传感器分别与上位机连接；所述扭力扳手与锯齿形夹具调节螺栓的另一端连接，通过扭力扳手提供不同的力矩拧动锯齿形夹具调节螺栓；所述温度记录仪位于机架和固定上板形成的空间内部，用于显示和记录通过温度记录仪的热电偶丝测量的铁芯和缠绕在铁芯上的绕组的温度数据；所述倾角传感器安装于活动上板底面上，用于测量活动上板的倾斜角度；示波器的输入端和输出端分别与绕组的两端连接。与现有技术相比，本技术有益效果在于：(1)本装置为阳极饱和电抗器铁芯的磁特性测量提供一种能够模拟各种复杂工况的实验平台，包括模拟两铁芯的应力变化以及铁芯气隙的形状和大小变化，实现对铁芯磁特性的精确测量。(2)本装置的夹具与传统铁芯夹具不同。由于饱和电抗器在实际运行时铁芯已达到磁饱和状态，为了更好的模拟真实的运行工况，实验装置需要很大的安匝数来增加铁芯的磁通量，这就要求可绕匝数多，电流激励大。传统夹具没有锯齿状空隙，绕组只能在无夹具处缠绕，可绕匝数十分有限。本装置采用锯齿形夹具，这种夹具不仅使铁芯受力均匀，而且在锯齿的空隙中可以穿插绕组，增大铁芯的可绕匝数，绕组的匝数可提高一倍以上，实现绕组全覆盖，从而使铁芯磁通分布更加均匀，使铁芯磁通量可以达到更高水平。因此可在绕组中通入更接近于饱和电抗器的真实运行状态的非正弦脉冲电流激励，与传统磁测量的正弦激励作对比。(3)传统装置往往只适用于一种形状、大小的铁芯，实用性有限。本装置采用可调节的锯齿形夹具和防振动夹具进行相互配合，可适应不同大小、不同形状的铁芯。锯齿形夹具采用活动颚来调节夹具大小。防振动夹具也加装燕尾槽和长螺栓，可调节铁芯上端部夹具和铁芯下端部夹具的大小和位置。(4)两铁芯有可能是竖直方向错位，也有可能是水平方向错位，或者是旋转某些角度错位，这些改变都会导致气隙的形状发生变化。本装置采用铁芯一半固定、一半可升降可旋转的方式模拟饱和电抗器铁芯长期运行在复杂工况下气隙形状的变化。本装置在活动上板四个顶角安装四个步进电机并配合四个电缸，可以实现对活动上板高度和角度的细微调整。在活动上板底面加装倾角传感器，其作用有两个：一是调平，在只研究铁芯竖直方向错位时，要求活动上板在保持整体水平的前提下进行升降，此时就需要用倾角传感器来调平。二是测量角度，四个电缸上升高度不同可使活动上板和固定上板形成一定角度，实现铁芯的旋转错位，此时通过倾角传感器可记录不同角度。由此模拟气隙的不同形状，分析气隙形状的变化对铁芯磁特性的影响。(5)在两块铁芯中间添加不同厚度的非铁磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置，其特征在于该装置包括非铁磁性材料夹层、圆盘、锯齿形夹具调节螺栓、锯齿形夹具、防振动夹具、锯齿形夹具定位块、防振动夹具定位螺栓、防振动夹具定位块、步进电机、电缸、机架、活动上板和固定上板；所述锯齿形夹具包括活动颚、锯齿形夹具底板、活动颚定位螺栓、固定颚和活动颚定位螺母；/n所述步进电机固定于机架一侧，其输出端与电缸连接；活动上板放置在电缸的端部，固定上板通过连接板固定于机架另一侧；步进电机转动，电缸将步进电机的旋转运动转换成直线运动，实现活动上板的升降及角度变化；/n活动上板和固定上板上均开有锯齿形夹具燕尾槽滑道；锯齿形夹具底板的底部与锯齿形夹具燕尾槽滑道配合，实现锯齿形夹具底板沿锯齿形夹具燕尾槽滑道的移动；锯齿形夹具定位块分别固定于活动上板和固定上板上，开有螺纹通孔；锯齿形夹具调节螺栓与锯齿形夹具定位块内部的螺纹连接，一端固定有圆盘，拧动锯齿形夹具调节螺栓，实现锯齿形夹具调节螺栓沿锯齿形夹具定位块的移动，进而实现圆盘与锯齿形夹具底板的接触和分离；/n锯齿形夹具底板上开有活动颚燕尾槽滑道，活动颚与活动颚燕尾槽滑道配合，实现相对滑动；固定颚固定于锯齿形夹具底板上；活动颚开有通孔，活动颚定位螺栓穿过活动颚，端部固定于固定颚上；活动颚定位螺栓上设置有一个活动颚定位螺母，设置于活动颚远离固定颚的一侧；活动颚定位螺栓与活动颚定位螺母螺纹配合，推动活动颚，实现活动颚和固定颚对铁芯的夹紧；/n活动上板和固定上板的上均开有防振动夹具燕尾槽滑道；所述防振动夹具定位块分别固定于活动上板和固定上板上；防振动夹具定位螺栓穿过防振动夹具定位块的通孔并固定于防振动夹具定位块内部；所述防振动夹具包括铁芯上端部夹具和铁芯下端部夹具，两者结构相同，均由两个夹持头和两个夹持头定位螺母构成；防振动夹具定位螺栓穿过两个夹持头，两个夹持头的内侧配合用于夹持铁芯端部，两个夹持头的外侧均设置有一个夹持头定位螺母；防振动夹具定位螺栓与夹持头定位螺母螺纹配合，分别推动两个夹持头，实现两个夹持头对于铁芯的夹紧。/n...

【技术特征摘要】
1.一种复杂工况下阳极饱和电抗器铁芯磁特性测量装置，其特征在于该装置包括非铁磁性材料夹层、圆盘、锯齿形夹具调节螺栓、锯齿形夹具、防振动夹具、锯齿形夹具定位块、防振动夹具定位螺栓、防振动夹具定位块、步进电机、电缸、机架、活动上板和固定上板；所述锯齿形夹具包括活动颚、锯齿形夹具底板、活动颚定位螺栓、固定颚和活动颚定位螺母；
所述步进电机固定于机架一侧，其输出端与电缸连接；活动上板放置在电缸的端部，固定上板通过连接板固定于机架另一侧；步进电机转动，电缸将步进电机的旋转运动转换成直线运动，实现活动上板的升降及角度变化；
活动上板和固定上板上均开有锯齿形夹具燕尾槽滑道；锯齿形夹具底板的底部与锯齿形夹具燕尾槽滑道配合，实现锯齿形夹具底板沿锯齿形夹具燕尾槽滑道的移动；锯齿形夹具定位块分别固定于活动上板和固定上板上，开有螺纹通孔；锯齿形夹具调节螺栓与锯齿形夹具定位块内部的螺纹连接，一端固定有圆盘，拧动锯齿形夹具调节螺栓，实现锯齿形夹具调节螺栓沿锯齿形夹具定位块的移动，进而实现圆盘与锯齿形夹具底板的接触和分离；
锯齿形夹具底板上开有活动颚燕尾槽滑道，活动颚与活动颚燕尾槽滑道配合，实现相对滑动；固定颚固定于锯齿形夹具底板上；活动颚开有通孔，活动颚定位螺栓穿过活动颚，端部固定于固定颚上；活动颚定位螺栓上设置有一个活动颚定位螺母，设置于活动颚远离固定颚的一侧；活动颚定位螺栓与活动颚定位螺母螺纹配合，推动活动颚，实现活动颚和固定颚对铁芯的夹紧；
活动上板和固定上板的上均开有防振动夹具燕尾槽滑道；所述防振动夹具定位块分别固定于活动上板和固定上板上；防振动夹具定位螺栓穿过防振动夹具定位块的通孔并固定于防振动夹具定位块内部；所述防振动夹具包括铁芯上端部夹具和铁芯下端部夹具，两者结构相同，均由两个夹持头和两个夹持头定位螺母构成；防振动夹具定位螺栓穿过两个夹持头，两个夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：张长庚，王家俊，李永建，陈怡帆，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12