一种故障电流限制器铁磁材料磁滞回线动态测量装置

1.本发明属于电气工程领域，具体涉及一种故障电流限制器铁磁材料磁滞回线动态测量装置。


背景技术：

2.测量铁磁材料磁滞回线的方法有很多种，比如电子磁通计法、震荡样品磁强计法、霍尔法、示波器法、冲击法等，也有一些专门的测量仪器。电子磁强计方法灵敏度比较好，冲击法应用的范围广且装置简单、容易取得，是一种测磁滞回线磁化曲线的标准方法。但冲击法有其弊端，比如测量时有瞬时误差的存在，不便于自动记录，受限于环境变化等问题。除此之外还有一些各具特点的测绘磁性材料磁化曲线磁滞回线以及求取磁性参数的方法，如电桥法、q表法、电位差计法、伏安法、峰值整流法、采样法和铁磁仪法等。
3.综上所述，现有技术存在的问题是：现有铁磁材料的磁滞回线测量方法各有特点，且大多数铁磁材料在购买时都会由生产厂家在工频交/直流工况下测得磁化曲线和磁滞回线。当将铁磁材料应用于高频场合时由于趋肤效应和涡流的影响存在，其磁滞损耗将大大增加，这是由于磁滞损耗与电流频率成正比的原因。同时，每经一次循环，单位体积铁心中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积，因此高频情况下的磁滞回线也将发生较大变化。为了了解其在高频工况下的特性，就需要重新测量其磁滞回线。
4.为了完成在不同电压、不同电流、强磁场的环境下dc-fcld铁芯磁滞回线动态测量，本发明采用高频脉冲激励电流，加强测量装置对铁磁材料的探测深度，利用labview虚拟仪器输入信号数据采集和处理的优势，提高测量的准确度和自动化程度，在高频工况下的动态测量铁芯的铁磁特性。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种故障电流限制器铁磁材料磁滞回线动态测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.一种故障电流限制器铁磁材料磁滞回线动态测量装置，包括直流故障电流限制器(dc-fault current limiter device，dc-fcld)、高频开关充电电源、可调球隙开关、电压/电流传感器及信号采集调理电路、stm32微控制器、igbt开关驱动模块、光纤收发/转换模块和计算机端基于labview软件的控制与数据分析处理。
7.传感器采集的电压/电流，通过同轴电缆与采集调理电路连接，由运算放大器进行电压调整后与模数转换器匹配，再送入模数转换器将模拟信号转换成数字信号。
8.经由数字信号处理模块输出的信号根据传输线协议rs232，通过光纤收发器送入pc端的labview测控平台。
9.高频开关充电电源由计算机控制方式实现；
10.在labview程序中设置输出电压/电流大小，经光纤收发模块送入stm32微控制器，控制信号经光耦隔离放大输出给驱动模块控制igbt通断；
11.电源控制模式采用双闭环反馈控制模式，内闭环反馈控制以实现零电流开关和保障回路安全为目标，外闭环反馈控制用于实现伺服跟踪控制功能。
12.球隙可调开关间隙控制由计算机控制传动机构的电机转速，实现对可动球隙电极间距的精细调节，达到在不同电压下的球隙放电。
13.pc端的labview测控平台集信号采集、串口控制、测量分析、数据显示和存储于一体，完成人机交互功能。
14.本发明的有益效果：
15.本发明在dc-fcld铁芯磁滞回线动态测量装置中利用计算机控制高频开关充电电源，采用高频脉冲激励电流，加强测量装置对铁磁材料的探测深度。电源控制模式采用双闭环反馈控制模式，内闭环反馈控制以实现零电流开关和保障回路安全为目标，外闭环反馈控制用于实现伺服跟踪控制功能。
16.利用计算机控制可调球隙开关传动机构的电机转速，完成对可动球隙电极间距的精细调节，实现在不同电压下的球隙放电。
17.给定被测铁芯绕制线圈，将线圈两端直接接入装置测量主回路，绕制匝数根据测量需要可调。
18.完成被测铁芯的多次动态测量，可以对被测铁芯进行反相电流偏置，使铁芯磁滞回线处于负饱和区。
19.提供强磁场的环境下，进行装置的实验和性能测试。利用光信号不受电磁场的影响，由光纤传输信号，同时采用屏蔽铝盒封装，增强系统的抗干扰能力，实现在强磁场环境下，提高实验系统的稳定性和可靠性。
20.高时钟频率的单片机提供更快的系统响应速度；同时基于虚拟仪器labview软件平台完成电压电流信号实时侧量、存储、曲线绘制和分析处理。
21.综上所述，本发明在不同电压、不同电流、强磁场环境下快速响应、多次动态测量dc-fcld铁芯铁磁特性的实验要求。
附图说明
22.图1为本发明的原理图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
25.请参阅图1，一种故障电流限制器铁磁材料磁滞回线动态测量装置，包括直流故障电流限制器(dc-fault current limiter device，dc-fcld)、高频开关充电电源、可调球隙开关、电压/电流传感器及信号采集调理电路、stm32微控制器、igbt开关驱动模块、光纤收发/转换模块和计算机端基于labview软件的控制与数据分析处理。
26.传感器采集的电压/电流，通过同轴电缆与采集调理电路连接，由运算放大器进行电压调整后与模数转换器匹配，再送入模数转换器将模拟信号转换成数字信号。
27.经由数字信号处理模块输出的信号根据传输线协议rs232，通过光纤收发器送入pc端的labview测控平台。
28.高频开关充电电源由计算机控制方式实现；
29.在labview程序中设置输出电压/电流大小，经光纤收发模块送入stm32微控制器，控制信号经光耦隔离放大输出给驱动模块控制igbt通断；
30.电源控制模式采用双闭环反馈控制模式，内闭环反馈控制以实现零电流开关和保障回路安全为目标，外闭环反馈控制用于实现伺服跟踪控制功能。
31.球隙可调开关间隙控制由计算机控制传动机构的电机转速，实现对可动球隙电极间距的精细调节，达到在不同电压下的球隙放电。
32.pc端的labview测控平台集信号采集、串口控制、测量分析、数据显示和存储于一体，完成人机交互功能
33.通过上述技术方案：
34.使用时，本装置利用计算机控制高频开关充电电源。运用高压发生器对储能电容充电，产生高频脉冲激励电流，实现测量装置对铁磁材料的探测深度。同时基于高频脉冲激励可消除干扰，提高测量精度。
35.球隙可调开关间隙控制由计算机通过球隙控制器(stm32单片机)控制球隙开关传动机构电机的转速，电机的输出轴通过传动装置与调节球隙臂的连接杆相连接，通过电机能够改变驱动调节球隙臂的连接杆移动，完成对可动球隙电极的精细调节，实现在不同电压下的球隙放电。
36.通过电流传感器和高压分压器分别进行短路电流和电压的测量，数字信号根据传输线协议通过光纤收发器送入pc端的labview测控平台，绘制高频工况下的铁芯动态磁滞回线。利用光纤进行信号传输，有效解决了实际实验中的强电磁干扰问题，提高实验系统的稳定性和可靠性。
37.pc端labview软件平台完成电压/电流信号实时采集、数字存储、曲线绘制和分析处理工作。系统设计在labview软件平台端集成球隙开关电极间距控制模块、铁芯偏置电源与实验充电电源控制模块、数字示波器模块以满足在不同电压、不同电流、强磁场环境下，快速响应、多次动态测量的要求。其中数字示波器模块由垂直系统模块、水平系统模块、触发系统模块、显示系统模块四个部分组成。
38.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。