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铁芯电抗器直流偏磁仿真验证

发布时间:2018-07-31 09:23      浏览次数:
本仿真在 MATLAB7. 1 的环境下进行,实验中用的铁芯电抗器铁芯为晶粒取向性硅钢片,这种铁芯材料的饱和密度大概在 1. 9 ~ 2. 0T。可以查到该型号硅钢片的磁化曲线 B - H 数据表,再对数据表中的 B- H 数据对进行处理,拟合出 B - H 的函数曲线具体表达式,根据文献拟合表达式采用:
式中 α1、α2、K 为拟合表达式的拟合系数。
    利用 MATLAB 中的 cftool 工具得出其拟合系数分别为:
    拟合出的磁化曲线如图 7 所示。可以从图 7 显然看出这种铁芯材料的饱和密度确实大概在 1.9 ~2.0T。得出铁芯电抗器的铁芯硅钢片磁化曲线和磁化曲线具体表达式后,在 MATLAB7. 1 的环境下仿真验证。
电抗器用铁芯硅钢片磁化曲线
    假设 PAPF 逆变器输出的 a 相电流表达式近似为:
式中 Id 为 PAPF 逆变器输出的 a 相电流的直流分量;B 为磁感应强度; H 为磁场强度。
    上述方程组联立可以得出磁感应强度 B 与时间 t的函数关系式:
已知 Ni = 500 匝,li = 0. 75m,代入数据得出 B =f( t) 的具体表达式。在 MATLAB7. 1 环境下编写仿真程序,分别在 Id 为 0A、0. 1A、1A、5A 四种情况下进行仿真,同时对 f( t) 进行 FFT 变换,得出磁感应强度 B仿真频谱图如图 8。
不同直流偏磁条件下铁芯电抗器磁 感应强度仿真频谱图
    由于磁场感应强度 B 产生感应磁通,进而产生感应电动势,相应产生感应电流,由电磁感应定律可知,它们的相互关系可以表示为:
    由式( 14) 可知,感应电流 i' ( t) 的谐波分量和 B的谐波分量相同。由图 8( a) 中所示的仿真结果可以看出,当 Id = 0A 时,磁感应强度 B1 主要以 3、5、7 等奇次谐波分量为主,几乎没有偶次谐波分量,故感应电流 i1 '( t) 也主要以 3、5、7 等奇次谐波电流为主,偶次谐波电流很小; 但是由图 8( b) 所示,当 Id = 0. 1A时,磁感应强度 B2 不仅含有 3、5、7 等奇次谐波分量,而且还出现了较大幅值的 2、4、6 等偶次谐波分量,相对应地感应电流 i2 '( t) 中也将会出现较大的偶次谐波分量; 随着直流分量的增大,如 Id = 1A,Id = 5A 时,偶次谐波幅值进一步增大,其中 2 次谐波增幅最大,如图 8( c) 、( d) 所示。由此可见,图 8 仿真图像显示的结果验证了 PAPF 输出滤波器中的铁芯电抗器直流偏磁产生了额外的偶次谐波,并和有效的谐波补偿电流一起注入到电网,直接影响到 PAPF 的滤波性能。