[发明专利]一种振荡波系统用空心电抗器设计方法

摘要

本发明公开了一种振荡波系统用空心电抗器设计方法，包括以下步骤：步骤一，获取电抗器的导线参数和电感参数；步骤二，计算电抗器中每匝线圈的自感和各匝线圈间的互感；步骤三，计算电抗器的总电感值W，总电感值W包括线圈的自感总和与互感总和；步骤四，计算电抗器中线圈的总绕线长度L、总绕线重量G和总电阻值R；步骤五，通过改变电抗器部分的导线参数和电感参数的初始化值，可以设计出的电抗器具有特定的总电感值、总电阻值、总绕线重量和总绕线长度。本发明通用性好，通过改变电抗器的导线参数和电感参数的初始化值，便于设计出较高总电感值和较低总电阻值的电抗器，有利于提升电缆局放检测的可靠性和准确性。

主权项

1.一种振荡波系统用空心电抗器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，获取电抗器的导线参数和电感参数；所述的导线参数包括导线直径d、漆包厚度r1、线材密度η、电阻率γ和介质磁导率μ；所述的电感参数包括绕线层间距r2、骨架半径r、绕线层数N、每层匝数M和精确度ζ；步骤二，计算电抗器中每匝线圈的自感和各匝线圈间的互感；每匝线圈的自感和各匝线圈间的互感的计算步骤具体为：(1)首先引入第一类完全椭圆积分K和第二类完全椭圆积分E，其具体表示为：其中：为在角度积分变量，k为模数；(2)引入参数a_x、b_x和c_x，并且设定其初值分别为a₀＝1，c₀＝a₀²‑b₀²；(3)对于循环变量x＝1，2，…，P，依次按下式进行迭代计算：(4)当cP小于ζ时，可按下式直接计算K和E的值：由于K和E只与模数k相关，所以K和E可以表示成：(5)第i层j匝线圈和第n层m匝线圈的细导线圆环共轴，且互相平行，当n＝i，同时m＝j时，两匝线圈为同一匝线圈，线圈半径为Rij，其中i＝1，2，……，N；j＝1，2，……，M；以第i层j匝线圈的细导线圆环为坐标系原点，建立柱坐标系，当流经线圈的电流值为I时，空间中存在一点P(ρP，φP，zP)，考虑到环形载流线圈的对称性，环形载流线圈在P点产生的向量磁位与角度φP无关，以下在ρOz平面对P点进行讨论，整个环形载流线圈在P点产生的向量磁位为：其中μ₀为真空磁导率，α为对环形载流线圈积分的极角；为第i层j匝线圈在P点产生的向量磁位的单位向量，其方向与向量磁位方向相同；为了将上式化成椭圆积分，作如下的变量代换，令α＝π+2θ，dα＝2dθ，cosα＝2sin2θ‑1，模数k为：由于半径为R_ij的线圈具有导线半径为该环形线圈中的电流可以看成集中于其轴线上的电流I，同理，按计算向量磁位表达式方式得出电流在线圈半径为内侧边线l₀上的向量磁位为向量磁位的单位向量，其方向与向量磁位方向相同；由于，在半径为内侧边线l₀上，此处z＝0，模数k₁为：穿过闭合边线l0所围面积中的磁通Φ为：为角向量的积分变量；第i层j匝线圈的外自感为：第i层j匝线圈的内自感为：则单个线圈的自感Qij为：对应第i层j匝线圈绕线长度Lij为：Lij＝2πRij；(6)第i层j匝线圈和第n层m匝线圈的细导线圆环共轴，且互相平行，并且n和i、以及m和j不同时相等时，第i层j匝线圈的半径为Rij，其中i＝1，2，……，N；j＝1，2，……，M；第n层m匝线圈的半径为Rnm，其中n＝1，2，……，N；m＝1，2，……，M；环平面相距hij_nm，当第i层j匝线圈有电流I_a时，参照计算向量磁位表达式方式得出第n层m匝线圈上任一点处的向量磁位为为向量磁位的单位向量，其方向与向量磁位方向相同；模数k2为：由Ia产生与第n层m匝线圈所交链的磁通Φa为：为角向量的积分变量；同理，对于第n层m匝线圈存在电流Ib，由Ib产生与第i层j匝线圈所交链的磁通Φb为：则第i层j匝线圈和第n层m匝线圈之间的互感Hij_nm为：步骤三，计算电抗器的总电感值W，总电感值W包括线圈的自感总和与互感总和，即步骤四，计算电抗器中线圈的总绕线长度L、总绕线重量G和总电阻值R，即步骤五，从计算总电感值W、总绕线长度L、总绕线重量G和总电阻值R的关系式可知，总电感值W的大小与骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M、导线直径d相关，通过调整骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M和导线直径d的大小可以设定出给定具有特定总电感值的电抗器；总绕线长度L的大小与骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M、导线直径d相关，通过调整骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M和导线直径d的大小可以设定出给定具有特定总绕线长度的电抗器；总绕线重量G的大小与骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M、导线直径d、线材密度η相关，通过调整骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M、导线直径d和线材密度η的大小可以设定出给定具有特定总绕线重量的电抗器；总电阻值R的大小与骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M、导线直径d、电阻率γ相关，通过调整骨架半径r、漆包厚度r1、绕线层间距r2、绕线层数N、每层匝数M、导线直径d和电阻率γ的大小可以设定出给定具有特定总电阻值的电抗器。