静态特性分析简介

时间：2023-06-20 理论教育 版权反馈

【摘要】：由以上的分析不难发现，综合型PMFCL的静态工作特性最优，有利于应用于高压大容量的场合。图5-11 不同拓扑PMFCL的静态等效磁路结构

静态特性分析简介

1.静态磁场分析

永磁饱和型故障限流器要达到理想的限流效果，磁性能极为重要，既要使铁心达到饱和状态，又要尽量减少空气中的漏磁。其中，铁心的饱和程度的高低直接决定限流器的限流容量。用ANSOFT Maxwell-2D有限元软件对四种结构的磁场进行了详细分析。

限流器绕组通过电流为零时，静态磁场的磁感应强度的分布如图5-6所示。四种拓扑的限流器绕组铁心均已经进入饱和状态，大约在1.75～2.2T之间；永磁体的磁感应强度较低，在0.65～1.2T之间。由于永磁体的剩磁小于铁心的饱和磁感应强度，磁通方向与永磁体一致，因此，靠近永磁体的部分铁心无法达到饱和。另外，口字型和直线型的铁心结构一样，因此绕组通过电流为零时，铁心磁路特性完全相同。

当绕组中没有电流通过时，绕组缠绕的铁心、PMFCL永磁体中的静态磁感应强度变化规律如图5-7所示。

图5-6 PMFCL拓扑铁心的静态磁感应强度分布

图5-7 不同拓扑PMFCL静态磁场强度的变化

由图5-7a可知，综合型PMFCL绕组铁心饱和程度最高，其绕组铁心中磁感应饱和强度最大值为2.24T，最小值为1.96T，铁心已经进入深度饱和状态。口字型和直线型静态磁路结构完全一致，因此铁心的饱和深度系数变化规律相同，其最大值和最小值略小于综合型。综合型、口字型和直线型铁心饱和深度均呈现中间部位最小，两端最大的变化趋势。但是日字型恰好相反，中间部位磁感应强度最大为1.92T，两端最小为1.75T。因此，相对于日字型永磁饱和型故障限流器，其他三种故障限流器的铁心饱和深度较高，理论上更易实现高压大容量限流的目标。图5-7b反映了沿着PMFCL中永磁体的静态磁感应强度的变化规律。其中，综合型的永磁工作点最高，日字型的工作点最低。

由于铁心和永磁体中静态磁感应强度的分布并不均匀，为了更准确描述通过限流器的总体磁感应强度，提出了磁感应强度有效值的概念，定义如下：

式中，B为沿着铁心或者永磁体有效长度通过的磁感应强度；L为铁心或者永磁体的有效长度。

根据式（5-22）可以得到四种拓扑PMFCL的静态磁感应强度有效值，见表5-3。由表5-3可知，无论是在铁心中还是在永磁体中，综合型的有效磁感应强度均最大，日字型的均最小，与图5-7中结果一致，表明综合型PMFCL的铁心饱和程度较高。

表5-3 PMFCL的静态磁感应强度有效值（单位：T）

除了铁心的饱和程度以及永磁体的工作点外，磁路中还可能有漏磁现象。漏磁通的大小也直接影响拓扑的磁性能，从而间接影响故障限流器的限流特性。漏磁通的计算公式如下：

Φ_k=Φ_M-Φ_E=B_MS_M-B_ES_E （5-23）

不同拓扑故障限流器漏磁通比较如图5-8所示。综合型PMFCL的漏磁通最小，主磁路的磁场利用率最高。由以上的分析不难发现，综合型PMFCL的静态工作特性最优，有利于应用于高压大容量的场合。

图5-8 不同拓扑PMFCL的漏磁通比较

为深入了解磁场分布规律，有必要针对铁心和永磁中的磁动势分布进行分析。而磁动势的大小与磁场强度的分布有着密切的关系。由静态计算结果，不同拓扑PMFCL中永磁和软磁铁心中的磁场强度分布如图5-9所示。由图可知，四种限流器铁心和永磁体中的磁场强度分布并不均匀，特别是通过日字型铁心直角拐弯处测量到的磁场强度很小，导致铁心的利用率很低。因此，在限流器拓扑优化设计的过程中要尽量避免铁心磁路的直角拐角，从而提高铁心的利用率。