【摘要】：錳銅分流器以其溫度系數(shù)小和成本低的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電流測(cè)量中。作為單相電能表電流采樣電路的關(guān)鍵元器件,錳銅分流器電流采樣的準(zhǔn)確性將直接影響電能表計(jì)量精度。實(shí)際應(yīng)用中,電能表極易受到工頻磁場(chǎng)的干擾,使得分流器采樣端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),從而嚴(yán)重影響電能表電流采樣的準(zhǔn)確性。本文以單相電能表的錳銅分流器為研究對(duì)象,對(duì)其電磁仿真模型、感應(yīng)電流近似建模以及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究,從而減小工頻磁場(chǎng)對(duì)錳銅分流器感應(yīng)電流的影響。首先,研究工頻磁場(chǎng)作用下錳銅分流器感應(yīng)電流的仿真分析方法�；陔姶鸥袘�(yīng)理論,對(duì)規(guī)則導(dǎo)體在工頻磁場(chǎng)下的感應(yīng)電流進(jìn)行理論計(jì)算與仿真分析,其方法作為后續(xù)分流器仿真的參考;采用Flux軟件,建立分流器的仿真模型,得到工頻磁場(chǎng)作用下通孔位置對(duì)感應(yīng)電流的影響;采用Helmholtz線圈產(chǎn)生工頻磁場(chǎng),測(cè)試分流器通孔位置與感應(yīng)電流的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果的試驗(yàn)驗(yàn)證。其次,基于仿真模型研究分流器尺寸參數(shù)對(duì)感應(yīng)電流的影響,確定關(guān)鍵尺寸參數(shù),建立近似模型實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電流的快速計(jì)算。采用單因素法初步分析各尺寸參數(shù)對(duì)感應(yīng)電流的影響,而后利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行多因素分析,確定分流器的關(guān)鍵尺寸參數(shù)。基于克里金和徑向基分別建立感應(yīng)電流的快速計(jì)算模型,通過(guò)誤差比較,最終確定徑向基模型作為感應(yīng)電流的快速計(jì)算模型。然后,基于Taguchi方法對(duì)錳銅分流器進(jìn)行多目標(biāo)穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計(jì)。以關(guān)鍵尺寸參數(shù)作為可控因素,設(shè)計(jì)公差作為誤差因素,通過(guò)內(nèi)外表直積法構(gòu)建試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,利用徑向基近似模型對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行快速計(jì)算,通過(guò)信噪比方差分析和綜合平衡法確定四組實(shí)驗(yàn)方案。采用正交表對(duì)四組方案進(jìn)行外表設(shè)計(jì),最后通過(guò)均值和標(biāo)準(zhǔn)差比較得到設(shè)計(jì)參數(shù)的最優(yōu)水平組合。最后,基于粒子群優(yōu)化算法對(duì)錳銅分流器進(jìn)行進(jìn)一步全局尋優(yōu)�；赗BF近似模型建立錳銅分流器的全局尋優(yōu)模型,利用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解,得到優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)組合。對(duì)比Taguchi方法和粒子群算法的優(yōu)化結(jié)果,驗(yàn)證粒子群算法在分流器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的有效性。
【圖文】：

頻磁場(chǎng)的干擾下會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電流，因此提出了一種新型結(jié)構(gòu)的錳銅分流器，這種結(jié)構(gòu)能夠相互抵消來(lái)自不同方向的磁場(chǎng)干擾，在一定程度上提高了電能表的計(jì)量精度，新結(jié)構(gòu)如圖1-1(a)所示。張德偉等人為了避免電能表周?chē)慕蛔兇艌?chǎng)對(duì)采樣電纜兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通過(guò)在錳銅分流器上罩設(shè)交變磁場(chǎng)屏蔽罩，，以此降低磁場(chǎng)對(duì)電流采樣的影響，如圖1-1(b)所示。朱永虎通過(guò)將其中一側(cè)信號(hào)線拉至另一側(cè)，把錳銅電阻體平均分成兩塊面積相同的區(qū)域來(lái)防止交變磁場(chǎng)對(duì)分流器的干擾，如圖1-1(c)所示。湖南大學(xué)吳濤為了克服錳銅電流分流器易受溫度和磁場(chǎng)等因素影響的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于PCB的Rogowski線圈并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了其抗磁場(chǎng)干擾能力[32-34]。- 4 -

本課題的研究?jī)?nèi)容是工頻磁場(chǎng)下智能電表錳銅分流器仿真分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。本課題的研究目的是為了減小錳銅分流器在工頻磁場(chǎng)干擾下產(chǎn)生的感應(yīng)電流，提高單相智能電能表的計(jì)量精度。圖1-2為整體研究?jī)?nèi)容，首先在Flux軟件中搭建錳銅分流器的仿真模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，為后面的單因素、多因素仿真分析提供模型基礎(chǔ)。然后對(duì)錳銅分流器的尺寸參數(shù)進(jìn)行單因素和多因素仿真分析，確定關(guān)鍵尺寸參數(shù)，為搭建快速計(jì)算模型提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；分別建立感應(yīng)電流的Kriging和RBF近似模型，并進(jìn)行誤差評(píng)估，確定了分流器感應(yīng)電流的快速計(jì)算方法。而后通過(guò)Taguchi穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)錳銅分流器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計(jì)的最優(yōu)水平組合。最后，利用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法對(duì)分流器進(jìn)行全局尋優(yōu)。- 7 -
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM933.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2606596