[go: up one dir, main page]

RU2453010C2 - Electric transformer with constant flow compensation - Google Patents

Electric transformer with constant flow compensation Download PDF

Info

Publication number
RU2453010C2
RU2453010C2 RU2009149626/07A RU2009149626A RU2453010C2 RU 2453010 C2 RU2453010 C2 RU 2453010C2 RU 2009149626/07 A RU2009149626/07 A RU 2009149626/07A RU 2009149626 A RU2009149626 A RU 2009149626A RU 2453010 C2 RU2453010 C2 RU 2453010C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
transformer
compensation
current
magnetic field
Prior art date
Application number
RU2009149626/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009149626A (en
Inventor
Петер ХАМБЕРГЕР (AT)
Петер ХАМБЕРГЕР
Альберт ЛЯЙКЕРМОЗЕР (AT)
Альберт ЛЯЙКЕРМОЗЕР
Original Assignee
Сименс Трансформерз Остриа Гмбх Унд Ко Кг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сименс Трансформерз Остриа Гмбх Унд Ко Кг filed Critical Сименс Трансформерз Остриа Гмбх Унд Ко Кг
Priority to RU2009149626/07A priority Critical patent/RU2453010C2/en
Publication of RU2009149626A publication Critical patent/RU2009149626A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453010C2 publication Critical patent/RU2453010C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electric transformer (20) with constant flow compensation has soft magnetic core (4) on which compensating winding (3) is arranged additionally to primary and secondary windings (1, 2). That winding is connected to current control device (12, 13) which according to control signal (14, 15) which represents measuring device (30) of magnetic field from measurement of magnetic flow connected to current in primary or secondary windings leads compensating current (16, 17) to compensation winding (3) so that its action in core (4) is directed opposite to magnetic constant flow (5).
EFFECT: easier reduction of core heating and emission of interference determined with constant magnetic flow in core.
9 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к электрическому трансформатору с компенсацией постоянного потока.The invention relates to an electric transformer with constant flow compensation.

Уровень техникиState of the art

Известно, что в электрическом трансформаторе, который эксплуатируется в соединении с выпрямителем тока, ввиду неточностей при управлении мощными полупроводниковыми переключателями может возникнуть токовая составляющая, которая накладывается на рабочий ток трансформатора. Эта токовая составляющая, которая по отношению к сети может рассматриваться как постоянный ток, далее упоминается как «составляющая постоянного тока» или «DC-составляющая». Она часто составляет лишь несколько промилле номинального тока трансформатора, однако обуславливает возникновение в сердечнике трансформатора магнитного постоянного потока, который накладывается на первичный или вторичный переменный поток, и обуславливает несимметричное управление BH-характеристикой ферромагнитного материала сердечника. Уже незначительная составляющая постоянного потока может, ввиду высокой проницаемости ферромагнитного материала сердечника, вызвать насыщение сердечника и сильные искажения тока намагничивания. Также геостационарное магнитное поле может вносить вклад в составляющую постоянного потока. Следствиями этого несимметричного управления являются повышенные магнитные потери и, тем самым, повышенное нагревание сердечника, а также пики тока намагничивания, которые обуславливают повышенную эмиссию промышленных помех.It is known that in an electric transformer that is operated in conjunction with a current rectifier, due to inaccuracies in the control of powerful semiconductor switches, a current component may occur that is superimposed on the operating current of the transformer. This current component, which with respect to the network can be regarded as direct current, is hereinafter referred to as the “DC component” or the “DC component”. It often amounts to only a few ppm of the rated current of the transformer, however, it causes a magnetic constant flux in the transformer core, which is superimposed on the primary or secondary alternating flux, and determines the asymmetric control of the BH characteristic of the ferromagnetic core material. Already an insignificant component of the constant flow can, due to the high permeability of the ferromagnetic material of the core, cause saturation of the core and severe distortion of the magnetization current. Also, a geostationary magnetic field can contribute to the constant flux component. The consequences of this asymmetric control are increased magnetic losses and, thereby, increased core heating, as well as peaks in the magnetization current, which cause increased emission of industrial noise.

Нежелательному эффекту насыщения можно было бы, в принципе, противодействовать тем, что поперечное сечение магнитного контура увеличивается и, тем самым, магнитная плотность потока В поддерживается более низкой, или в магнитный контур вводится (эквивалент) воздушный зазор, как, например, предложено в DE 19854902 A1. Однако первое приводит к повышенному конструктивному объему, а последнее - к более высокому току намагничивания, причем и то, и другое является недостатком.The undesirable effect of saturation could, in principle, be counteracted by the fact that the cross section of the magnetic circuit increases and, therefore, the magnetic flux density B is kept lower, or an (equivalent) air gap is introduced into the magnetic circuit, as proposed, for example, in DE 19854902 A1. However, the former leads to an increased structural volume, and the latter to a higher magnetization current, both of which are a drawback.

Чтобы уменьшить эмиссию помех электрического трансформатора, в US 5726617 и в DE 69901596 Т2 предлагаются исполнительные элементы, которые масло в трансформаторном корпусе возбуждают таким образом, что волны давления флюида, которые при работе трансформатора исходят от листового пакета сердечника трансформатора и от обмоток трансформатора, ослабляются. Однако эти исполнительные элементы потребляют при работе значительную долю энергии; к тому же они подвержены воздействию помех и сопряжены с затратами.In order to reduce the interference emission of an electric transformer, US 5726617 and DE 69901596 T2 offer actuators that excite the oil in the transformer housing in such a way that the pressure waves of the fluid that come from the transformer core sheet and transformer windings are attenuated. However, these actuators consume a significant amount of energy during operation; they are also subject to interference and are costly.

Представление изобретенияRepresentation of the invention

Задачей предложенного изобретения является создание трансформатора, в котором по возможности простым способом снижаются нагревание сердечника и эмиссия помех, обусловленные магнитным постоянным потоком в сердечнике.The objective of the invention is the creation of a transformer in which, as simple as possible, the heating of the core and the emission of interference due to a constant magnetic flux in the core are reduced.

Решение этой задачи осуществляется признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.The solution to this problem is carried out by the features of paragraph 1 of the claims. Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Изобретение исходит из идеи, состоящей в том, что следует не бороться с нежелательными проявлениями предварительного намагничивания, а устранять их причину. Соответствующий изобретению трансформатор характеризуется следующим образом:The invention proceeds from the idea that it is not necessary to combat the undesirable manifestations of preliminary magnetization, but to eliminate their cause. A transformer according to the invention is characterized as follows:

- Трансформатор имеет магнитомягкий сердечник, на котором, дополнительно к первичной и вторичной обмотке, размещена компенсационная обмотка.- The transformer has a magnetically soft core, on which, in addition to the primary and secondary winding, a compensation winding is placed.

- Компенсационная обмотка связана с устройством управления током, которое согласно параметру управления, который предоставляет устройство измерения магнитного поля из измерения магнитного потока, связанного с током в первичной или вторичной обмотках, вводит в компенсационную обмотку компенсационный ток таким образом, что его действие в сердечнике направлено противоположно магнитному постоянному потоку.- The compensation winding is connected to a current control device, which according to the control parameter, which provides a magnetic field measuring device from measuring the magnetic flux associated with the current in the primary or secondary windings, introduces a compensation current in the compensation winding so that its action in the core is directed opposite magnetic constant flux.

За счет этого достигается то, что магнитная составляющая постоянного потока в сердечнике трансформатора простым способом может определяться техническими средствами измерения и компенсироваться посредством процесса регулирования для устранения рассогласования. Если составляющая постоянного потока исключена, то управление ВН-характеристикой является симметричным. Ферромагнитный материал сердечника более не работает в области насыщения. Тем самым магнитострикция материала снижается, вследствие чего также снижается эмиссия промышленных помех. Обмотки трансформатора менее сильно нагружаются термически, так как магнитные потери и, тем самым, рабочая температура в сердечнике снижаются.Due to this, it is achieved that the magnetic component of the constant flow in the core of the transformer can be determined in a simple way by technical means of measurement and compensated by the regulation process to eliminate the mismatch. If the constant flow component is excluded, then the control of the HV characteristic is symmetrical. The ferromagnetic core material no longer works in the saturation region. Thus, the magnetostriction of the material is reduced, as a result of which the emission of industrial noise is also reduced. The transformer windings are less stressed thermally, since magnetic losses and, thus, the operating temperature in the core are reduced.

В соответствии с изобретением задание компенсационного тока в компенсационной обмотке осуществляется согласно измеренной величине магнитного поля, которую выдает устройство измерения магнитного поля. Для определения измеренной величины магнитного поля пригодны известные сами по себе датчики магнитного поля, которые измеряют либо поле в сердечнике трансформатора, либо рассеянное магнитное поле, которое замыкается вне сердечника по воздушному зазору. Принцип действия, лежащий в основе этих датчиков, может представлять собой, например, индукцию в измерительной катушке, эффект Холла или магниторезистивный эффект. Измеренная величина магнитного поля может также определяться посредством применения магнитометра (феррозонда или зонда Ферстера). По сравнению с точным измерением составляющей постоянного тока (которая, в частности, в больших трансформаторах намного меньше, чем номинальный ток, и потому труднее определяется) измерительно-технические затраты для определения измеренной величины магнитного поля меньше.In accordance with the invention, the compensation current in the compensation winding is set according to the measured magnetic field value that the magnetic field measuring device provides. To determine the measured value of the magnetic field, self-known magnetic field sensors are suitable which measure either the field in the core of the transformer or the scattered magnetic field, which closes outside the core by an air gap. The operating principle underlying these sensors can be, for example, induction in a measuring coil, Hall effect or magnetoresistive effect. The measured magnitude of the magnetic field can also be determined by using a magnetometer (flux probe or Ferster probe). Compared with the accurate measurement of the DC component (which, in particular, in large transformers is much less than the rated current, and therefore more difficult to determine), the measuring and technical costs for determining the measured magnetic field are less.

Предпочтительное выполнение изобретения может отличаться тем, что устройство измерения магнитного поля образовано блоком обработки сигнала, который связан с, по меньшей мере, двумя детекторами магнитного поля сигнальным проводником. При трехфазном трансформаторе обычной структуры может быть достаточным определение двух составляющих постоянного потока, так как полный поток должен давать нуль.A preferred embodiment of the invention may be characterized in that the magnetic field measuring device is formed by a signal processing unit, which is connected to at least two magnetic field detectors by a signal conductor. With a three-phase transformer of a conventional structure, the determination of the two components of the constant flow may be sufficient, since the total flow should give zero.

Предпочтительным образом блок обработки сигнала выполнен с возможностью определения высших гармоник из соответствующего измеренного сигнала, обеспеченного детектором магнитного поля, и формирования на этой основе управляющего сигнала. Тем самым можно при сравнительно невысоких схемотехнических затратах получить управляющую величину, пригодную для компенсации составляющей постоянного потока. Гармонический анализ может осуществляться электронным способом или с компьютерной поддержкой.Preferably, the signal processing unit is configured to determine higher harmonics from the corresponding measured signal provided by the magnetic field detector, and to generate a control signal on this basis. Thus, at a relatively low circuit costs, it is possible to obtain a control value suitable for compensating the constant flow component. Harmonic analysis can be carried out electronically or with computer support.

Особенно подходящими для этого являются четные гармоники, в частности первая высшая гармоника (вторая гармоника), амплитуда которой функционально связана с магнитным постоянным потоком, который следует компенсировать.Particularly suitable for this are even harmonics, in particular the first higher harmonic (second harmonic), the amplitude of which is functionally related to the constant magnetic flux, which should be compensated.

В частности, предпочтительной является форма выполнения, при которой два детектора магнитного поля вне сердечника размещены таким образом, что они определяют рассеянный поток трансформатора. Рассеянный поток трансформатора возрастает в случае магнитного насыщения сердечника очень сильно, что благоприятно для определения управляющего сигнала.In particular, a preferred embodiment is one in which two magnetic field detectors outside the core are arranged such that they determine the diffuse flux of the transformer. In the case of magnetic saturation of the core, the scattered flux of the transformer increases very strongly, which is favorable for determining the control signal.

Детектор магнитного поля может быть выполнен просто как индукционный зонд, который определяет изменение рассеянного потока и преобразует в электрический сигнал измерения, из которого затем могут быть отфильтрованы четные гармоники, в частности вторая гармоника.The magnetic field detector can be simply implemented as an induction probe, which determines the change in the scattered flux and converts it into an electrical measurement signal, from which even harmonics, in particular the second harmonic, can then be filtered.

В особенно предпочтительной форме выполнения индукционный зонд может быть выполнен как катушка с воздушным сердечником. По сравнению с измерительным преобразователем на полупроводниковой основе электрический сигнал измерения этой катушки с воздушным сердечником не зависит от долговременного и температурного дрейфа и к тому же является экономичным.In a particularly preferred embodiment, the induction probe may be configured as an air core coil. Compared with a semiconductor-based transmitter, the electrical measurement signal of this air-core coil is independent of long-term and temperature drift and is also economical.

Чтобы влияние сети на компенсационную обмотку поддерживать на возможно более низком уровне, может быть благоприятным, если в путь тока к устройству управления током включен запирающий контур (например, реактивный двухполюсник). Тем самым нагрузка напряжения управляемого источника тока, которая вводится в компенсационный ток в компенсационную обмотку, может поддерживаться незначительной. Для этого пригодна двухполюсная схема, например, образованная из L-С-параллельной схемы, которая блокирует сетевую частоту, однако по отношению к компенсационному постоянному току не представляет практически никакого сопротивления.In order to keep the influence of the network on the compensation winding as low as possible, it can be favorable if a locking circuit (for example, reactive two-terminal device) is included in the current path to the current control device. Thus, the voltage load of the controlled current source, which is introduced into the compensation current in the compensation winding, can be kept negligible. A bipolar circuit is suitable for this, for example, formed from an L-C-parallel circuit, which blocks the mains frequency, however, with respect to the compensation direct current, it practically does not present any resistance.

Благоприятное пространственное расположение детектора магнитного поля осуществляется проще всего путем экспериментального или числового моделирования. В частности, благоприятным является место измерений, в котором магнитные поля, обусловленные первичными и вторичными токами нагрузки, в значительной мере компенсируются. Предпочтительным является расположение, при котором катушка с воздушным сердечником размещена в зазоре, образованном внешней окружной поверхностью стержня сердечника трансформатора и концентрически окружающей компенсационной обмотки или вторичной обмотки, примерно на средней высоте стержня сердечника.The favorable spatial arrangement of the magnetic field detector is carried out most simply by experimental or numerical simulation. In particular, the measurement site is favorable in which the magnetic fields caused by the primary and secondary load currents are largely compensated. Preferred is the arrangement in which the air-core coil is placed in the gap formed by the outer circumferential surface of the transformer core and the concentrically surrounding compensation winding or secondary winding, at approximately the average height of the core core.

Предпочтительным местом расположения компенсационной обмотки в случае трехстержневого трансформатора является ярмо, а в случае пятистержневого трансформатора - стержень, замыкающий обратный поток; тем самым существующий трансформатор может быть простым способом модернизирован с помощью компенсационной обмотки.The preferred location of the compensation winding in the case of a three-rod transformer is yoke, and in the case of a five-rod transformer, a rod that closes the return flow; Thus, the existing transformer can be easily upgraded using a compensation winding.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Для дальнейшего пояснения изобретения в последующей части описания ссылки даются на чертежи, из которых следуют другие предпочтительные варианты выполнения, особенности и усовершенствования изобретения и на которых показано следующее:For further explanation of the invention, in the subsequent part of the description, references are made to the drawings, from which other preferred embodiments, features and improvements of the invention follow, and which show the following:

фиг.1 - соответствующий изобретению трансформатор трехфазного тока (трехстержневой трансформатор) с компенсацией постоянного потока, в котором компенсационная обмотка размещена на основных стержнях;figure 1 - corresponding to the invention, a three-phase current transformer (three-rod transformer) with constant current compensation, in which the compensation winding is placed on the main rods;

фиг.2 - соответствующий изобретению трансформатор трехфазного тока (трехстержневой трансформатор) с компенсацией постоянного потока, в котором компенсационная обмотка размещена на ярме;figure 2 - corresponding to the invention, a three-phase current transformer (three-rod transformer) with constant current compensation, in which the compensation winding is placed on the yoke;

фиг.3 - соответствующий изобретению трансформатор трехфазного тока с компенсацией постоянного потока, в котором компенсационная обмотка размещена на ярме, замыкающем обратный поток;figure 3 - corresponding to the invention, a three-phase current transformer with constant current compensation, in which the compensation winding is placed on a yoke that closes the return flow;

фиг.4 - соответствующий изобретению трансформатор трехфазного тока (пятистержневой трансформатор) с компенсацией постоянного потока, в котором компенсационная обмотка размещена на основных стержнях;figure 4 - corresponding to the invention, a three-phase current transformer (five-core transformer) with constant current compensation, in which the compensation winding is placed on the main rods;

фиг.5 - блок-схема соответствующей изобретению обработки сигнала для отработки отклонения (компенсации) компоненты постоянного потока;5 is a block diagram of a signal processing according to the invention for practicing deviation (compensation) of a constant flow component;

фиг.6 - блок-схема способа измерения для измерения составляющей постоянного потока на мощном трансформаторе на 4 МВА, причем применяется обработка сигнала по фиг.5;6 is a flowchart of a measurement method for measuring a constant flow component on a 4 MVA high-power transformer, wherein the signal processing of FIG. 5 is applied;

фиг.7 - диаграмма, которая в качестве результата способа измерения согласно фиг.6 показывает линейное соотношение между DC-составляющей и второй гармоникой при первичном напряжении 6 кВ;Fig. 7 is a diagram which, as a result of the measurement method according to Fig. 6, shows a linear relationship between the DC component and the second harmonic at a primary voltage of 6 kV;

фиг.8 - диаграмма, которая в качестве результата способа измерения согласно фиг.6 показывает линейное соотношение между DC-составляющей и второй гармоникой при первичном напряжении 30 кВ.Fig. 8 is a diagram which, as a result of the measurement method according to Fig. 6, shows a linear relationship between the DC component and the second harmonic at a primary voltage of 30 kV.

Выполнение изобретенияThe implementation of the invention

На фиг.1 показан электрический трансформатор 20 с корпусом 7, который имеет трансформаторный сердечник 4. Конструктивная форма сердечника 4 соответствует известной трехстержневой конструктивной форме с тремя стержнями 21, 22, 23 и поперечно расположенным ярмом 32. На каждом из стержней 21, 22, 23 находится, как обычно, первичная обмотка 1 и вторичная обмотка 2.Figure 1 shows an electric transformer 20 with a housing 7, which has a transformer core 4. The structural form of the core 4 corresponds to the known three-rod structural form with three rods 21, 22, 23 and a transverse yoke 32. On each of the rods 21, 22, 23 located, as usual, the primary winding 1 and the secondary winding 2.

Согласно изобретению дополнительно на внешних стержнях 21 и 23 предусмотрена компенсационная обмотка 3. На фиг.1 в области первого стержня 21 стрелкой 5 обозначен магнитный «постоянный поток». Для этого магнитного «постоянного потока» 5 принято, что он вызывается составляющей постоянного тока (DC-составляющей), которая протекает с первичной стороны или вторичной стороны. «Постоянный поток» может также вводиться магнитным полем Земли. Под «постоянным потоком» или «постоянным током» здесь будет пониматься физическая величина, которая во времени, по сравнению с переменными величинами частоты 50 Гц, колеблется лишь очень медленно, если это вообще имеет место. Этот магнитный постоянный поток, который накладывается на переменный поток в стержне 21, обуславливает предварительное намагничивание, которое вызывает асимметричное регулирование магнитного материала и, тем самым, повышенную эмиссию шумов. Для соответствующей изобретению компенсации этой составляющей постоянного потока на фиг.1 предусмотрены два управляемых источника тока 12 и 13. Эти источники тока 12 и 13 вводят соответственно, в смысле отработки отклонения (компенсации), в соответствующую компенсационную обмотку 3 компенсационный ток 16 или 17, величина и направление которого выбраны таким образом, что магнитный постоянный поток 5 в сердечнике 4 компенсируется. (На фиг.1 это показано стрелкой 6, равной по высоте стрелке 5 и направленной противоположно ей.) Эта компенсация осуществляется посредством управляющих сигналов 14, 15, которые в качестве параметров регулирования подаются на источники тока 12 и 13 по проводникам 9, 10.According to the invention, a compensation winding 3 is additionally provided on the outer rods 21 and 23. In FIG. 1, in the region of the first rod 21, the arrow 5 denotes the magnetic “constant flow”. For this magnetic "constant flow" 5, it is accepted that it is caused by a DC component (DC component), which flows from the primary side or secondary side. A “constant flux” can also be introduced by the Earth’s magnetic field. By “constant current” or “direct current” here we will mean a physical quantity, which in time, in comparison with variable frequency values of 50 Hz, fluctuates only very slowly, if at all. This magnetic constant flux, which is superimposed on the alternating flux in the rod 21, causes the pre-magnetization, which causes an asymmetric regulation of the magnetic material and, thereby, increased emission of noise. For the compensation of this component of the direct flow corresponding to the invention, in FIG. 1, two controlled current sources 12 and 13 are provided. These current sources 12 and 13 are introduced, respectively, in the sense of deviation (compensation), into the corresponding compensation winding 3, the compensation current 16 or 17, the value and the direction of which is chosen so that the magnetic constant flux 5 in the core 4 is compensated. (In Fig. 1, this is shown by arrow 6, equal in height to arrow 5 and directed opposite to it.) This compensation is carried out by means of control signals 14, 15, which, as regulation parameters, are supplied to current sources 12 and 13 via conductors 9, 10.

Управляющие величины 14, 15 предоставляет блок 11 обработки сигналов, который описан ниже более подробно. Как показано на фиг.1, между компенсационной обмоткой 3 и внешним стержнем 21 или 23 сердечника 4, соответственно, примерно посредине размещен детектор 8 магнитного поля. Каждый из этих детекторов 8 магнитного поля находится вне магнитного контура и измеряет поле рассеяния трансформатора 20. В поле рассеяния проявляется особенно заметно та полуволна тока намагничивания, которая управляется в насыщении, так что составляющая постоянного потока в сердечнике хорошо определяется. Сигнал измерения детекторов 8 посредством проводников 9, 10 подается на блок 11 обработки сигналов.The control values 14, 15 are provided by the signal processing unit 11, which is described in more detail below. As shown in figure 1, between the compensation winding 3 and the outer rod 21 or 23 of the core 4, respectively, approximately in the middle of the placed detector 8 of the magnetic field. Each of these magnetic field detectors 8 is located outside the magnetic circuit and measures the scattering field of the transformer 20. The half-wave of the magnetizing current, which is controlled in saturation, is particularly noticeable in the scattering field, so that the constant flux component in the core is well defined. The measurement signal of the detectors 8 by means of conductors 9, 10 is supplied to the signal processing unit 11.

В представленном примере оба детектора 8 магнитного поля состоят соответственно из измерительной катушки (несколько сотен витков, диаметр примерно 25 мм). Уже два детектора 8 могут, как показано в представленном примере трехстержневого трансформатора, быть достаточными, так как сумма составляющих постоянного потока по всем стержням должна давать нуль.In the presented example, both magnetic field detectors 8 consist respectively of a measuring coil (several hundred turns, diameter about 25 mm). Already two detectors 8 can, as shown in the presented example of a three-rod transformer, be sufficient, since the sum of the components of the constant flow over all the rods should give zero.

Как уже упомянуто выше, для измерения магнитного поля могут применяться в принципе множество сенсорных принципов. Решающим является только то, что измеряется параметр магнитного поля трансформатора, из которого DC-составляющая или составляющая постоянного потока может определяться сигнально-техническими средствами и затем компенсироваться.As already mentioned above, in principle, many sensory principles can be applied to measure the magnetic field. What is decisive is that the magnetic field parameter of the transformer is measured, from which the DC component or component of the constant flow can be determined by signal-technical means and then compensated.

Фиг.2 отличается от фиг.1 только тем, что здесь компенсационная обмотка 3 размещена не на основном стержне 21, 22, 23, а на ярме 32 сердечника 4. На каждом основном стержне 21, 22, 23 вновь в зазоре между сердечником 4 и вторичной обмоткой 2 размещен детектор 8 магнитного поля (здесь по причинам резервирования всего три).Figure 2 differs from Figure 1 only in that here the compensation winding 3 is placed not on the main shaft 21, 22, 23, but on the yoke 32 of the core 4. On each main shaft 21, 22, 23 again in the gap between the core 4 and the secondary winding 2 is a magnetic field detector 8 (here, for reservation reasons, only three).

Фиг.3 показывает пятистержневой трансформатор, в котором на каждом стержне 31, замыкающем обратный поток, размещена соответствующая компенсационная обмотка 3. В этой структуре поток сердечника при входе в ярмо не разделяется пополам на две стороны; на основе закона непрерывности текущая назад из стержня 31, замыкающего обратный поток, составляющая постоянного потока должна соответствовать постоянному потоку в основных стержнях 21, 22, 23, так что каждый стержень 31, замыкающий обратный поток, проводит 1,5-кратную составляющую постоянного потока. Каждому стержню 21, 22, 23 вновь соответствует расположенный вне сердечника 4 детектор 8 магнитного поля. Каждый измеренный сигнал этих трех детекторов 8 магнитного поля вновь подается на блок 11 обработки сигналов, который на выходе обеспечивает управляющие величины 14, 15 для управляемых источников тока 12 и 13, так что компенсационный ток 16 или 17 составляющей постоянного потока может компенсироваться в стержнях 31, замыкающих обратный поток.Figure 3 shows a five-core transformer in which a corresponding compensation winding 3 is placed on each terminal 31 closing the return flow. In this structure, the core stream at the entrance to the yoke is not bisected in two; based on the law of continuity, the backward flow component from the rod 31 that closes the return flow must correspond to a constant flow in the main rods 21, 22, 23, so that each rod 31 that closes the return flow conducts a 1.5-fold constant flow component. Each rod 21, 22, 23 again corresponds to a magnetic field detector 8 located outside the core 4. Each measured signal of these three magnetic field detectors 8 is again supplied to the signal processing unit 11, which at the output provides control values 14, 15 for controlled current sources 12 and 13, so that the compensation current 16 or 17 of the constant current component can be compensated in the terminals 31, trailing return flow.

На фиг.4 показан вариант примера выполнения согласно фиг.3. Здесь компенсационные обмотки 3 находятся на основных стержнях 21, 22, 23. Каждой из этих компенсационных обмоток 3 вновь соответствует одно из устройств управления током. Задание компенсационного тока осуществляется, как представлено выше, посредством блока 11 обработки сигналов.FIG. 4 shows an embodiment of the embodiment of FIG. 3. Here, the compensation windings 3 are located on the main rods 21, 22, 23. Each of these compensation windings 3 again corresponds to one of the current control devices. The compensation current is set, as described above, by the signal processing unit 11.

На фиг.5 показано схематичное представление в виде блок-схемы возможной формы выполнения блока 11 обработки сигналов, который действует как DC-компенсационный регулятор. Как уже представлено выше, блок 11 обработки сигналов определяет из спектра гармоник вторую гармонику, которая является прямым отображением составляющей постоянного потока (DC-компоненты).FIG. 5 shows a schematic block diagram of a possible embodiment of a signal processing unit 11, which acts as a DC compensation regulator. As already described above, the signal processing unit 11 determines the second harmonic from the harmonic spectrum, which is a direct display of the constant flux component (DC components).

Далее более подробно поясняются представленные функциональные блоки: сенсорная катушка 8 определяет поток рассеяния трансформатора 20. Измеренный сигнал сенсорной катушки 8 подается на дифференциальный усилитель 19. Следуя по показанному сигнальному пути, выходной сигнал дифференциального усилителя 19 подается на режекторный фильтр 24, который отфильтровывает основное колебание (компоненту на частоте 50 Гц). Через фильтр 25 нижних частот и полосовой фильтр 26 измеренный сигнал поступает на интегратор 27. За счет интегрирования возникает сигнал напряжения, пропорциональный магнитному изменению потока в измерительной катушке 8, который подается на высокоизбирательный полосовой фильтр 26, чтобы отфильтровать вторую гармонику, которая отображает составляющую постоянного потока. Этот сигнал напряжения попадает после схемы 28 выборки и хранения и фильтра 25 нижних частот по проводнику 16 на управляемый источник 12 тока с встроенным регулирующим устройством. Этот источник 12 тока с регулирующим устройством в замкнутом токовом контуре 33 связан с компенсационной обмоткой 3. Он выдает в компенсационную обмотку 3 постоянный ток, который действует противоположно составляющей постоянного потока в сердечнике 4. Так как направление подлежащей компенсации DC-составляющей априорно не известно, используется биполярный регулятор тока, в представленном эксперименте с IGBT-транзисторами в полном мосте. Интегратор 27 обуславливает по отношению ко второй гармонике запаздывание по фазе на 99 градусов. Реактивный двухполюсник 18, состоящий из параллельного колебательного контура, блокирует обратное воздействие на сеть составляющих сетевой частоты.The following functional blocks are explained in more detail: the sensor coil 8 determines the scattering flux of the transformer 20. The measured signal of the sensor coil 8 is supplied to the differential amplifier 19. Following the shown signal path, the output signal of the differential amplifier 19 is supplied to the notch filter 24, which filters out the main oscillation ( component at a frequency of 50 Hz). Through the low-pass filter 25 and the band-pass filter 26, the measured signal is supplied to the integrator 27. Due to the integration, a voltage signal is proportional to the magnetic change in the flux in the measuring coil 8, which is supplied to the highly selective band-pass filter 26 to filter out the second harmonic, which displays the component of the constant flow . This voltage signal gets after the circuit 28 of the selection and storage and the low-pass filter 25 through the conductor 16 to a controlled current source 12 with an integrated control device. This current source 12 with a control device in a closed current loop 33 is connected to the compensation winding 3. It supplies a constant current to the compensation winding 3, which acts opposite to the constant current component in the core 4. Since the direction of the compensated DC component is not known a priori, it is used bipolar current regulator, in the presented experiment with IGBT transistors in a full bridge. The integrator 27 causes a 99 degree phase delay with respect to the second harmonic. Reactive bipolar 18, consisting of a parallel oscillatory circuit, blocks the inverse effect on the network of network frequency components.

На фиг.5 еще можно видеть вспомогательную обмотку 29, сигнал которой через фильтр и выпрямитель подается на схему 28 выборки и хранения. Она служит в показанной схеме для формирования сигналов выборок, так что возможна зависимая от фазы выборка второй гармоники измеренного сигнала. Здесь следует отметить, что эта схема выборки и хранения служит только для зависимой от фазы выборки измеренного сигнала, обеспеченного индукционным зондом 8 (вторая гармоника на частоте 100 Гц).In Fig. 5, you can still see the auxiliary winding 29, the signal of which is supplied through the filter and rectifier to the sampling and storage circuit 28. It serves in the circuit shown for generating sample signals, so that a phase-dependent sampling of the second harmonic of the measured signal is possible. It should be noted here that this sampling and storage scheme only serves for a phase-dependent measured signal provided by an induction probe 8 (second harmonic at a frequency of 100 Hz).

Показанное на фиг.5 формирование сигнала показывает только для примера возможный способ измерения второй гармоники. Специалисту в данной области техники предоставлен в распоряжение для этого ряд аналоговых и цифровых функциональных компонентов. Так управляющие величины 14, 15 тока также могут быть получены, например, посредством подходящего цифрового способа вычисления в микрокомпьютере или свободно программируемом логическом компоненте (FPGA), который из Фурье-преобразования определяет вторую гармонику.The signal generation shown in FIG. 5 shows, by way of example only, a possible method for measuring the second harmonic. A person skilled in the art is provided with a number of analog and digital functional components. Thus, the current control values 14, 15 can also be obtained, for example, by means of a suitable digital calculation method in a microcomputer or in a freely programmable logic component (FPGA), which determines the second harmonic from the Fourier transform.

На фиг.6 показано экспериментальное устройство, в котором представленный на фиг.5 и поясненный выше блок 11 обработки сигналов применялся в мощном трансформаторе на 4 МВА для того, чтобы определить с помощью техники измерений взаимосвязь между составляющей постоянного потока и первой высшей гармоникой (второй гармоникой) при реальных условиях. Мощный трансформатор на 4 МВА находился в этом эксперименте в режиме холостого хода при первичном напряжении от 6 кВ до 30 кВ. В нулевых точках (нейтралях) первичной или вторичной обмоток (фиг.6) вводилась посредством источника тока DC-составляющая в пределах от 0,2 и 2 А. В качестве детектора 8 магнитного поля служила сенсорная катушка с 200 витками, которая была размещена вне сердечника трансформатора и определяла поток рассеяния.FIG. 6 shows an experimental device in which the signal processing unit 11 shown in FIG. 5 and explained above was used in a powerful 4 MVA transformer in order to determine, using measurement techniques, the relationship between the constant flux component and the first highest harmonic (second harmonic ) under real conditions. A powerful 4 MVA transformer was in this experiment in idle mode with a primary voltage of 6 kV to 30 kV. At the zero points (neutrals) of the primary or secondary windings (Fig. 6), a DC component in the range of 0.2 and 2 A was introduced by means of a current source. A detector coil with 200 turns, which was placed outside the core, served as a magnetic field detector 8. transformer and determined the scattering flux.

На фиг.7 и фиг.8 на диаграмме зарегистрирован результат измерения экспериментального устройства согласно фиг.6. На диаграммах на фиг.7 и 8 вводимая в нулевую точку составляющая постоянного потока (IDC) нанесена по оси ординат; а по оси абсцисс нанесено эффективное значение первой высшей гармоники (U100 Гц). Диаграмма на фиг.7 показывает зависимость при первичном напряжении 6 кВ, а диаграмма на фиг.8 - при первичном напряжении 30 кВ эффективном. Обе диаграммы на фиг.7 и 8 показывают, что зависимость между составляющей постоянного потока (IDC) и вводимым за счет этого искажением (вторая гармоника U100 Гц) может рассматриваться с достаточной точностью как линейная.In Fig.7 and Fig.8 in the diagram recorded the measurement result of the experimental device according to Fig.6. In the diagrams in FIGS. 7 and 8, the constant flow component (IDC) introduced at the zero point is plotted along the ordinate; and the abscissa shows the effective value of the first higher harmonic (U100 Hz). The diagram in Fig. 7 shows the dependence at a primary voltage of 6 kV, and the diagram in Fig. 8 shows a dependence at a primary voltage of 30 kV. Both diagrams in FIGS. 7 and 8 show that the relationship between the constant flow component (IDC) and the resulting distortion (second harmonic of U100 Hz) can be considered linear with sufficient accuracy.

В результате это означает, что определенная из измерения магнитного поля мощного трансформатора величина очень хорошо подходит для того, чтобы сформировать управляющую величину, которая используется для того, чтобы составляющую постоянного потока - без ущерба для ее причины, то есть, когда в ней принимает участие и магнитное поле Земли, - определять и компенсировать средствами измерительной техники, так что промышленные шумы и нагревание трансформатора могут поддерживаться на низком уровне.As a result, this means that the value determined from the measurement of the magnetic field of a powerful transformer is very well suited to form a control quantity that is used to ensure that the component of the constant flow is without prejudice to its cause, that is, when it is involved and Earth’s magnetic field - to determine and compensate by means of measuring equipment, so that industrial noise and heating of the transformer can be kept low.

Перечень применяемых ссылочных позицийList of applicable reference positions

1 первичная обмотка1 primary winding

2 вторичная обмотка2 secondary winding

3 компенсационная обмотка3 compensation winding

4 магнитомягкий сердечник4 soft core

5 магнитный постоянный поток5 magnetic constant flux

6 магнитный компенсационный поток6 magnetic flow compensation

7 корпус трансформатора7 transformer housing

8 детектор магнитного поля8 magnetic field detector

9 измерительный проводник, сигнал9 measuring conductor, signal

10 измерительный проводник, сигнал10 measuring conductor, signal

11 блок обработки сигналов11 signal processing unit

12 устройство управления тока12 current control device

13 устройство управления тока13 current control device

14 управляющий сигнал14 control signal

15 управляющий сигнал15 control signal

16 компенсационный ток16 compensation current

17 компенсационный ток17 compensation current

18 реактивный двухполюсник18 reactive bipolar

19 дифференциальный усилитель19 differential amplifier

20 трансформатор20 transformer

21 первый стержень трансформатора21 first transformer rod

22 второй стержень трансформатора22 second transformer rod

23 третий стержень трансформатора23 third terminal of the transformer

24 режекторный фильтр24 notch filter

25 фильтр нижних частот25 low pass filter

26 полосовой фильтр26 bandpass filter

27 интегратор27 integrator

28 схема выборки и хранения28 sampling and storage scheme

29 вспомогательная обмотка29 auxiliary winding

30 устройство измерения магнитного поля30 magnetic field measuring device

31 стержень, замыкающий обратный поток31 rod, closing the return flow

32 ярмо32 yoke

33 путь тока.33 current path.

Claims (9)

1. Электрический трансформатор с компенсацией постоянного потока, характеризующийся следующими признаками:
a) трансформатор (20) имеет магнитомягкий сердечник (4) на котором дополнительно к первичной и вторичной обмотке (1, 2) размещена компенсационная обмотка (3),
b) устройство (30) измерения магнитного поля измеряет рассеянное магнитное поле, которое замыкается вне сердечника (4) через воздушный зазор, и предоставляет управляющий сигнал (14, 15), при этом устройство (30) имеет блок (11) обработки сигналов, который соединен сигнальными проводниками с, по меньшей мере, двумя детекторами (8) магнитного поля, каждый из которых выполнен как индукционный зонд,
c) управляющий сигнал (14, 15) подается на устройство (12, 13) управления тока,
d) устройство (12, 13) управления тока через путь (33) тока, который содержит реактивный двухполюсник (18), соединен с компенсационной обмоткой (3) и вводит в нее согласно управляющему сигналу (14, 15) компенсационный ток (16, 17) таким образом, что его действие в сердечнике (4) направлено противоположно магнитному постоянному потоку (5).
1. An electric transformer with constant flow compensation, characterized by the following features:
a) the transformer (20) has a soft magnetic core (4) on which, in addition to the primary and secondary windings (1, 2), a compensation winding (3) is placed,
b) the magnetic field measuring device (30) measures the scattered magnetic field, which closes outside the core (4) through the air gap, and provides a control signal (14, 15), while the device (30) has a signal processing unit (11) that connected by signal conductors to at least two magnetic field detectors (8), each of which is designed as an induction probe,
c) a control signal (14, 15) is supplied to the current control device (12, 13),
d) a current control device (12, 13) through a current path (33) that contains a reactive two-terminal device (18) is connected to the compensation winding (3) and injects a compensation current (16, 17) into it according to the control signal (14, 15) ) so that its action in the core (4) is directed opposite to the constant magnetic flux (5).
2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что блок (11) обработки сигналов выполнен таким образом, чтобы из соответствующего сигнала измерения, предоставленного детектором (8) магнитного поля, определять высшие гармоники, чтобы из них определять управляющий сигнал (14, 15) для компенсации постоянного потока (5).2. The transformer according to claim 1, characterized in that the signal processing unit (11) is made in such a way that higher harmonics are determined from the corresponding measurement signal provided by the magnetic field detector (8), so that a control signal is determined from them (14, 15 ) to compensate for the constant flow (5). 3. Трансформатор по п.2, отличающийся тем, что управляющий сигнал (14, 15) образован из первой высшей гармоники (второй гармоники).3. The transformer according to claim 2, characterized in that the control signal (14, 15) is formed from the first higher harmonic (second harmonic). 4. Трансформатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что каждый из, по меньшей мере, двух детекторов (8) магнитного поля размещен вне сердечника (4), чтобы определять поток рассеяния трансформатора (20).4. A transformer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each of at least two magnetic field detectors (8) is located outside the core (4) to determine the scattering flux of the transformer (20). 5. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что каждый индукционный зонд (8) представляет собой катушку с воздушным сердечником.5. A transformer according to claim 1, characterized in that each induction probe (8) is an air core coil. 6. Трансформатор по п.5, отличающийся тем, что реактивный двухполюсник (18) содержит параллельный колебательный контур.6. The transformer according to claim 5, characterized in that the reactive bipolar (18) contains a parallel oscillatory circuit. 7. Трансформатор по п.5, отличающийся тем, что сердечник (4) имеет три стержня (21, 22, 23), из которых, по меньшей мере, два стержня (21, 23) снабжены компенсационной обмоткой (3), и каждая катушка (8) с воздушным сердечником размещена в зазоре, образованном внешней окружной поверхностью и окружающей компенсационной обмоткой (3) или обмоткой (2) примерно на средней высоте стержня.7. The transformer according to claim 5, characterized in that the core (4) has three rods (21, 22, 23), of which at least two rods (21, 23) are equipped with a compensation winding (3), and each a coil (8) with an air core is placed in the gap formed by the outer circumferential surface and the surrounding compensation winding (3) or winding (2) at approximately the average height of the rod. 8. Трансформатор по п.5, отличающийся тем, что сердечник (4) имеет три стержня (21, 22, 23) и два стержня (31), замыкающих обратный поток, на которых соответственно размещена компенсационная обмотка (3).8. The transformer according to claim 5, characterized in that the core (4) has three rods (21, 22, 23) and two rods (31) that close the return flow, on which a compensation winding (3) is respectively placed. 9. Трансформатор по п.5, отличающийся тем, что компенсационная обмотка (3) размещена на ярме (32) трансформатора. 9. The transformer according to claim 5, characterized in that the compensation winding (3) is placed on the yoke (32) of the transformer.
RU2009149626/07A 2007-06-12 2007-06-12 Electric transformer with constant flow compensation RU2453010C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009149626/07A RU2453010C2 (en) 2007-06-12 2007-06-12 Electric transformer with constant flow compensation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009149626/07A RU2453010C2 (en) 2007-06-12 2007-06-12 Electric transformer with constant flow compensation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009149626A RU2009149626A (en) 2011-07-20
RU2453010C2 true RU2453010C2 (en) 2012-06-10

Family

ID=44752023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009149626/07A RU2453010C2 (en) 2007-06-12 2007-06-12 Electric transformer with constant flow compensation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453010C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2522999C1 (en) * 2013-01-22 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Ярославская государственная сельскохозяйственная академия Three-rod single-phase magnetic amplifier with protection against alternate voltage in control circuit
RU2744721C1 (en) * 2020-10-08 2021-03-15 Илья Николаевич Джус Triple transformer group (options)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2013000A (en) * 1978-01-20 1979-08-01 Hitachi Ltd Dc D.C. magnetic field cancellation circuit
US4346340A (en) * 1980-04-30 1982-08-24 Hackett Jones Francis C Method and means for controlling the flux density in the core of an inductor
RU2343623C1 (en) * 2007-12-11 2009-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "АТС-КОНВЕРС" Bridge voltage inverter with transformer protection against unilateral saturation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2013000A (en) * 1978-01-20 1979-08-01 Hitachi Ltd Dc D.C. magnetic field cancellation circuit
US4346340A (en) * 1980-04-30 1982-08-24 Hackett Jones Francis C Method and means for controlling the flux density in the core of an inductor
RU2343623C1 (en) * 2007-12-11 2009-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "АТС-КОНВЕРС" Bridge voltage inverter with transformer protection against unilateral saturation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство, пер. с англ. - М.: Мир, 1985, с.148-149, рис.15. 13 а,б). *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2522999C1 (en) * 2013-01-22 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Ярославская государственная сельскохозяйственная академия Three-rod single-phase magnetic amplifier with protection against alternate voltage in control circuit
RU2744721C1 (en) * 2020-10-08 2021-03-15 Илья Николаевич Джус Triple transformer group (options)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009149626A (en) 2011-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101433212B1 (en) Method and apparatus for detecting a magnetic characteristic variable in a core
US20100194373A1 (en) Electrical Transformer with Unidirectional Flux Compensation
Abeywickrama et al. Effect of core magnetization on frequency response analysis (FRA) of power transformers
Kornatowski et al. Diagnostics of a transformer's active part with complementary FRA and VM measurements
JP2017194290A (en) Dc-biased magnetization detection method for transformer core, and dc-biased magnetization detection system for transformer core
CN109946497B (en) Current sensor device and contactless current measuring method
Vukosavić et al. High-precision sensing of DC bias in AC grids
Bhowmick et al. Online detection of an interturn winding fault in single-phase distribution transformers using a terminal measurement-based modeling technique
Krings et al. Experimental characterization of magnetic materials for electrical machine applications
US20140035595A1 (en) On-line monitoring system for use with electrical assets and method of operating the same
RU2453010C2 (en) Electric transformer with constant flow compensation
Baguley et al. A new technique for measuring ferrite core loss under DC bias conditions
CN103943340B (en) Power transformer with unidirectional flux compensation
KR101192830B1 (en) Current transformer and electric energy meter
Sato et al. Study on an accurate iron loss calculation method considering the non-uniformity of the magnetic flux density
Jiao et al. Remanent flux detection method for a protection current transformer based on fluxgate theory
US11415619B2 (en) Digital modulation/demodulation with active monitoring for measurement of power factor and capacitance in high-voltage bushings, transformers, reactors, and other electrical equipment with high-voltage insulation
Hamidi A non-intrusive method for real-time estimation of core flux for single-phase transformers
Lopera-Mazo et al. Experimental magnetization curve of a transformer considering harmonic distortion
RU2298800C1 (en) Current sensor
Lavers et al. The effect of third harmonic flux on the core loss in a magnetic frequency multiplier
RU2105969C1 (en) Device for measuring of electrical conductance of liquid media
RU2075757C1 (en) Sensor of induced magnetic fields (variants)
RU186170U1 (en) MEASURING CAMERA FOR RESEARCH OF MAGNETIC PROPERTIES AND DETERMINATION OF ENERGY LOSS
Berglund Frequency dependence of transformer losses

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20150519

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20150724