RU2453010C2 - Electric transformer with constant flow compensation - Google Patents
Electric transformer with constant flow compensation Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 62
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 25
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 6
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 37
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 5
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Transformers For Measuring Instruments (AREA)
Abstract
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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).
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)
| 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)
| 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 |
-
2007
- 2007-06-12 RU RU2009149626/07A patent/RU2453010C2/en active
Patent Citations (3)
| 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)
| Title |
|---|
| Ленк Дж. Электронные схемы: Практическое руководство, пер. с англ. - М.: Мир, 1985, с.148-149, рис.15. 13 а,б). * |
Cited By (2)
| 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 |