用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备，包括‑至少一个补偿绕组（K），所述补偿绕组（K）与变压器的铁心磁耦合，‑与补偿绕组（K）串联的至少一个开关单元（T1、T2），以便将电流馈入到补偿绕组中，和‑与补偿绕组（K）串联的至少一个限流电抗器。为了相比于已知的级联电路减少限流电抗器的数量，规定对于每个限流电抗器，两个开关单元(T1、T2)彼此并联，并且限流电抗器由两个绕组（W1、W2）组成，所述绕组(W1、W2)彼此可以要么串联要么并联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备和方法
本专利技术涉及用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备，包括：-至少一个补偿绕组，所述补偿绕组与变压器的铁心磁耦合，-至少一个开关单元，所述开关单元以电的方式在电流通路中与补偿绕组串联地布置，以便将电流馈入到补偿绕组中，所述电流的作用与单向通量分量相反（entgegengerichtet），和-至少一个限流电抗器，所述限流电抗器以电的方式在电流通路中与补偿绕组电串联地布置，以及涉及用于运行这样的设备的方法。
技术介绍
在如在能量分布网络中所使用的电变压器中，可能发生直流电流到初级绕组或者次级绕组中的不期望的馈入。这样的直流电流馈入（以下也被称作DC分量）例如可能由如目前在操控电驱动装置时或者也在无功功率补偿时所使用的电子结构组件引起。另一原因可能是所谓的“地磁感应电流（GeomagneticallyInducedCurrent）”（GIC）。DC分量在变压器的铁心中导致单向通量分量，所述单向通量分量叠加交变通量。这导致在铁心中磁性材料的非对称调制（Aussteuerung），并且带来一系列的缺点。几安培的直流电流已经可以引起变压器中的局部加热，这可能影响绕组绝缘的寿命。其它的不期望的效果是在变压器运行时的提高的噪声排放，因为现代的变压器铁心具有非常高的磁导率，因此小的直流电流已经足以将变压器铁心在交变电流的半周期中置于饱和。为了减小变压器的运行噪声，已知不同的主动和被动起作用的装置。按照WO2012/041368A1使用在补偿绕组中感应的电压，并且考虑用于补偿干扰性单向磁通量分量。在此，借助于电子开关单元产生补偿电流，其中开关单元的接通例如借助于相位控制遵循预先给定的开关策略。这里，晶闸管开关与限流电抗器串联，以便将补偿电流引入到补偿绕组中。由于所述的措施，变压器的绕组的热载荷以及损耗和噪声较小。在此，用于减小单向磁通量分量的设备能够利用比较简单的装置在使用分立的和/或可编程的模块的情况下被实现。对于补偿电流的产生不需要蓄能器，诸如电池或者电容器，用于产生补偿电流的能量直接地从补偿绕组中提取。由于其简单性，电路装置的可靠性是高的，并且良好地适合于在能量分布网络中变压器的低维护长时间运行。使用范围不仅包括在低压范围或者中压范围中的变压器，而且包括非常高的功率的变压器（功率变压器、HGÜ（高压直流输电）变压器）。通过使用所述设备既不不益地影响变压器的结构大小，也不不益地影响变压器的安全相关的装置或者其它的设计准则。如果限流电抗器被装入变压器的箱之内，以便使用其（油）冷却，那么在用于减小单向磁通量分量的设备情况下是有利的。但是，所述限流电抗器在变压器的箱之内需要位置。因为所谓的晶闸管电路（由构造为晶闸管的开关单元和限流电抗器组成）经常对于将需要的安匝（=需要的磁动势）引入到变压器中不足够，所以以已知的方式级联多个晶闸管电路，但是由此也需要多个限流电抗器，如这例如在图2中示出。在实践中，有时直至四个晶闸管电路必须被级联，这也意味着将四个限流电抗器装入到变压器的箱中。然而，多个限流电抗器导致在变压器的箱中的提高的位置需求。
技术实现思路
本专利技术的任务是，提供用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备，所述设备相比于已知的级联电路（分别由开关单元和限流电抗器组成）具有更小数量的限流电抗器。通过用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备解决所述任务。在用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备情况下规定：-对于每个限流电抗器，两个开关单元彼此并联，-限流电抗器由两个绕组组成，所述绕组彼此可以要么串联要么并联，其中-在并联情况下，第一绕组与第一开关单元串联，并且第二绕组与第二开关单元串联，-而在串联情况下，第一和第一绕组彼此串联，并且与第一开关单元串联。通过具有两个绕组的限流电抗器的构型（Gestaltung）可能的是，使绕组串联或者并联。因此，可以将限流电抗器从全电感（串联）转换到四分之一电感（并联）。可切换的解决方案的优点在于补偿电流中的谐波分量的可能的减小。需要的补偿电流可以通过切换开关单元（例如对晶闸管点火）来设定。如果在感应电压的过零点的时间点切换，那么出现最大的直流电流，然而所述最大的直流电流与直流电流幅度和电网频率的交变电流叠加。如果稍晚地切换开关单元，那么直流电流变得较小，然而也出现谐振交变电流。如果仅一个在零和最大电流的四分之一之间的直流电流必须作为补偿电流被引入，那么可以使用仅一个开关单元和具有全电感的限流电抗器。在要引入的补偿电流是最大直流电流的一半的情况下，在电压过零点切换并且不出现谐波。如果要引入的补偿电流处于最大直流电流的一半以上，那么使两个开关单元并联，其中在每个支路中使用具有四分之一的电感的限流电抗器。如果第一和第二绕组通过共同的磁环彼此磁耦合，那么这具有以下优点：在并联的开关单元的电阻中的可能的差别被均衡。因此避免到两个开关单元上的不相同的电流分配，并且因此避免开关单元的热过载。在两个支路中的电流的不相同的时间变化的情况下，在支路中感应电压，所述电压反作用于电流的不相同的时间变化。如果相同的电流在两个支路中流动，那么在磁环中不感应磁通量。限流电抗器的两个绕组和共同的磁环可以这样地被实施，使得第一和第二绕组分别围绕磁柱（Schenkel）缠绕，两个柱彼此平行地对准，并且在其端面处分别通过磁轭彼此连接。至少一个磁轭可以具有两个在其末端处分别彼此连接的轭柱（Jochschenkel），其中第一绕组的多个匝缠绕到一个轭柱上并且第二绕组的相同数量的匝以相反的方向缠绕到另一轭柱上。缠绕到轭柱上的匝是辅助匝或者附加匝，所述辅助匝或者附加匝实现环形铁心的作用方式。两个轭柱之间的缝隙可以由变压器的箱中的冷却剂流过，并且因此有利于冷却剂通过匝的流动。开关单元可以包含至少一个半导体开关、优选地晶闸管。使用晶闸管的优点在于：晶闸管可以利用电流脉冲被“点火”，也即可以被置于导通状态中。在电网电压的正半波期间，晶闸管直至下一个电流过零点为止具有二极管的特性。电流流动持续时间的结束由晶闸管自身引起，其方式是保持电流不被超过并且晶闸管自动地“清除（löscht）”，也即转入非导通状态。当然，其它的半导体开关、例如GTO、IGBT晶体管或者其它的开关元件也是可设想的。开关单元可以以有利的方式与控制单元连接，所述控制单元与用于检测单向磁通量分量的测量装置连接。用于检测单向磁通量分量的测量装置例如由WO2012/041368A1已知，所述测量装置在那里包括具有传感器线圈的磁分路部分。所述分路部分布置在变压器的铁心处、例如柱处或者邻近轭地布置，以便在旁路中引导磁通量的一部分。由所述在分路中引导的磁通量，能够借助于传感器线圈非常容易地获得长时间稳定的传感器信号，所述传感器信号必要时在信号处理后非常良好地映射单向通量分量（DC分量）。测量结果在很大程度上没有漂移并且是长时间稳定的。因为所述探测器基本上由分路部分和在其上布置的传感器线圈组成，所以所述探测器拥有高的可靠性。用于检测单向磁通量分量的测量装置的传感器信号被输送给控制装置。在此，开关单元例如利用调节参量控制，所述调节参量由在控制装置中存在的限时元件预先给定，其中所述限时元件由相位探测器触发，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备，包括‑至少一个补偿绕组（K），所述补偿绕组（K）与变压器的铁心磁耦合，‑至少一个开关单元（T、T1、T2），所述开关单元（T、T1、T2）以电的方式在电流通路中与补偿绕组（K）串联地布置，以便将电流馈入到补偿绕组中，所述电流的作用与单向通量分量相反，和‑至少一个限流电抗器（L、L/4），所述限流电抗器（L、L/4）以电的方式在电流通路中与补偿绕组（K）串联地布置，其特征在于,‑对于每个限流电抗器（L、L/4），两个开关单元(T1、T2)彼此并联，‑限流电抗器（L/4）由两个绕组（W1、W2）组成，所述绕组（W1、W2）彼此可以要么串联要么并联，其中‑在并联的情况下，第一绕组（W1）与第一开关单元（T1）串联，并且第二绕组（W2）与第二开关单元（T2）串联，‑而在串联的情况下，第一和第一绕组（W1、W2）彼此串联，并且与第一开关单元（T1）串联。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于减小在变压器的铁心中的单向磁通量分量的设备，包括-至少一个补偿绕组（K），所述补偿绕组（K）与变压器的铁心磁耦合，-至少一个开关单元（T、T1、T2），所述开关单元（T、T1、T2）以电的方式在电流通路中与补偿绕组（K）串联地布置，以便将电流馈入到补偿绕组中，所述电流的作用与单向磁通量分量相反，和-至少一个限流电抗器（L、L/4），所述限流电抗器（L、L/4）以电的方式在电流通路中与补偿绕组（K）串联地布置，其特征在于,-对于每个限流电抗器（L、L/4），两个开关单元(T1、T2)彼此并联，-限流电抗器（L/4）由两个绕组（W1、W2）组成，所述绕组（W1、W2）彼此可以要么串联要么并联，其中-在并联的情况下，第一绕组（W1）与第一开关单元（T1）串联，并且第二绕组（W2）与第二开关单元（T2）串联，-而在串联的情况下，第一和第二绕组（W1、W2）彼此串联，并且与第一开关单元（T1）串联。2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，第一和第二绕组（W1、W2）通过共同的磁环（R）彼此磁耦合。3.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，第一和第二绕组（W1、W2）分别围绕磁柱（S1、S2）缠绕，两个柱（S1、S2）彼此平行地对准，并且在其端面处分别通过磁轭（Jo、Ju）彼此连接。4.按照权利要求3所述的设备，其特征在于，至少一个磁轭（Jo、Ju）具有两个在其末端处分别彼此连接的轭柱，其中第一绕组（W1）的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P哈姆伯格，A雷克莫塞，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE