具有单向通量补偿的电力变压器制造技术

具有单向通量补偿的电力变压器，其特征在于：ａ）该变压器（２０）具有软磁磁芯（４），在该软磁磁芯上除了初级和次级绕组装置（１，２）之外还设置有补偿绕组装置（３），该补偿绕组装置（３）与电流控制装置（１２，１３）相连接，该电流控制装置根据控制信号（１４，１５）而向该补偿绕组装置（３）中馈入补偿电流（１６，１７），使得该补偿电流在磁芯（４）中作用是抵消单向磁通（５），其中该控制信号由磁场测量装置（３０）根据与初级或次级绕组装置中的电流相关的磁通的测量来提供。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有单向通量补偿的电力变压器。
技术介绍
已知的是，在与变流器相结合进行工作的电力变压器中由于功率 半导体开关控制的不精确性而可能产生 一种电流分量，该电流分量与 该变压器的工作电流相叠加。关于电网而可以看作为直流的该电流分量在下文中也称为"直流分量"或"DC分量"。其大多仅为该变压器 额定电流的千分之几，但在变压器的磁芯中产生一个单向磁通，该单 向磁通与初级及次级交变通量相叠加，并导致铁磁磁芯材料的BH特征 曲线的不对称调整。微小的单向通量分量由于铁磁磁芯材料的高磁导 率已经能够引起磁芯的饱和，并导致磁化电流的极度失真。静止磁场 也可以导致磁芯内的单向通量分量。由于这种不对称调整而引起了磁 损耗提高并从而磁芯温度的提高，以及磁化电流峰值的提高，这造成 工作噪声辐射的提高。这种不期望的饱和效应基本上如此来抑制，即扩大磁回路的截面， 并从而使磁通密度B保持为较小，或者在磁回路中添加一个(替代) 气隙，如在DE 198 54 902 Al中所推荐。但第一方案导致变压器体积 的增加，第二方案导致磁化电流变大；这均是缺点。为了降低电力变压器的噪声辐射，在US 5 726 617以及在DE 699 01 596 T2中推荐了相应的执行器，该执行器如此来激励在变压器机壳 中的油，使得在变压器工作中由磁芯的铁片和变压器绕组所引起的流 体压力波被减弱。但这种执行器在工作中消耗不少的能量；另外其也 是易干扰和耗费的。
技术实现思路
本专利技术的任务是提供一种变压器，其中以尽可能简单的方式降低 了由磁芯中的单向磁通所引起的磁芯升温以及噪声辐射。该任务通过权利要求1所述的特征而得到解决。本专利技术的有利的 扩展在从属权利要求中进行定义。本专利技术所基于的想法是，不是克服预磁化的不期望的影响，而是消除其起因。本专利技术的变压器特征在于-该变压器具有一种软磁磁芯，在该软磁磁芯上除了初级和次级绕 组装置之外还设置有一个补偿绕组装置。-该补偿绕组装置与一个电流控制装置相连接，该电流控制装置根 据一个控制量在该补偿绕组装置中如此来馈入一个补偿电流，使得其 在磁芯中的效应抵消单向磁通，其中该控制量是由一个磁场控制装置 根据与初级或次级绕组装置中电流相关联的磁通的测量来提供。由此实现了以简单的方式在测量技术上来探测在变压器磁芯中的 单向磁通分量，并能够通过一个调节过程而被补偿。如果该单向通量 分量被消除，那么BH特征曲线的调整就是对称的。磁芯的铁磁材料就 不再被驱动至饱和。材料的磁致伸缩从而是较小的，因此工作噪声辐 射也降低。该变压器绕组具有较小的热承栽，因为在磁芯中的磁损耗 以及从而工作温度是较低的。根据本专利技术，根据一个磁场测量量来预给定补偿绕组中的补偿电 流，其中一个磁场测量装置提供该磁场测量量。为了确定该磁场测量 量，已知的磁场传感器是适合的，该磁场传感器或者测量在变压器磁 芯中的场，或者测量磁芯之外通过空气通路所围绕的杂散磁场。该传 感器的基本工作原理比如可以是测量线圏的感应、霍尔效应或磁阻效 应。该磁场测量量也可以通过采用一种磁力仪(磁通门或福斯特探测 器)来探测。与精确测量直流分量(尤其在大变压器情况下其远小于 额定电流，并从而难以探测)相比，用于探测磁场测量量的测量4支术 耗费是较小的。本专利技术的一种优选实施其特征可以是，该磁场测量装置由一种信 号处理单元构成，其中该信号处理单元与至少两个磁场探测器以导通 信号的方式相连接。在常规构造形式的三相变压器中，确定两个单向 通量分量就可能足够了，因为总通量必须为零。该信号处理单元有利地被设置用于根据由磁场探测器所提供的相 应一个测量信号来探测谐波，并由此形成控制信号。从而可以利用相 对微小的电路技术耗费来获得适合用于补偿单向通量分量的控制量。 可以电子或计算机辅助地进行谐波分析。在此尤其适合的是偶数谐波、尤其是第一谐波(2次谐波)，其幅 度与适合补偿的单向磁通有函数关系。尤其优选的是如下一种实施方案，其中两个磁场探测器在磁芯外 部如此来设置，使得其探测该变压器的杂散磁通。该杂散磁通在磁芯 磁饱和时非常大地增加，这对于求得控制信号是有利的。该磁场探测器可以简单地作为感应探测器来构造，其中该感应探 测器探测杂散磁通变化并变换为电测量信号，由该信号然后就可以过滤出偶数谐波、尤其2次谐波。在一个尤其优选的实施方案中，该感应探测器可以作为空芯线圈 来构造。与基于半导体的测量变换器相比该空芯线圈的电测量信号与 长时漂移和温度漂移无关，并且另外还是造价合理的。为了使电网对补偿线圈的影响保持为尽可能微小，如果在电流控 制装置的电流回路中连接一个陷波回路(比如电抗二端网络)，那么 这是合适的。由此向补偿线圈馈入补偿电流的受控电流源的电压负担 可以保持为微小。适合于此的比如是由比如一个LC并联电路所构成的 二端网络，该网络阻止电网频率，但对于该补偿直流完全不具有电阻。最简单地通过试验或数字现场模拟来进行磁场探测器的 合适的空 间布置。尤其合适的是以下的测量位置，即在该位置上由初级和次级 负栽电流所产生的磁场被尽可能地补偿。优选的是以下一种布置，其 中在变压器磁芯柱的外周面与同心围绕的补偿绕组或次级绕组所构成 的间隙中、比如在磁芯柱中间高度上设置一个空芯线圈。该补偿绕组的一种优选布置在三磁芯柱变压器的情况下可以是轭 铁，或者在五磁芯柱变压器的情况下可以是磁轭磁芯柱；从而补偿绕 组可以以简单的方式在已有的变压器上进行改进。附图说明为了进一步解释本专利技术，在下文中参照了附图，从中可以获得本 专利技术的其他有利的扩展、特征和改进。 其中图1示出了根据本专利技术的具有单向通量补偿的一种三相变压器(三 磁芯柱变压器)，其中该补偿绕組装置设置在主磁芯柱上；图2示出了根据本专利技术的具有单向通量补偿的一种三相变压器(三 磁芯柱变压器)，其中该补偿绕组装置设置在轭铁上；图3示出了根据本专利技术的具有单向通量补偿的一种三相变压器， 其中该补偿绕组装置设置在磁轭轭铁上；图4示出了根据本专利技术的具有单向通量补偿的一种三相变压器(五 磁芯柱变压器)，其中该补偿绕组装置设置在主磁芯柱上；图5示出了根据本专利技术的用于调整单向通量分量的信号处理电路 框图6示出了用于测量在4MVA功率变压器上的单向通量分量的测量 试验的电路框图，其中使用了图5的信号处理；图7示出了在初级电压为6kV的情况下作为图6的测量试验结果 的、在DC分量与2次谐波之间的线性关系图8示出了在初级电压为30kV的情况下作为图6的测量试验结果 的、在DC分量与2次谐波之间的线性关系图。具体实施例方式在图1中示出了具有机壳7的电力变压器20，该变压器具有变压 器磁芯4。该磁芯4的构造形式对应于已知的三磁芯柱构造形式，其具 有三个磁芯柱21、 22、 23和一个横向的轭铁32。在每个磁芯柱21、 22、 23上通常具有一个初级绕组1和一个次级绕组2。根据本专利技术，在外侧磁芯柱21和23上还设置有补偿绕组3。在图 l中，在第一磁芯柱21的区域中用箭头5来表示磁"单向通量"。对 于该磁"单向通量，，5，认为它由流过初级侧或次级侧的"直流分量，， (DC分量)而引起。但该"单向通量"也可能掺入地磁场。"单向通 量"或"直流，，在此应理解为一个物理量，该物理量与50Hz交变量相 比来看在时本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有单向通量补偿的电力变压器，其特征在于：　　　　（ａ）该变压器（２０）具有软磁磁芯（４），在该软磁磁芯上除了初级和次级绕组装置（１，２）之外还设置有补偿绕组装置（３），　　　　（ｂ）该补偿绕组装置（３）与电流控制装置（１２，１３）相连接，该电流控制装置根据控制信号（１４，１５）而向该补偿绕组装置（３）中馈入补偿电流（１６，１７），使得该补偿电流在磁芯（４）中作用是抵消单向磁通（５），其中该控制信号由磁场测量装置（３０）根据与初级或次级绕组装置中的电流相关的磁通的测量来提供。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：P哈姆伯格，A莱克莫泽，
申请(专利权)人：西门子变压器奥地利有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]