BR112012026073B1

BR112012026073B1 - método e aparelho para a detecção de um parâmetro magnético e suas aplicações

Info

Publication number: BR112012026073B1
Application number: BR112012026073A
Authority: BR
Inventors: Leikermoser Albert; Hamberger Peter
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich; Siemens Ag
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2019-10-22
Also published as: EP2558875B1; WO2011127969A1; CA2800551A1; EP2558875B8; RU2012143740A; US20130049751A1; EP2558875A1; CN102985838B; HRP20140422T1; UA104373C2; CA2800551C; RU2524056C2; KR20130021386A; KR101433212B1; MX2012011889A; AU2010350863B2; US8896306B2; CN102985838A; AU2010350863A1; BR112012026073A2

Abstract

método e aparelho para a detecção de uma variável característica e magnética em um núcleo. a presente invenção refere-se a um método para detecção de uma variável característica e magnética, em particular a força do campo magnético (h1) na seção (l1) de um núcleo (2) permeado por um fluxo magnético, no qual uma porção (18) do fluxo magnético é ramificada a partir do núcleo (2) e é guiada, pelo menos em seções, em uma parte magnética desviada (7), no qual o material magnético da parte desviada (7) não está saturado, e no qual a variável característica e magnética (h1) é determinada a partir da dita porção ramificada (18) do fluxo magnético ou de uma variável derivada da mesma usando-se um sensor e um dispositivo de avaliação (8, 10).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método e um aparelho para a detecção de um parâmetro magnético, em particular a força do campo magnético em uma seção de um núcleo permeado por um fluxo magnético.

Técnica Anterior [002] Nos transformadores elétricos do tipo usado em sistemas de distribuição de energia, em função do uso aumentado de componentes eletrônicos com energia tais como serem usados, por exemplo, em conjunto com acionadores elétricos ou equipamento de compensação de energia reativa, um componente de corrente pode ser produzido, o qual deve ser referido como DC em relação ao sistema. Embora esta corrente direta ou componente de DC geralmente represente apenas alguns milésimos da corrente classificada do transformador, ela produz no núcleo do transformador um fluxo magnético unidirecional o qual é superimposto ao fluxo alternante.

[003] As assim chamadas correntes geomagneticamente induzidas (GIC) também podem produzir um componente de fluxo unidirecional em um núcleo de transformador.

[004] Materiais modernos de núcleo possuem uma permeabilidade magnética muito alta e os núcleos são produzidos em processos de laminação do tipo step-lap. Como um resultado, os núcleos de transformador possuem uma permeabilidade muito alta e geralmente o material magnético de um núcleo de transformador é submetido a uma grande utilização, o que torna o transformador particularmente sensível aos campos constantes.

[005] Mesmo as ampere-voltas de DC moderadas podem causar tal assimetria de saturação na curva B-H, de tal modo que a densidade do fluxo em cada meio período se aproxima da densidade de satura

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2/16 ção do fluxo do material de núcleo. Como um resultado, a corrente de magnetização não é mais sinusoidal, e sim distorcida. A temperatura no núcleo e no rolamento elétrico aumenta. Durante a operação, uma geração aumentada de ruído ocorre, o que é particularmente desvantajoso caso um transformador deva ser instalado próximo a uma área residencial.

[006] Para reduzir o ruído operacional de um transformador, a DE 40 21 860 C 2 propõe uma medição de ruído no transformador. Dependendo do ruído do transformador, um gerador de DC injeta uma corrente de compensação em um enrolamento de compensação do transformador, de tal modo que o ruído operacional seja reduzido. No entanto, a medição de ruído é complexa e propensa a falhas.

[007] No caso de um transformador de energia, o componente de fluxo unidirecional também podería ser basicamente determinado pelos transformadores da corrente medindo-se a corrente que flui nos enrolamentos primários e enrolamentos secundários e filtrando-se a partir do sinal de medição aqueles componentes dos harmônicos regulares os quais estão correlacionados com o fluxo magnético unidirecional no núcleo. No entanto, a desvantagem disso é que os transformadores da corrente devem ser instalados em uma região com potencial de voltagem mais alto, o que é dispendioso em termos da grande demanda por isolamento.

[008] Outra possibilidade seria filtrar o componente de campo constante por meio da determinação do conteúdo espectral dos harmônicos regulares nos sinais da voltagem. No entanto, esta amplitude dos harmônicos regulares está apenas em uma região de milésimos da frequência de rede fundamental, o que torna o processamento dos dados de medição complexos.

[009] Além disso, as exigências particulares que são impostas em relação a tal sistema de medição, como um transformador de energia que é sempre projetado para uma vida útil bem longa com uma manutenção bem baixa. É evidente que um sistema de medição

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3/16 para a detecção de um componente de DC deveria ter o mínimo efeito no desenho tanto do núcleo magnético quanto do rolamento elétrico e de outros componentes estruturais e mecânicos.

[0010] O PCT/EP2007/055728 descreve um transformador com unidirecional compensação de fluxo, no qual com base em uma medição de campo magnético uma corrente de compensação é predefinida de tal modo que o componente direto (zero frequência) é reduzido. O campo magnético é medido por meio de uma bobina de sensor disposto sobre o núcleo de transformador. Embora a bobina seja confiável, em função da fraqueza do sinal do sensor, o processamento do sinal de medição exige componentes de hardware muito sofisticados para o condicionamento do sinal e também algoritmos de processamento do sinal altamente complexos.

[0011] No entanto, não existe atualmente nenhuma solução perfeita para a detecção de um componente direto em um núcleo.

Sumário da Invenção [0012] O objetivo da presente invenção é criar uma abordagem que permita que a saturação do núcleo assimétrico seja detectada do modo mais simples possível.

[0013] Este objetivo é obtido por um método e por um aparelho com as características da invenção. As modalidades vantajosas da invenção são definidas nas respectivas concretizações.

[0014] A invenção propõe um novo modo para detectar a variável física que causa a saturação assimétrica do material magnético. De acordo com a invenção, um dispositivo com sensor é usado, o qual opera como um tipo de desvio magnético: por meio de uma parte ferromagnética desviada, uma porção do fluxo magnético principal é ramificada no núcleo de transformador e abastecida a jusante novamente. A partir deste componente de fluxo ramificado que desvia o núcleo, a força do campo magnético na seção do núcleo desviada pela ramificação desviada é determinada diretamente, ou indiretamente a partir de uma variável física derivada da mesma. Esta detecção da força do

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4/16 campo magnético, depois disso também referida como excitação magnética, possui uma variedade de vantagens. Por outro lado, a complexidade de sinal para a determinação de um componente de campo constante em um núcleo magneticamente suave é reduzida, visto que no caso da saturação incipiente no núcleo de transformador, sabe-se que o componente de fluxo com vazamento aumenta. Isso significa que para cada meio período no qual o material magnético do núcleo (objetos medidos) na região desviada pela parte desviada (sensor) que entra em saturação em função da assimetria, o componente de fluxo que passa através da ramificação desviada aumenta em relação ao fluxo principal no objeto medido em função, a principio, do limite de saturação magnética muito mais alto da parte desviada. Em outras palavras, a presente invenção tomou conhecimento de uma vantagem de efeito técnico que, para detectar um parâmetro magnético em uma seção do núcleo, é vantajoso que a ramificação desviada, mesmo no caso da saturação magnética pesada em uma região da seção do núcleo (objeto medido) desviado pela parte desviada (sensor), por si só ainda não apresente nenhum efeito de saturação magnética de qualquer tipo e que a sua resistência magnética, ouse já, essencialmente a permeabilidade rms do desvio magnético, fique profundamente protegida de uma situação da saturação do objeto medido e que permaneça constante. Este efeito pode ser obtido de diferentes formas.

[0015] Em uma modalidade preferida do método da presente invenção, o fluxo magnético ramificado é fornecido através de pelo menos um intervalo não ferromagnético, mais adiante referido como um intervalo de ar por questões de clareza. Isso torna possível aumentar o limite de saturação magnética, produzindo ao mesmo tempo um efeito de linearização sobre a permeabilidade rms de toda a ramificação desviada e, portanto, sobre a precisão de medição. Como um resultado, mesmo no caso de uma saturação magnética poderosa do núcleo, o material magnético da parte desviada ainda continua livre dos efeitos da saturação magnética e este componente magnético do ramificado

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5/16 fluxo é diretamente proporcional à excitação magnética da região monitorada do objeto medido.

[0016] Em outra modalidade preferida, pode ser fornecido que a ramificação desviada através da qual as partes ramificadas do fluxo magnético são passadas possui uma permeabilidade rms menor do que a permeabilidade do material de núcleo magneticamente suave. De outro modo, isso garante que mesmo no caso de saturação magnética pesada do núcleo, a parte desviada ainda está livre de efeitos da saturação magnética e o seu fluxo magnético é diretamente proporcional à excitação magnética da região monitorada do objeto medido. Em outro desenvolvimento adicional desta modalidade pode ser fornecido que o fluxo magnético ramificado é fornecido através de um intervalo não ferromagnético, tornando desse modo a ramificação desviada ainda menos sensível aos efeitos da saturação.

[0017] A parte magnética desviada é fornecida de maneira vantajosa com um dispositivo de medição para medir o fluxo magnético ramificado em uma ramificação desviada. Isso pode ser implantado em um modo tecnicamente simples por uma bobina de sensor a qual está disposta sobre a parte desviada. Um sinal do sensor é induzido na dita bobina de sensor se a porção do fluxo magnético ramificado que permeia a bobina de sensor muda com o tempo. No entanto, um detector diferente de campo magnético tal como um sensor de Hall também pode ser usado.

[0018] Para o propósito da avaliação, o sinal do sensor é fornecido para um dispositivo de avaliação. O dispositivo de avaliação pode ser usado, por exemplo, para determinar o componente direto de um fluxo magnético no núcleo de um transformador a partir do sinal do sensor.

[0019] É vantajoso para a avaliação se um componente fundamental com baixa frequência é primeiro eliminado que usa um filtro corta faixa e o sinal do sensor é então digitalizado, no qual a amostragem ocorre em instantes de tempo equidistante usando-se uma frequência de amostragem que corresponde a um múltiplo integral do sistema

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6/16 frequência do transformador.

[0020] Pode ser vantajoso para a unidade de processamento do sinal se os valores de sinal digital são adicionados aos valores de sinal digital que atrasa a frequência de rede por meio período em cada caso.

[0021] É vantajoso neste caso que os componentes de sinal com duas vezes a frequência de rede sejam filtrados a partir dos valores de sinal digital usando-se um filtro de banda e os valores de sinal filtrado passam pela transformada de Fourier.

[0022] O objetivo também é obtido por meio da provisão de um aparelho que possui uma parte magnética desviada a qual conduz uma porção ramificada do fluxo magnético a partir do núcleo, no qual o material magnético da parte desviada não está saturado, e que possui um sensor e um dispositivo de avaliação o qual está designado para determinar a força do campo magnético na seção do núcleo a partir desta porção ramificada do fluxo magnético ou de uma variável derivada da mesma.

[0023] Uma modalidade vantajosa da invenção em termos de confiabilidade consiste no fato de que uma ou mais seções da parte magnética desviada são enroladas com pelo menos uma bobina de sensor na qual um sinal do sensor é produzido por meio da indução e a partir do qual o componente direto é determinado por meio de um dispositivo de avaliação. Nenhum componente estrutural e ativo é necessário, e a bobina de sensor não está sujeita a nenhum impulso de qualquer tipo.

[0024] Uma modalidade preferida pode ser projetada de tal modo que a parte desviada tenha um formato de U e uma bobina de sensor está disposta sobre cada extensão. Interferência pode ser reduzida através de uma fiação apropriada das duas bobinas de sensor.

[0025] De modo a extrair do sinal do sensor do modo mais simples possível os harmônicos regulares os quais representam o componente de fluxo unidirecional no núcleo, é vantajoso que a digitalização do sinal do sensor seja realizada no dispositivo de avaliação, no qual a

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7/16 amostragem ocorre tempo equidistante usando-se uma frequência de amostragem que corresponde a um múltiplo integral do sistema frequência do transformador.

[0026] Um conhecido filtro per se corta faixa pode ser usado de maneira vantajosa para suprimir a frequência dos componentes de sinal do sistema, presentes no sinal de medição da bobina de sensor. Como um resultado, a frequência dos componentes de sinal do sistema pode ser amplamente eliminada. Um filtro corta faixa pode ser produzido tanto na forma digital quanto na forma análoga.

[0027] Em uma aplicação particularmente preferida do método de acordo com a invenção e/ou o aparelho de acordo com a invenção é uma supressão de ruído operacional nos transformadores de energia. A invenção torna possível que um campo magnético constante no núcleo do transformador seja detectado por um longo período operacional de um modo tecnicamente simples e ao mesmo tempo confiável. Em conjunto com um enrolamento de compensação montado de maneira adicional sobre o transformador e um dispositivo para a geração de uma corrente de compensação, o fluxo unidirecional fazendo com que a assimetria possa ser anulada. A presente invenção permite uma detecção simples e operacionalmente confiável do parâmetro magnético relevante no núcleo, um pré-requisito para uma compensação efetiva.

[0028] A invenção também fornece um meio simples de registro do fluxo magnético no núcleo de transformador, de tal modo que os estados de carga que ocorrem durante a operação podem ser atrasados e postos em gráfico (monitoramento).

[0029] O princípio de medição no qual a invenção está baseada também pode ser usado concebivelmente de maneira vantajosa na fabricação de núcleos magneticamente suaves para máquinas elétricas. Na fabricação de transformadores do tipo usado em redes de suprimento de eletricidade, características qualitativas do núcleo magnético laminado podem ser detectadas e monitoradas durante a produPetição 870190021009, de 28/02/2019, pág. 10/27

8/16 ção.

[0030] Outra possível aplicação da presente invenção pode ser em um instrumento de medição móvel ou fixo para características magnéticas variáveis.

Breve Descrição dos Desenhos [0031] Para uma explicação adicional da invenção, referência será feita na seção seguinte da descrição aos desenhos em anexo os quais ilustram outras modalidades vantajosas, detalhes e desenvolvimentos da invenção.

[0032] A figura 1 é uma ilustração esquemática de um transformador que mostra uma possível disposição do aparelho para a detecção da presente invenção de um componente de fluxo unidirecional no núcleo e um diagrama em bloco da unidade de processamento do sinal;

[0033] a figura 2 é um desenho com vista esquemática que mostra uma representação ampliada da parte desviada a qual atua como um desvio magnético desviando-se a direção do fluxo magnético principal.

Explicação da Invenção [0034] A figura 1 mostra uma vista esquemática em perspectiva de um transformador 1 munido de um aparelho de acordo com a invenção para a detecção de um componente magnético e direto. A detecção do componente direto é um pré-requisito para neutralizar de maneira efetiva o componente de fluxo unidirecional (componente de DC) e o nível de saturação assimétrica em anexo do material magnético, reduzindo desse modo o ruído e o aquecimento local que ocorre durante operação.

[0035] O transformador 1 possui um núcleo 2 que possui três extensões 6. Cada uma dessas extensões 6 conduz uma disposição de enrolamento 3. As três extensões 6 possuem uma construção normal, que estão sendo conectadas a um jugo superior 4 no jugo superior e inferior 5 no fundo. De acordo com a invenção, uma parte desviada

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9/16 assim chamada 7 está disposta sobre uma seção exposta da superfície 14 da parte superior do jugo 4 em contato direto com a mesma ou a uma distância da mesma. O propósito desta parte desviada 7 é detectar o componente de fluxo unidirecional no núcleo 2.

[0036] A parte desviada 7, cuja operação será explicada em maiores detalhes abaixo, fornece um sinal do sensor 9 a um dispositivo de avaliação 10. O dispositivo de avaliação 10 gera um sinal de controle 11o qual é fornecido ao dispositivo gerador de corrente de compensação a jusante 12. O dispositivo gerador de corrente de compensação a jusante 12 gera como uma função do sinal de controle aplicado 11 à corrente de compensação 13 a qual está injetada no enrolamento de compensação 20 (figura 2) do transformador 1. A magnitude e a direção da corrente de compensação 13 são predefinidas de tal modo que elas neutralizam ou compensam o componente direto 15 do fluxo magnético no núcleo 2 do transformador 1.

[0037] A figura 2 mostra a parte desviada 7 em uma representação ampliada. A parte desviada 7 está disposta aproximadamente paralela a uma seção sobre o jugo superior 4 do transformador 2. Ela conduz uma fração do fluxo magnético 17 que passa através da seção de jugo superior 4 do transformador 1. No caso de saturação, o fluxo de vazamento aumenta e o componente de fluxo que passa através do desvio, portanto, também aumenta.

[0038] Conforme a figura 2 mostra, com o auxílio da parte desviada 7 uma porção 18 (Φ2) do fluxo magnético é ramificada a partir do fluxo principal da máquina elétrica e entra em um desvio magnético. No ponto de ramificação, a trajetória do dito fluxo magnético ramificado 18 (Φ2) passa primeiro através de um intervalo de ar S1 dentro de uma primeira extensão 21 da parte desviada 7. O fluxo magnético ramificado passa então através de uma seção mediana para uma segunda extensão 22. A partir daí a porção ramificada do fluxo Φ2 volta para a seção do jugo superior 4 através do intervalo de ar S2. Após a reunificação com o fluxo magnético Φ1 da seção desviada L1, o fluxo

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10/16 principal Φ é resumido.

[0039] Na figura 2, para cada um desses componentes de fluxo magnético Φ1 e Φ2, a excitação magnética associada é denotada por H1 e H2, a trajetória no ferro por L1 e L2, e a respectiva área transversal por A1 e A2. Identificado pela seta 15 é o componente direto do fluxo magnético o qual é superimposto sobre o fluxo alternado principal 17.

[0040] Aplicando-se a lei de Ampere pode ser mostrado que o fluxo magnético Φ no sensor, ou seja, na ramificação desviada 23, se comporta de maneira diretamente proporcional à excitação magnética H na região do objeto medido desviado pelo sensor.

Φ₂ = [(μο . Li. A2) / S']. Hi onde

S' := [S + (L₂/ μκ₂ )] [0041] com o comprimento total de intervalo de ar S = S1 + S2 e com a permeabilidade relativa da parte desviada μκ₂.

[0042] Como os transformadores elétricos e outras máquinas elétricas são geralmente operados a partir de fontes de voltagem sinusoidal que possuem baixa impedância de fonte, com base na lei de Faraday, a forma da onda do primeiro derivado do fluxo magnético Φ (diretamente proporcional à voltagem fonte) e que segue diretamente a partir da mesma também o integral da mesma, ou seja, o próprio fluxo magnético Φ e, portanto, também a densidade do fluxo magnético ou indução B, podem ser considerados como sendo amplamente sinusoidais. Quando os efeitos da saturação magnética ocorrem, em função da extrema diminuição de permeabilidade do material magnético, a excitação magnética H deve ser significativamente diminuída, de modo a alcançar a densidade de fluxo magnético requerida B. Isso também explica porque os efeitos da saturação magnética aparecem de modo muito mais intenso na excitação magnética H (e, portanto, também no

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11/16 primeiro derivado com o passar do tempo) se comparados à densidade do fluxo B. Portanto, os detectores que produzem um sinal de medição proporcional à excitação magnética H ou ao seu primeiro derivado dH/dt são vantajosos. Além disso, em adição à aplicação descrita acima, este método de medição também pode ser usado para construir instrumentos de medição para medir a excitação magnética H obtendo-se em uma parte sob teste ou também em conjunto com uma densidade do fluxo magnético medição para determinar a curva de magnetização do material magnético usado em uma parte sob teste.

[0043] A ramificação do desvio magnético 23 pode ser fixada com o mínimo de complexidade a qualquer parte de uma seção de núcleo, por exemplo, no jugo ou em uma extensão. O modelo do núcleo de transformador, do rolamento elétrico ou de outros componentes mecânicos não é afetado pela dita ramificação desviada. O princípio novo permite que o componente de fluxo unidirecional seja detectado sem integração e, portanto, sem impulso. Portanto, o princípio de medição de acordo com a invenção também pode ser usado de maneira vantajosa para registros a longo prazo (monitoramento). Os custos de fabricação são baixos.

[0044] Em função da proporcionalidade descrita entre a excitação magnética H na parte sob teste e o fluxo magnético Φ no sensor, a voltagem induzida no sensor então corresponde na parte sob teste ao primeiro derivado da excitação magnética com o passar do tempo (dH/dt) e pode fornecer um quadro estável a longo prazo dos componentes de campo magnético da corrente direta em um transformador ou no circuito magnético de uma máquina elétrica sobre toda a sua vida útil usandose métodos adequados de avaliação.

[0045] Particularmente vantajoso é o uso de duas bobinas de sensor (denotadas por linhas pontilhadas na figura 2) as quais estão dispostas nas respectivas extensões 21, 22 e conectadas eletricamente em série e que são dispostas ao longo da ramificação do desvio magnético 23 de tal modo que, por outro lado, o efeito dos campos exter

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12/16 nos e/ou campos com vazamento seja compensado, enquanto os efeitos do fluxo magnético Φ, causados pela parte sob teste no sensor são adicionados juntos na voltagem sinal de medição. Isso pode ser obtido, por exemplo, por meio de uma montagem simétrica das duas bobinas de sensor nas respectivas extensões laterais de um sensor com formato de U.

[0046] Inserindo-se um assim chamado sensor Hall no circuito do desvio magnético 23 do sensor, por exemplo, no intervalo de ar ou em um dos intervalos de ar do mesmo, em função da proporcionalidade mencionada acima entre a excitação magnética H na parte sob teste (objeto medido) e o fluxo magnético e/ou indução magnética B no sensor, um sistema de medição para medir diretamente a excitação magnética H na região da parte sob teste desviada pelo sensor pode ser implantado. É claro que, ao invés de um sensor Hall, qualquer outro método de medição equivalente que distribua um sinal enviado proporcional à indução B também pode ser usado para este propósito. A exigência essencial é que o princípio de sensor converta a excitação magnética H na parte sob teste (objeto medido) em um fluxo magnético proporcional ao mesmo e, portanto, também em uma densidade do fluxo (indução) B proporcional ao mesmo no sensor.

[0047] Se ao mesmo momento a densidade do fluxo magnético (indução) B na parte sob teste for medida, em conjunto com a medição descrita acima sobre a excitação magnética H obtendo-se na parte sob teste, um sistema de medição para determinar as propriedades magnéticas dos materiais ferromagnéticos usados na parte sob teste pode ser implantado.

[0048] O componente de fluxo ramificado 18 (Φ2) permeia a bobina de sensor 19 a qual está enrolada em torno de uma seção mediana da parte desviada em forma de C 7 que liga as extensões 21, 22 ou é implantado na forma de duas bobinas com parte conectada em série dispostas sobre as duas respectivas extensões de sensor. Durante a operação do transformador 1 uma voltagem de sensor 8 (também de

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13/16 notado por U na figura 2) é induzida na dita bobina de sensor 19. Esta voltagem de sensor 8 é fornecida como um sinal do sensor 9 através de uma linha elétrica a um dispositivo de avaliação 10.

[0049] No dispositivo de avaliação 10, este sinal do sensor é a princípio processado por meio de sua amplificação e filtragem através de um filtro passa-baixo e um filtro de banda. A primeira implicação, ou seja, o segundo harmônico, é bem conhecido por analisar o sinal do sensor 9 para um componente direto (componente de DC). Em função da assimetria da meia-onda, a corrente de magnetização deve ter harmônicos regulares. Esses componentes regulares também devem ser encontrados na voltagem do sensor da bobina de medição 19. A presente invenção utiliza este efeito através de um processamento apropriado do sinal da voltagem induzida na bobina de medição 19.

[0050] O processamento do sinal do dispositivo de avaliação 10 será explicado agora em maiores detalhes:

[0051] Para suprimir a frequência dos componentes de sinal do sistema dominantes no sinal do sensor, um assim chamado filtro corta faixa é usado o qual suprime os ditos componentes de sinal de frequência de rede o máximo possível. O filtro corta faixa pode ser criado tanto na tecnologia análoga quanto na digital.

[0052] O sinal do sensor é então digitalizado usando-se um conversor convencional análogo/digital. O sinal é amostrado em uma frequência de amostragem exatamente que corresponda a um múltiplo regular da frequência de rede. A frequência de amostragem é gerada por meio de um PLL análogo/digital em conjunto com um oscilador controlador.

[0053] De maneira adicional ou alternativa em relação ao filtro corta faixa mencionado acima, no dispositivo de avaliação o valor do sinal digital de corrente é então adicionado a um valor de sinal digital que atrasa a frequência de rede exatamente por meio período.

[0054] Como um resultado, o dispositivo de avaliação 10 fornece um sinal de controle 11o qual está relacionado de maneira funcional

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14/16 ao campo magnético constante 15 do transformador 1 que deve ser determinado.

[0055] Um intervalo S1 e S2 é fornecido entre as faces terminais das duas extensões 21, 22 e uma superfície 14 do núcleo 2 em cada case. Cada intervalo S1, S2 está implantado de tal modo que ele apresente uma resistência comparativamente alta ao fluxo magnético 18. Esta implantação não ferromagnética do intervalo S1, S2 garante que nessas meias ondas de B na qual o material magnético do núcleo 2 já está em saturação, a liga ferromagnética da parte desviada 7 ainda não está saturada. Em outras palavras, a invenção faz uso da propriedade de que quando os efeitos da saturação magnética ocorrem no objeto medido, a permeabilidade relativa é reduzida, aumentando desse modo a resistência magnética. Isso resulta em um aumento no campo de vazamento magnético, visto que a resistência magnética do campo de vazamento permanece intocada, ou seja, no caso de saturação magnética incipiente mais um aumento no fluxo magnético é proporcionalmente menos conduzido pelo núcleo de ferro do transformador e, portanto, um fluxo de vazamento aumentado deve ocorrer. Se um componente constante de campo estiver presente no núcleo do transformador, este efeito de deslocamento no aumento do campo de vazamento proporcional ocorre apenas no meio período onde o fluxo magnético unidirecional e o fluxo alternante estão aditivamente combinados.

[0056] A parte desviada 7 pode ser feita a partir de chapas empilhadas de uma liga ferromagnética ou sobre uma base de ferrita e está mecanicamente projetada de tal modo que a parte desviada 7 continua livre de efeitos da saturação magnética mesmo no caso de saturação magnética pesada da parte sob teste 2 (objeto medido). As duas extensões 21, 22 também podem ser avançadas de maneira transversal para acomodar duas bobinas de medição com sensor. De modo a proteger os condutores individuais da bobina de medição do dano, um carreador feito de um isolador pode ser fornecido entre a(s) bobina(s)

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15/16 de medição e a pilha de chapas. A(s) bobina(s) de medição pode consistir em um fio convencional esmaltado e redondo ou plano.

[0057] Na modalidade exemplar descrita acima, a parte desviada 7 tem o formato de U. É óbvio que a parte desviada 7 também pode ter qualquer outro formato geométrico, por exemplo arredondado, em forma de C ou circular.

[0058] A disposição da parte desviada 7 sobre o jugo superior 4 foi selecionada como forma de exemplo. Basicamente, qualquer área exposta que conduza o fluxo principal sobre a superfície 14 do núcleo 2 é uma possibilidade aqui. A parte desviada 7 pode ser, portanto, disposta também sobre a extensão 6 ou sobre a parte inferior do jugo 5.

[0059] O princípio de medição explicado acima usando-se o exemplo de um núcleo de transformador também pode ser aplicado a um instrumento de medição que pode ser usado, por exemplo, no controle de qualidade para a produção de núcleos laminados para máquinas elétricas.

Listagem de Referência transformador núcleo enrolamento elétrico jugo superior jugo inferior extensão parte desviada sensor dispositivo (detector) sinal do sensor dispositivo de avaliação sinal de controle dispositivo gerador de corrente de compensação corrente de compensação superfície do núcleo componente direto

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16/16 fluxo de compensação fluxo principal porção ramificada do fluxo magnético bobina de sensor enrolamento de compensação extensão extensão ramificação desviada primeiro intervalo de ar segundo intervalo de ar área transversal na parte desviada 7 área transversal no jugo 4 comprimento da trajetória magnética no jugo 4 comprimento da trajetória magnética na parte desviada 7

Claims

1. Método para a detecção de um parâmetro magnético, em particular, a intensidade do campo magnético (H1) em uma seção (L1) de um núcleo (2) atravessado por um fluxo magnético, caracterizado pelo fato de que

- uma porção (18) do fluxo magnético é ramificada a partir do núcleo (2) e conduzida através de um ramo de derivação magnética (23), em que pelo menos um intervalo não ferromagnético (S1, S2) é formado,

- uma parte de derivação (7) está disposta no ramo de derivação (23), sendo que o material magnético da parte de derivação (7) é insaturado,

- pelo menos uma seção da peça de derivação (7) é enrolada com pelo menos uma bobina de sensor (19), na qual ou nas quais a porção ramificada (18) do fluxo magnético gera um sinal do sensor (9) por indução, e

- o parâmetro magnético (H1) é determinado a partir da referida porção ramificada (18) do fluxo magnético ou de uma grandeza derivada da mesma por meio de um sensor e um dispositivo de avaliação (8, 10), ao qual o sinal do sensor (9) é fornecido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ramo de derivação (23), através do qual a porção ramificada (18) do fluxo magnético é conduzida, apresenta uma permeabilidade eficaz, que é menor do que a permeabilidade do núcleo (2).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um componente direto do fluxo magnético é determinado por meio da unidade de avaliação (10) a partir do sinal do sensor (9).

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um componente fundamental de frequência de rede é eliminado no dispositivo de avaliação (10) por meio de um filtro de corte, e uma digitalização do sinal do sensor (19) é executada, sendo

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2/4 que uma amostragem é realizada em instantes de tempo equidistantes com uma frequência de amostragem que corresponde a um múltiplo inteiro da frequência de rede do transformador.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que valores de sinal digital são, cada um, adicionados a um valor de sinal digital de atraso da frequência de rede por meio período.

6. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que componentes de sinal com o dobro da frequência de rede são filtrados para fora dos valores de sinal digital por meio de um filtro passa-banda, e os valores de sinal filtrados passam por uma transformação de Fourier.

7. Aparelho para a detecção de um parâmetro magnético, em particular, a intensidade do campo magnético (H1) em uma seção (L1) de um núcleo (2) atravessado por um fluxo magnético, sendo que uma porção (18) do fluxo magnético é ramificada a partir do núcleo (2) e conduzida através de um ramo de derivação magnética (23), caracterizado pelo fato de que compreende:

- uma peça de derivação magnética (7), que está disposta no ramo de derivação (23) e conduz a parte (18) do fluxo magnético ramificada a partir do núcleo (2), sendo que pelo menos um intervalo não ferromagnético (S1, S2) é formado no ramo de derivação (23), de modo que o material magnético da parte de derivação (7) está insaturado, e sendo que pelo menos uma parte da peça de derivação (7) é enrolada com pelo menos uma bobina de sensor (19), no qual ou nos quais a porção ramificada (18) do fluxo magnético gera um sinal de sensor (9) por indução, e

- um sensor e um dispositivo de avaliação (8, 10), ao qual o sinal do sensor (9) é alimentado, e que é configuaro para determinar o parâmetro magnético (H1) a partir da porção ramificada (18) do fluxo magnético, ou a partir de uma grandeza derivada da mesma.

8. Aparelho de acordo com a reivindicação 7, caracterizado

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3/4 pelo fato de que no ramo de derivação (23), no qual a porção ramificada (18) do fluxo magnético é conduzida, a permeabilidade eficaz é menor do que a permeabilidade do núcleo (2).

9. Aparelho de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a unidade de avaliação (10) é configurada para determinar um componente direto do fluxo magnético a partir do sinal do sensor (9) fornecido.

10. Aparelho de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a parte de derivação magnética (7) é em forma de U e apresenta duas pernas (21, 22), nas quais uma bobina de sensor (19) está disposta em cada caso, que estão eletricamente ligadas em série e espacialmente dispostas no ramo de derivação (23) de tal modo que o efeito de campos externos é compensado, enquanto que a tensão elétrica induzida produzida pela porção ramificada (18) do fluxo magnético é adicionada.

11. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de avaliação (10) apresenta um filtro de entalhe, que é configurado de tal modo que ele elimina um componente fundamental de frequência de rede a partir do sinal do sensor (9).

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de avaliação (10) é configurado para realizar uma digitalização do sinal do sensor (9), sendo que a amostragem é realizada em instantes de tempo equidistantes com uma frequência de amostragem que é um múltiplo inteiro da frequência de rede.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de avaliação (10) é configurado de tal forma que valores de sinal digital são adicionados, em cada caso, a um valor de sinal digital de atraso da frequência de rede por meio período.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 11,

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4/4 caracterizado pelo fato de que o dispositivo de avaliação (10) está equipado com um filtro passa-banda, a fim de filtrar os componentes de sinal com o dobro da frequência de rede a partir dos valores de sinal digital.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de avaliação (10) está também equipado com um dispositivo de computação, por meio do qual uma transformada de Fourier pode ser calculada a partir dos valores filtrados do sinal.

16. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 15, caracterizado pelo fato de que a parte de derivação (7) é formada a partir de um pacote de chapas ferromagnéticas em forma de C laminadas.

17. Aparelho de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que as chapas em forma de C apresentam primeiras pernas (21) e segundas pernas (22) e o arranjo em relação ao núcleo (2) é selecionado de modo que cada uma dessas pernas (21, 22) forme uma abertura (S1, S2) entre uma extremidade de frente para o núcleo e a superfície (14) do núcleo (2).

18. Aplicação do método, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, ou do aparelho, como definido em qualquer uma das reivindicações 7 a 17, caracterizada por ser em um transformador incorporado em uma rede de fornecimento de energia elétrica, para neutralizar um componente de fluxo unidirecional no núcleo (2) do transformador e/ou registrar o estado operacional do transformador.