CN101515027A

CN101515027A - 基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法

Info

Publication number: CN101515027A
Application number: CNA2009100486019A
Authority: CN
Inventors: 陈家新; 张桢阳; 毛立民; 陈革; 焦庆堂; 方建安
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2009-08-26

Abstract

本发明涉及一种基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法，包括变压器和霍尔检测元件，该方法在变压器铁芯的主磁路上，串联一个带有气隙的旁通磁路。变换器运行时，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测，通过检测气隙磁通来识别主磁通的工作状况，并把检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。本发明直接测量磁性材料本身的磁场运行状态，检测点只有一个，与变压器绕组数目无关，加上该方法中间处理环节少，故而该偏磁检测方法具有检测精度高、检测速度快、通用性强、易于使用的优点。

Description

基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法

技术领域

本发明属变压器技术领域，特别是涉及一种基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法。

背景技术

与小功率开关变换器相比，大功率开关变换器的技术含量高、市场化程度低和节能效果明显，具有更高的市场经济价值。反激式变换器主要用于小功率变换器的设计，大功率变换器的电路拓扑结构主要用正激式变换器。广义而论，正激式变换器的基本拓扑结构有：单端正激、双端正激、半桥、全桥和推挽，其中全桥变换器具有输出功率最大的潜能。高频变压器在正激式变换器中担负着能量传递、电气隔离和负载匹配的作用，是变换器中的一种极其重要而又比较复杂的磁电耦合非线性器件。与其它种类变换器如反激式变换器不同的是，正激式变换器必须单独设计高频变压器的磁复位系统--及时检测和控制变压器的偏磁状态，以免高频变压器铁芯饱和而损坏变换器。

现有技术中，一般用差值法来检测励磁电流的大小，从而判断变压器的偏磁状态。运用的数学模型是工频变压器的经典T型等值电路模型(附图1所示)，运算公式为：

I_{m} = I_{1} - \frac{I_{2}}{n} . . . (1)

式中：I_m为励磁电流，I₁为初级回路电流，I₂为次级回路电流，n为初次级绕组匝数比。

该方法包含两个基本环节：其一、用两组电流传感器分别检测变压器的初级与次级回路电流，并且电流传感器的数量随变压器绕组数目的增加，而线性增加；其二、用运算电路对所获取两电流进行如(1)式所示运算，得到励磁电流值。

它的缺点主要体现在两个方面：一是对高频变压器来讲，变压器中的各绕组之间的电流关系，不再遵守低频运行模式下的规律(见附图1，附图2，其中R₁一次绕组内部电阻；X_1o一次绕组漏电抗；R’₂折算至原边二次绕组内部电阻；X’_2o新算至原边二次绕组漏电抗；R_m激磁回路等值电阻；X_m激磁电抗；I₁变压器一次绕组电流；I’₂折算至原边二次绕组电流；I_m激磁电流；U₁一次绕组电压；U’₂折算至原边二次绕组电压。C₁、C₂、C₁₂为分布电容。)。所以用该方法测出的高频变压器的励磁电流中，实际上还包含了流过分布电容的电流(见附图3，其中C_eq等效集中电容；I_C等效集中电容电流。)。而正激式变换器的变压器励磁电流不到总额定电流的5％，因而测量精度易受到流过分布电容的电流影响；二是随着变换器输出路数的增加，电流检测点也需要线性增长，相应的运算电路需要重新设计，这导致系统的制作成本和系统的分析和实现增加困难。此外，因为电流采样点是分布在变压器各绕组上，对安规的设计和具体信号的综合、处理，增加了新的难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于旁通磁路式，且无须运算电路的变压器铁芯偏磁状态在线检测方法，其利用霍尔元件对旁通磁路气隙中的磁通直接进行检测，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法，包括变压器和霍尔检测元件，其特征在于，所述的在线检测方法包括下列步骤：

(1)在变压器的主磁路的任意外侧面上，附加一个带有气隙的旁通磁路；

(2)将霍尔检测元件置于旁通磁路的气隙中，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测；

(3)霍尔检测元件中的传感器施以控制信号，即给霍尔元件Vcc引脚施加控制信号，所得的气隙磁通信号转化为电压信号输出至Out引脚；

(4)步骤(3)检测到信号用于变压器铁芯偏磁的检测和磁复位功能的实现。

所述的变压器为EE型、EI型、EP型、EET型、EER型、R型、RM型、UU型、K型、OC型、BP型、PQ型、SA型、UU型。

本发明直接测量磁性材料本身的磁场运行状态，检测点只有一个，与变压器绕组数目无关，加上该方法中间处理环节少，故而该偏磁检测方法具有检测精度高、检测速度快、通用性强、易于使用的优点。

附图说明

图1为工频变压器的经典T型等值电路模型。

图2示出高频变压器梯形结构网络等值电路模型。

图3示出等效集中电容的高频变压器梯形结构等值电路网络模型。

图4示出基于旁通磁路的EE型变压器铁芯偏磁状态检测实施例图。

其中：①绕组线圈；②变压器铁芯；③霍尔检测元件；④虚线框为旁通磁路；⑤检测气隙

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

对正激式变换器变压器铁芯偏磁，在变压器的主磁路上，附加一个带有气隙的旁通磁路，置霍尔检测元件于该气隙中，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测。当霍尔传感器(见附图4)施以控制信号时，即给霍尔元件Vcc引脚施加控制信号，该检测装置把检测所得的气隙磁通信号转化为电压信号输出至Out引脚，检测到信号可用于变压器铁芯偏磁的检测和进一步的磁复位功能的实现中。

下面以在线监测基于旁通磁路的EE型变压器铁芯偏磁状态检测装置为例，叙述具体实施要领，附图4为其实施例图。该方法同样适用于其它型式如EI、U、PQ、RM的变压器铁芯偏磁的检测。

一.设计带有气隙的旁通磁路。通过有限元数值计算方法，离线计算确定主磁路磁通与旁通磁路气隙磁通的数量关系。

二.根据计算所得数据，设置变压器铁芯磁复位门限值。

三.电气连接实施中，放置霍尔元件于检测气隙中，Vcc引脚施加控制信号。

四.霍尔传感器输出信号由Out引脚输出至变压器铁芯磁复位的功能实现中。

Claims

1.一种基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法，包括变压器和霍尔检测元件，其特征在于，所述的在线检测方法包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于旁通磁路式的变压器铁芯偏磁在线检测方法，其特征在于：所述的变压器为EE型、EI型、EP型、EET型、EER型、R型、RM型、UU型、K型、OC型、BP型、PQ型、SA型、UU型。