CN111029082B - 一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置及方法 - Google Patents

一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置及方法，属于单相电力变压器铁心剩磁消除领域。本发明装置，包括：低压直流电压源，为全桥逆变模块提供电源；全桥逆变单元，生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III；对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离；根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；连接目标变压器，通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压。本发明采用低频低压电源进行恒压变频消磁，达到试验现场消除剩磁的目的，可保证剩磁消除操作安全和可靠地完成。

Description

一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置及方法
技术领域
本发明涉及单相电力变压器铁心剩磁消除领域，并且更具体地，涉及一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置及方法。
背景技术
电力变压器是电力系统中最重要的设备之一，变压器在完成直流电阻测试或退出运行时，会在铁心中残留剩磁。当变压器投入运行时，剩磁的存在会加剧铁心的饱和程度，引起较大励磁涌流的出现，严重影响变压器设备的安全以及电网电能质量。因此，在变压器投运前，应该进行剩磁消除操作。传统的消磁方法是将工频高压电源连接到绕组端口，然后逐渐降低输出电压幅值达到消磁的目的。然而，该方法存在一个重大缺陷，即对于大型电力变压器而言，工频高压电源的电压幅值必须达到变压器的额定电压，这种大容量的工频高压电源在变压器投运现场是不切实际的，并且还会造成安全隐患。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置，包括：
低压直流电压源，所述低压直流电压源为全桥逆变单元提供电源；
全桥逆变单元，所述全桥逆变单元，包括：
微控制器，所述微控制器生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III发送至光耦隔离模块；
光耦隔离模块、所述光耦隔离模块对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离，并发送至开关驱动模块；
开关驱动模块、所述开关驱动模块根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；
全桥逆变电路，所述全桥逆变电路连接目标变压器，通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压。
可选的，低压直流电压源，包括：
开关电源U及电容C，所述开关电源U与电容C并联，电容C的耐压值＞2U0，U0为开关电源U的电压值。
可选的，微控制器生成开关信号I、开关信号II和开关信号III的具体过程为：
确定n个计时时刻，所述n为正整数；
在n个计时时刻的第i个计时时刻Ti生成开关信号I，在n个计时时刻的第i+1个计时时刻Ti+1生成开关信号II，所述i为单数，1≤i≤n-1；
在n个计时时刻Tn结束之后，生成开关信号III；
所述计时时刻Ti＝Un/(hf)＝kTi-1，Un为目标变压器的额定电压，f为目标变压器工作频率，h表示计算系数，k为经验值。
可选的，全桥逆变电路，包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4。
可选的，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断，具体为：
开关驱动模块根据开关信号I，驱动全桥逆变电路中开关管Q1和开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3关断；
所述开关驱动模块根据开关信号II，驱动全桥逆变电路中开关管Q2和开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4关断。
所述开关驱动模块根据开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4都关断。
本发明还提供了一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的方法，所述方法包括：
生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III；
对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离；
根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；
通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压。
可选的，生成开关信号I、开关信号II和开关信号III的具体过程为：
确定n个计时时刻，所述n为正整数；
在n个计时时刻的第i个计时时刻Ti生成开关信号I，在n个计时时刻的第i+1个计时时刻Ti+1生成开关信号II，所述i为单数，1≤i≤n-1；
在n个计时时刻Tn结束之后，生成开关信号III；
所述计时时刻Ti＝Un/(hf)＝kTi-1，Un为目标变压器的额定电压，f为目标变压器工作频率，h表示计算系数，k为经验值。
可选的，全桥逆变电路，包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4。
可选的，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断，具体为：
开关驱动模块根据开关信号I，驱动全桥逆变电路中开关管Q1和开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3关断；
所述开关驱动模块根据开关信号II，驱动全桥逆变电路中开关管Q2和开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4关断。
所述开关驱动模块根据开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4都关断。
本发明以便变电站运维人员在变压器检修再次投运前开展去磁试验，降低变压器励磁涌流的影响。
本发明采用低频低压电源进行恒压变频消磁，可以有效降低对电源容量的要求，达到试验现场消除剩磁的目的，可保证剩磁消除操作安全和可靠地完成。
附图说明
图1为本发明一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置结构图；
图2为本发明一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置信号转换过程原理图；
图3为本发明一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置输出恒压变频电压波形图；
图4为本发明一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置全桥逆变电路图；
图5为本发明一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置，如图1所示，包括：
低压直流电压源，所述低压直流电压源为全桥逆变单元提供电源；
开关电源U及电容C，所述开关电源U与电容C并联，电容C的耐压值＞2U0，U0为开关电源U的电压值。
全桥逆变单元，所述全桥逆变单元，包括：
微控制器，所述微控制器生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III发送至光耦隔离模块；
信号转换过程原理，如图2所示，微控制器生成开关信号I、开关信号II和开关信号III的具体过程为：
确定n个计时时刻，所述n为正整数；
在n个计时时刻的第i个计时时刻Ti生成开关信号I，在n个计时时刻的第i+1个计时时刻Ti+1生成开关信号II，所述i为单数，1≤i≤n-1；
在n个计时时刻Tn结束之后，生成开关信号III；
所述计时时刻Ti＝Un/(hf)＝kTi-1，Un为目标变压器的额定电压，f为目标变压器工作频率，h表示计算系数，k为经验值。
光耦隔离模块、所述光耦隔离模块对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离，并发送至开关驱动模块；
开关驱动模块、所述开关驱动模块根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；
全桥逆变电路，所述全桥逆变电路连接目标变压器，通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压，输出波形图，如图3所示；
全桥逆变电路，电路图如图4所示，包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4。
驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断，具体为：
开关驱动模块根据开关信号I，驱动全桥逆变电路中开关管Q1和开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3关断；
开关驱动模块根据开关信号II，驱动全桥逆变电路中开关管Q2和开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4关断。
开关驱动模块根据开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4都关断。
本发明还提供了一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的方法，如图5所示包括：
生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III；
生成开关信号I、开关信号II和开关信号III的具体过程为：
确定n个计时时刻，所述n为正整数；
在n个计时时刻的第i个计时时刻Ti生成开关信号I，在n个计时时刻的第i+1个计时时刻Ti+1生成开关信号II，所述i为单数，1≤i≤n-1；
在n个计时时刻Tn结束之后，生成开关信号III；
计时时刻Ti＝Un/(hf)＝kTi-1，Un为目标变压器的额定电压，f为目标变压器工作频率，h表示计算系数，k为经验值。
对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离；
根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；
通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压。
全桥逆变电路，包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4。
驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断，具体为：
开关驱动模块根据开关信号I，驱动全桥逆变电路中开关管Q1和开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3关断；
所述开关驱动模块根据开关信号II，驱动全桥逆变电路中开关管Q2和开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4关断。
所述开关驱动模块根据开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4都关断。
本发明以便变电站运维人员在变压器检修再次投运前开展去磁试验，降低变压器励磁涌流的影响。
恒压变频消磁法是以恒定的电压幅值，逐渐提高的电压频率的消磁方法，达到将单相变压器铁心沿着其磁滞回线逐渐衰减到零的目的。一台可实现恒压变频输出的电源是实现恒压变频消磁法的基础。
本发明采用低频低压电源进行恒压变频消磁，可以有效降低对电源容量的要求，达到试验现场消除剩磁的目的，可保证剩磁消除操作安全和可靠地完成。

Claims (7)

1.一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的装置，其特征在于，所述装置包括：
低压直流电压源，用于为全桥逆变单元提供电源；
全桥逆变单元，所述全桥逆变单元，包括：
微控制器，用于生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III发送至光耦隔离模块；
所述微控制器生成开关信号I、开关信号II和开关信号III的具体过程为：
确定n个计时时刻，所述n为正整数；
在n个计时时刻的第i个计时时刻Ti生成开关信号I，在n个计时时刻的第i+1个计时时刻Ti+1生成开关信号II，所述i为单数，1≤i≤n-1；
在n个计时时刻Tn结束之后，生成开关信号III；
所述计时时刻Ti＝Un/(hf)＝kTi-1，Un为目标变压器的额定电压，f为目标变压器工作频率，h表示计算系数，k为经验值；
光耦隔离模块，用于对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离，并发送至开关驱动模块；
开关驱动模块，用于根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；
全桥逆变电路，所述全桥逆变电路连接目标变压器，通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低压直流电压源，包括：
开关电源U及电容C，所述开关电源U与电容C并联，电容C的耐压值＞2U0，U0为开关电源U的电压值。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述全桥逆变电路，包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断，具体为：
开关驱动模块根据开关信号I，驱动全桥逆变电路中开关管Q1和开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3关断；
所述开关驱动模块根据开关信号II，驱动全桥逆变电路中开关管Q2和开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4关断；
所述开关驱动模块根据开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4都关断。
5.一种消除变压器铁心剩磁输出恒压变频电压的方法，所述方法包括：
生成开关信号I、开关信号II和开关信号III，并将所述开关信号I、开关信号II和开关信号III；
所述生成开关信号I、开关信号II和开关信号III的具体过程为：
确定n个计时时刻，所述n为正整数；
在n个计时时刻的第i个计时时刻Ti生成开关信号I，在n个计时时刻的第i+1个计时时刻Ti+1生成开关信号II，所述i为单数，1≤i≤n-1；
在n个计时时刻Tn结束之后，生成开关信号III；
所述计时时刻Ti＝Un/(hf)＝kTi-1，Un为目标变压器的额定电压，f为目标变压器工作频率，h表示计算系数，k为经验值；
对开关信号I和/或开关信号II和开关信号III进行光电隔离；
根据开关信号I、开关信号II和开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断；
通过开关管的导通或开断消除变压器铁心剩磁，并向目标表压器输出恒压变频电压。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述全桥逆变电路，包括：开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4。
7.根据权利要求6所述的方法，所述驱动全桥逆变电路中开关管的导通或开断，具体为：
开关驱动模块根据开关信号I，驱动全桥逆变电路中开关管Q1和开关管Q4导通，开关管Q2和开关管Q3关断；
所述开关驱动模块根据开关信号II，驱动全桥逆变电路中开关管Q2和开关管Q3导通，开关管Q1和开关管Q4关断；
所述开关驱动模块根据开关信号III，驱动全桥逆变电路中开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4都关断。
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