CN112216492A - 基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，于变压器磁路上设置由电场敏感磁性材料制作的调压模块，在调压模块与变压器输出侧之间设置电压调制模块和模拟电路比较器。本发明将电场敏感磁性材料制作成电压调整模块，置于变压器磁路，可通过模拟电路输出电压负反馈的方式控制电场幅度来调整整个变压器磁通量，通过磁路换算配置调压范围，实现快速响应调压。这种调压机构由于利用模拟电路和电磁响应组成，调压跟踪速率在5ms以内，远远超出目前有载调压的指标，具有良好的暂态性能和更高的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种变压器，具体涉及一种基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构。
背景技术
目前，随着可再生能源接入和高铁及地铁等大型负荷的不断增加，电压波动问题是电网面临的主要电能质量问题之一。调压器变压器是解决有功传输引起的电压越限问题的主要装置，各能源部门对其性能和可靠性的要求越来越高。
当前变压器调压一般采用两种主要方式，变换分接头有载调压和电力电子装置调压。变换分接头有载调压是通过调整变压器的电压分接头来调节电压，分接头动作调整有载调压变压器绕组的变比，以维持监测点的电压在规定范围内。电力电子装置调压通过电力电子变压器的交流-直流-交流变换，控制开断角度来进行电压调节，并能够进行分相电压调整。此外，目前也存在利用电力电子装置来切换分接头的少量装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，可通过模拟电路输出电压负反馈的方式控制电场幅度来调整整个变压器磁通量，通过磁路换算配置调压范围，实现快速响应调压。
本发明所采用的技术方案为：
基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
于变压器磁路上设置由电场敏感磁性材料制作的调压模块，在调压模块与变压器输出侧之间设置电压调制模块和模拟电路比较器。
调压模块包括电场敏感磁性材料主体、压电极板和控制电路。
电场敏感磁性材料为石墨烯铁磁体。
在变压器输出测PT测量输出侧电压，通过与参考电压比较，输出调节量产生电场E作用于调压模块，改变磁性材料的磁通ΔФ，ΔФ=kE， k为比例常数，该磁通ΔФ叠加于变压器输出侧的主磁通，通过反馈稳定Ф2，
磁通与电压控制磁性材料的换算关系为：
E＝1.029Y3-2.254Y2+0.869Y-1.327
其中E和Y代表施加的电场和磁性材料的杨氏模量，为磁场强度和施加电场强度的夹角，设计电压调制模块的换算量，调节施加在调压模块上的电压大小。
调压模块根据调制换算量电压的大小，通过控制电路调节压电极板的电场强度，完成对石墨烯铁磁体磁性参数的调整。
通过模拟电路比较器输出的电压正向和负向偏离度，对电压敏感磁性材料的磁性参数进行正向和反向调节，改变变压器磁通量。
本发明具有以下优点：
本发明将电场敏感磁性材料制作成电压调整模块，置于变压器磁路，可通过模拟电路输出电压负反馈的方式控制电场幅度来调整整个变压器磁通量，通过磁路换算配置调压范围，实现快速响应调压。这种调压机构由于利用模拟电路和电磁响应组成，调压跟踪速率在5ms以内，远远超出目前有载调压的指标，具有良好的暂态性能和更高的可靠性。
本发明通过模拟电路输出电压负反馈的方式控制电压敏感磁性材料的磁特性参数，从而改变整个变压器磁通量的方式实现电压调节。电压采集的大小通过模拟电路比较器进行，比较器输出的电压正向和负向偏离度，对电压敏感磁性材料的磁性参数进行反向调节，改变变压器磁通量，实现对电压进行与变化趋势相反的调整。本发明提出的调压方式是通过模拟电路进行，无A/D和D/A环节，响应速度快，无触点，可靠性高，投资成本较低。
附图说明
图1为本发明原理图。
图2为调压模块结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，于变压器磁路上设置由电场敏感磁性材料制作的调压模块，在调压模块与变压器输出侧之间设置电压调制模块和模拟电路比较器。其中，调压模块包括电场敏感磁性材料主体、压电极板和控制电路，电场敏感磁性材料选取但不限于石墨烯铁磁体。
在变压器输出测PT测量输出侧电压，通过与参考电压比较，输出调节量产生电场E作用于调压模块，改变磁性材料的磁通ΔФ，ΔФ=kE， k为比例常数，该磁通ΔФ叠加于变压器输出侧的主磁通，通过反馈稳定Ф2，
磁通与电压控制磁性材料的换算关系为：
E＝1.029Y3-2.254Y2+0.869Y-1.327
其中E和Y代表施加的电场和磁性材料的杨氏模量，为磁场强度和施加电场强度的夹角，设计电压调制模块的换算量，调节施加在调压模块上的电压大小。
调压模块根据调制换算量电压的大小，通过控制电路调节压电极板的电场强度，完成对石墨烯铁磁体磁性参数的调整。
通过模拟电路比较器输出的电压正向和负向偏离度，对电压敏感磁性材料的磁性参数进行正向和反向调节，改变变压器磁通量。
参见附图：
本发明的结构包含调压模块（电场敏感磁性材料主体、压电极板、控制电路等）、电压采集和模拟电路比较器、调制模块等组成。
本发明中，电场敏感磁性材料采用但不限于石墨烯铁氧体复合磁性材料。此类材料具有施加在压电基板上的电场而产生的应力感应改变磁各向异性场的特性，各向异性感应磁场特性改变导致磁导率正向和逆向变化，一般可调控变化幅度在15%-25%左右。基于这个特性，将电场敏感磁性材料制作成电压调整模块，置于变压器磁路。
本发明通过在变压器输出测PT测量输出侧电压，通过与参考电压比较，输出调节量产生电场E作用于调压模块，改变磁性材料的磁通ΔФ，，（k为比例常数）该磁通ΔФ叠加于变压器输出侧的主磁通，通过反馈稳定Ф2，
特例的，磁通与电压控制磁性材料的换算关系，E＝1.029Y3-2.254Y2+0.869Y-1.327，其中E和Y代表施加的电场和磁性材料的杨氏模量，为磁场强度和施加电场强度的夹角，设计电压调制模块的换算量，调节施加在调压模块上的电压大小。
调压模块根据调制换算量电压的大小，通过控制电路调节压电极板的电场强度，完成对石墨烯铁磁体磁性参数的调整，通过电场的正向和反向，可以实现对电场敏感磁性材料磁性的正向和反向调节。因为磁性变化存在非线性，控制模块要根据电场敏感磁性材料的非线性特性进行控制参数的选择，通过非线性的换算控制，达到近似线性的目标控制。本发明对磁性强度调节的设计范围为±20%。通过控制磁通的变化，从而控制变压器副边电压的输出，达到电压连续可调的目标。本发明可适用于单相和三相变压器的电压调节。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (6)
1.基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
于变压器磁路上设置由电场敏感磁性材料制作的调压模块，在调压模块与变压器输出侧之间设置电压调制模块和模拟电路比较器。
2.根据权利要求1所述的基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
调压模块包括电场敏感磁性材料主体、压电极板和控制电路。
3.根据权利要求2所述的基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
电场敏感磁性材料为石墨烯铁磁体。
4.根据权利要求3所述的基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
在变压器输出测PT测量输出侧电压，通过与参考电压比较，输出调节量产生电场E作用于调压模块，改变磁性材料的磁通ΔФ，ΔФ=kE， k为比例常数，该磁通ΔФ叠加于变压器输出侧的主磁通，通过反馈稳定Ф2，
磁通与电压控制磁性材料的换算关系为：
E＝1.029Y3-2.254Y2+0.869Y-1.327
其中E和Y代表施加的电场和磁性材料的杨氏模量，为磁场强度和施加电场强度的夹角，设计电压调制模块的换算量，调节施加在调压模块上的电压大小。
5.根据权利要求4所述的基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
调压模块根据调制换算量电压的大小，通过控制电路调节压电极板的电场强度，完成对石墨烯铁磁体磁性参数的调整。
6.根据权利要求5所述的基于电场敏感磁性材料的调压变压器结构，其特征在于：
通过模拟电路比较器输出的电压正向和负向偏离度，对电压敏感磁性材料的磁性参数进行正向和反向调节，改变变压器磁通量。
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