EP2622614A1 - Device and method for reducing a magnetic unidirectional flux fraction in the core of a transformer - Google Patents

Device and method for reducing a magnetic unidirectional flux fraction in the core of a transformer

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EP2622614A1
EP2622614A1 EP10760331.8A EP10760331A EP2622614A1 EP 2622614 A1 EP2622614 A1 EP 2622614A1 EP 10760331 A EP10760331 A EP 10760331A EP 2622614 A1 EP2622614 A1 EP 2622614A1
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EP
European Patent Office
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current
switching unit
compensation winding
transformer
core
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EP10760331.8A
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EP2622614B1 (en
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Peter Hamberger
Albert Leikermoser
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Siemens AG
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Siemens AG Oesterreich
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/38Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F7/00Regulating magnetic variables
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/33Arrangements for noise damping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/14Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias
    • H01F2029/143Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with variable magnetic bias with control winding for generating magnetic bias

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for reducing a magnetic DC component in the core of a transformer, having a measuring device which corresponds to the magnetic DC component
  • Sensor signal provides, with a compensation winding which is magnetically coupled to the core of the transformer, with a switching unit, which is arranged in a current path in series with the compensation winding, to the compensation winding in a current
  • the switching unit is controllable by means of a control provided by a control variable; Furthermore, the present invention relates to a method for converting a transformer.
  • electrical transformers as they are used in energy distribution networks, it may be to a
  • DC component can, for example, electronic
  • Construction components come as they are today in the
  • GIC Global System for Mobile Communications
  • a DC component in the core of the transformer results in a DC component, which is superimposed on the AC flux. This leads to an asymmetric modulation of the magnetic material in the core and brings a number of disadvantages. Even a DC of a few amps can cause local heating in the transformer
  • Another undesirable effect is an increased noise emission during operation of the transformer. This is especially troublesome when the transformer is installed near a living area.
  • Adjuster or a controller in conjunction with an associated sensor e.g. a microphone.
  • an associated sensor e.g. a microphone
  • Compensation winding of a transformer for the purpose of DC minimization a compensation current is fed. From a control device with independent power source is a controllable frequency for the current flow of the
  • MOSFET Semiconductor switch
  • Energy for generating the compensation current is taken from a capacitor which is charged cyclically via the freewheeling circuit of the MOSFET.
  • transformers as they are used in an energy distribution network, but is a capacitor as energy storage for the sake of
  • the invention relates to a method for converting a transformer. This object is related to a device with the
  • Switching unit network synchronous and according to a predetermined
  • Direct current causes in the soft magnetic core of
  • Transformers a reduction of the DC component, or cancel its effect in the core completely. As a result, it no longer comes to undesirable asymmetric modulation of the soft magnetic core. As a result, the thermal load of the winding of the transformer is lower. When operating the transformer are losses and Noise lower.
  • the device can be realized with comparatively simple means. Both discrete and or programmable devices can be used and are commercially available. Of great advantage is that no energy storage, such as a battery or a capacitor, is required for the generation of the compensation current. The energy for generating the compensation current is taken directly from the compensation winding. Because of its simplicity, that is
  • the application area includes both transformers in low or low voltage
  • Integral corresponds to the coil voltage and thus by a suitable control strategy over a period in a simple manner DC components of this voltage integral and thus the coil current can be achieved.
  • the load when switching on can be kept very low, since the temporal change of the current is limited by the inductance in the switch-on.
  • control device consists essentially of two
  • Function blocks consists of a phase detector and a timer.
  • the phase detector detects the zero crossing of the electrical induced in the compensation winding
  • Another protective measure to protect the switching device against inductive voltage peaks may be that parallel to the series circuit of inductance and
  • Switching unit is provided in a parallel circuit branch overvoltage protection.
  • the switching unit is formed from at least one thyristor.
  • the advantage of using a thyristor is first that a thyristor with a current pulse "ignited", that can be brought into the conductive state. During the positive half-wave of the mains voltage has the
  • Thyristor until the next zero crossing the property of a diode.
  • the end of the current flow time is effected by the thyristor itself by the holding current is exceeded and the thyristor automatically "clears", that is, goes into the non-conductive state.
  • other semiconductor switches such as GTO, IGBT transistors or other switching elements are conceivable.
  • Umposcnies could be used.
  • a particularly simple realization can, however, by an anti-parallel connection of two switching units,
  • the fuse ensures that an excessively high current is limited.
  • Control device is arranged outside the boiler of a transformer. The entire electronic circuit is thus accessible from the outside for inspection and maintenance.
  • Shunt part with a sensor coil includes.
  • Shunt part is at the core of the transformer, e.g. is disposed adjacent to a leg or yoke to bypass a portion of the magnetic flux. From this, guided in the shunt magnetic flux can be obtained by means of a sensor coil very easily a long-term stable sensor signal, which possibly after a signal processing the DC component shares very well. The measurement result is largely free of drift and for long-term stability. Because this detector is in
  • Timer is given, the timer of a phase detector, which is the phase of the in the
  • the timer may be a discrete device, or part of a digital circuit. It may be advantageous if the manipulated variable is the result of an arithmetic operation of a microprocessor.
  • the microprocessor can be used at the same time for signal processing of the sensor signal.
  • Arithmetic mean of this pulsating direct current can be easily specified according to the DC component to be compensated.
  • the electronic switching unit remains meaningfully switched on until the pulsating direct current has decayed.
  • overvoltage protection after turning off the electrical switching unit does not in fact absorb any residual magnetic energy stored in the coil.
  • the device according to the invention or the method according to the invention can also be advantageous in the case of transformers already in operation
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • Figure 2 is a representation of the time course of the induced voltage in the compensation winding of the compensation current
  • FIG. 1 shows a device 1 according to a
  • the device 1 essentially consists of a circuit arrangement which is connected via the terminals K1 and K2 to a compensation winding arrangement K.
  • the Compensation winding assembly K is housed in the transformer tank 12 and magnetically coupled to the core 4 of the transformer. It usually consists only of a winding with few turns, which is wound for example around a leg or a yoke part of the transformer. From the compensation winding K in the transformer tank 12 are the terminals on the terminals Kl and K2 in the
  • Compensation winding K induces an electrical voltage, which is used according to the invention to combat the disturbing DC component of the magnetic flux in the core 4. This is done by network-controlled switching a switching unit T.
  • the terminals K1 and K2 of the compensation winding K are connected to a control device 2.
  • the control device 2 consists essentially of a phase detector P and a timer TS.
  • the phase detector P e.g. a zero crossing detector initiates from the induced voltage
  • Trigger signal 8 from which is supplied to a timer TS. Together with a likewise the control device 2
  • Switching unit T is in a current path 3 in series with the compensation winding K and in series with an inductance L.
  • the inductance L is so dimensioned that when switching through the switching unit T a flowing in a current direction, sinusoidally pulsating current waveform is fed to the compensation winding K. becomes.
  • In the current path 3 is for the purpose of current limiting a
  • This fuse Si is arranged in Figure 1 between the terminal Kl and a switch S.
  • the switch S serves to close the current path 3
  • Pulsing current in the compensation winding K by its effect reduces the disturbing DC component or completely compensated for this.
  • Control device 2 of a measuring device 7 for measuring the DC component This provides the sensor signal 6, which is supplied to the control device 2.
  • the measuring device 7 operates according to the above-quoted fair principle of the magnetic bypass
  • PCT / EP2010 / 054857 That is, it basically consists of a magnetic shunt part that is at the core
  • Connection with a signal conditioning of the DC component can be determined. Switching off the electronic switching unit T takes place at zero crossing of the current (see Figure 2). This
  • Parallel branch 5 provided overvoltage protection V at
  • Switching unit are minimal because when switching on, due to the inductance L in the current path 3, the inrush current is low; even when switching off the switching losses are low because the switch-off is set so that it takes place at zero crossing or at least near zero current in the current path 3.
  • the arithmetic mean of the compensation current I GL is thus predetermined solely by the manipulated variable
  • Thyristors are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they are particularly
  • FIG. 2 shows the time course of the in the
  • the compensation current I GL has the form of juxtaposed sinusoidal half-waves 18 which are interrupted by current gaps 17, each half-wave 18 being symmetrical to half the period T / 2 of the induced voltage 10.
  • the switch-on time 14 is set as described above in synchronism with the network and in accordance with the manipulated variable 9.
  • the synchronization point for switching on is shown in FIG. 2 the falling zero crossing of the voltage 10.
  • the switching unit T e.g. one
  • Thyristor in the non-conductive state over.
  • a second switching unit T ' is indicated in FIG. 1 in a broken line.
  • Switching units T and T ' can be two, for example
  • Manipulated variable x is a nonlinear relationship, which is shown graphically in Figure 3 and is explained in more detail below:
  • T: period of the voltage at the
  • Figure 3 shows the functional relationship between the compensation current I GL (based on the maximum achievable compensation current I MAX at 100 percent) as a function of the manipulated variable according to equation (4).

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Abstract

The invention relates to a device for reducing a magnetic unidirectional flux fraction in the core of a transformer, comprising: - a measurement device (7) that provides a sensor signal (6) corresponding to the magnetic unidirectional flux fraction, - a compensation winding (K) that is magnetically coupled to the core (4) of the transformer, - a switching unit (T) arranged electrically in a current path (3) in series with the compensation winding (K) in order to feed a current into the compensation winding (K), wherein the action of said current is directed opposite to the unidirectional flux fraction. The arrangement is characterized in that the switching unit (T) can be controlled by means of a regulating variable (9) provided by a control device (2), wherein the switching unit (T) can be switched into a conductive state during a predefined time interval (16) and in accordance with the regulating variable (9), the switch-on time (14) being mains-synchronous. A device for limiting the current in the current path (3) is provided and the sensor signal (6) is fed to the control device (2).

Description

Beschreibung description
Vorrichtung und Verfahren zum Verringern eines magnetischen Gleichfluss-Anteils im Kern eines Transformators Apparatus and method for reducing a DC magnetic flux content in the core of a transformer
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verringern eines magnetischen Gleichfluss-Anteils im Kern eines Transformators, mit einer Messeinrichtung, welche ein dem magnetischen Gleichfluss-Anteil entsprechendes TECHNICAL FIELD The invention relates to an apparatus and a method for reducing a magnetic DC component in the core of a transformer, having a measuring device which corresponds to the magnetic DC component
Sensorsignal bereitstellt, mit einer Kompensationswicklung, welche magnetisch mit dem Kern des Transformators gekoppelt ist, mit einer Schalteinheit, welche elektrisch in einem Strompfad in Reihe mit der Kompensationswicklung angeordnet ist, um in die Kompensationswicklung einen Strom Sensor signal provides, with a compensation winding which is magnetically coupled to the core of the transformer, with a switching unit, which is arranged in a current path in series with the compensation winding, to the compensation winding in a current
einzuspeisen, dessen Wirkung dem Gleichfluss-Anteil feed its effect to the DC share
entgegengerichtet ist, wobei die Schalteinheit mittels einer von einer Steuereinrichtung bereitgestellten Stellgröße steuerbar ist; ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Umrüsten eines Transformators. is opposite, wherein the switching unit is controllable by means of a control provided by a control variable; Furthermore, the present invention relates to a method for converting a transformer.
Stand der Technik State of the art
Bei elektrischen Transformatoren, wie sie in Energie- Verteilungsnetzen eingesetzt werden, kann es zu einer In electrical transformers, as they are used in energy distribution networks, it may be to a
unerwünschten Einspeisung eines Gleichstroms in die unwanted feeding of a direct current in the
Primärwicklung oder Sekundärwicklung kommen. Eine solche Gleichstromeinspeisung, im Folgenden auch als DC-Anteil bezeichnet, kann beispielsweise von elektronischen  Primary winding or secondary winding come. Such DC supply, hereinafter also referred to as DC component can, for example, electronic
Baukomponenten herrühren, wie sie heutzutage bei der Construction components come as they are today in the
Ansteuerung von elektrischen Antrieben oder auch bei der Blindleistungskompensation verwendet werden. Eine andere Ursache können so genannte "Geomagnetically Induced Currents" (GIC) sein. Ein DC-Anteil hat im Kern des Transformators einen Gleichfluss-Anteil zur Folge, der sich dem Wechselfluss überlagert. Dies führt zu einer unsymmetrischen Aussteuerung des magnetischen Werkstoffs im Kern und bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich. Bereits ein Gleichstrom von wenigen Ampere kann eine lokale Erwärmung im Transformator Control of electric drives or used in the reactive power compensation. Another cause may be so-called "Geomagnetically Induced Currents" (GIC). A DC component in the core of the transformer results in a DC component, which is superimposed on the AC flux. This leads to an asymmetric modulation of the magnetic material in the core and brings a number of disadvantages. Even a DC of a few amps can cause local heating in the transformer
verursachen, was die Lebensdauer der Wicklungsisolation beeinträchtigen kann. Ein weiterer unerwünschter Effekt ist eine erhöhte Geräuschemission bei Betrieb des Transformators. Dies wird insbesondere dann als störend empfunden, wenn der Transformator in der Nähe eines Wohnbereichs installiert ist. which may affect the life of the winding insulation. Another undesirable effect is an increased noise emission during operation of the transformer. This is especially troublesome when the transformer is installed near a living area.
Zur Verringerung des Betriebsgeräusches eines Transformators sind verschiedene aktiv und passiv wirkende Einrichtungen bekannt. In der DE 40 21 860 C2 wird beispielsweise To reduce the operating noise of a transformer, various active and passive devices are known. For example, in DE 40 21 860 C2
vorgeschlagen, der Geräuschemission bereits in seiner suggested the noise already in his
Entstehungsursache entgegenzutreten, nämlich die magnetische Wirkung des eingespeisten DC-Anteils direkt zu bekämpfen. Hierzu wird am Transformator eine zusätzliche Wicklung angebracht, eine so genannte Kompensationswicklung. In diese Kompensationswicklung, die üblicherweise nur einige Windungen aufweist, wird ein Kompensationsstrom eingespeist, welcher in seiner magnetischen Wirkung so gerichtet ist, dass er im Kern des Transformators dem magnetischen Fluss des störenden DC- Anteils entgegengerichtet ist. Die Einstellung des Countering the cause, namely to combat the magnetic effect of the injected DC component directly. For this purpose, an additional winding is attached to the transformer, a so-called compensation winding. In this compensation winding, which usually has only a few turns, a compensation current is fed, which is directed in its magnetic action so that it is directed in the core of the transformer to the magnetic flux of the disturbing DC component. The setting of the
eingespeisten Gleichstroms erfolgt nach Maßgabe eines fed DC current takes place in accordance with a
Einstellers oder eines Steuergeräts in Verbindung mit einem zugeordneten Messfühler, z.B. einem Mikrophon. Eine solche Messeinrichtung erfüllt aber nicht die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und dem angestrebten möglichst geringen Adjuster or a controller in conjunction with an associated sensor, e.g. a microphone. However, such a measuring device does not meet the requirements for reliability and the desired as low as possible
Wartungsaufwand, wie sie für Transformatoren in einem Maintenance work, as for transformers in one
Energie-Verteilungsnetz heutzutage gestellt werden. Um den Gleichfluss-Anteil im Kern eines Transformators möglichst zuverlässig zu erfassen, wird in der Energy distribution network are put today. In order to detect the DC component in the core of a transformer as reliable as possible, is in the
unveröffentlichten PCT/EP2010/054857 eine Sensoreinrichtung vorgeschlagen, welche nach Art eines "magnetischen Bypass" arbeitet: mittels eines ferromagnetischen Nebenschluss-Teils wird ein Teil des magnetischen Hauptflusses am unpublished PCT / EP2010 / 054857 proposed a sensor device which in the manner of a "magnetic bypass" works: by means of a ferromagnetic shunt part, a part of the main magnetic flux at
Transformatorkern abgezweigt und stromabwärts wieder Transformer core branched off and downstream again
zugeführt. Aus diesem abgezweigten und im Nebenschluss zum Kern geführten Flussanteil wird entweder direkt, oder fed. From this branched and shunted to the core flow portion is either directly, or
indirekt aus einer davon abgeleiteten physikalischen Größe, die magnetische Feldstärke in dem vom Nebenschlusszweig überbrückten Kernabschnitt ermittelt. Diese Erfassung der magnetischen Feldstärke, beziehungsweise der magnetischen Erregung, ist zuverlässiger und für den Langzeiteinsatz besser geeignet. indirectly from a physical quantity derived therefrom, which determines magnetic field strength in the core section bridged by the shunt branch. This detection of the magnetic field strength, or the magnetic excitation, is more reliable and more suitable for long-term use.
Auch aus der WO 20004/013951 A2 ist eine Halbleiter- Schalteinheit bekannt, mittels derer in eine From WO 20004/013951 A2, a semiconductor switching unit is known, by means of which in a
Kompensationswicklung eines Transformators zum Zwecke der DC- Minimierung ein Kompensationsstrom eingespeist wird. Von einer Steuereinrichtung mit eigenständiger Stromquelle wird eine regelbare Frequenz für die Stromflussdauer der Compensation winding of a transformer for the purpose of DC minimization a compensation current is fed. From a control device with independent power source is a controllable frequency for the current flow of the
Halbleiterschalter (MOSFET) vorgegeben. Die elektrische Semiconductor switch (MOSFET) specified. The electric
Energie zum Erzeugen des Kompensationsstroms wird dabei einem Kondensator entnommen, der zyklisch über den Freilaufkreis der MOSFET aufgeladen wird. Bei Transformatoren, wie sie in einem Energie-Verteilungsnetz eingesetzt werden, ist aber ein Kondensator als Energiespeicher aus Gründen der Energy for generating the compensation current is taken from a capacitor which is charged cyclically via the freewheeling circuit of the MOSFET. In transformers, as they are used in an energy distribution network, but is a capacitor as energy storage for the sake of
Zuverlässigkeit und wegen dem angestrebten wartungsarmen Langzeitbetrieb nicht erwünscht. Reliability and not desirable because of the desired low-maintenance long-term operation.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine It is an object of the present invention to provide a
Vorrichtung und ein Verfahren zur Verringerung eines Device and method for reducing a
Gleichanteils eines magnetischen Flusses in einem DC component of a magnetic flux in one
Transformator anzugeben, welche im praktischen Einsatz für Transformatoren in einem Energie-Verteilungsnetz besser geeignet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umrüsten eines Transformators. Diese Aufgabe wird bezüglich einer Vorrichtung mit den Specify transformer, which are better suited in practical use for transformers in a power distribution network. Furthermore, the invention relates to a method for converting a transformer. This object is related to a device with the
Merkmalen des Patentanspruchs 1 und bezüglich eines Features of claim 1 and with respect to a
Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Umrüsten eines Transformators mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Aspekte und Method solved with the features of claim 10. Furthermore, the object is achieved by a method for converting a transformer having the features of claim 17. Advantageous embodiments, aspects and
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die in der Details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying drawings. The invention is based on the idea in the
Kompensationswicklung induzierte elektrische Spannung zu nutzen und für die Kompensation des störenden magnetischen Gleichfluss-Anteils heranzuziehen. Erfindungsgemäß wird mittels einer elektronischen Schalteinheit ein  Compensation winding induced electrical voltage to use and to use for the compensation of the disturbing magnetic DC component. According to the invention by means of an electronic switching unit
Kompensationsstrom erzeugt, wobei das Einschalten der Compensating generated, the switching of the
Schalteinheit netzsynchron und nach einer vorgegebenen Switching unit network synchronous and according to a predetermined
Schaltstrategie erfolgt. Erfindungsgemäß wird der Switching strategy is done. According to the invention
EinschaltZeitpunkt von der Phase der in der Start of the phase in the
Kompensationswicklung induzierten Spannung getriggert, und die Einschaltdauer richtet sich nach Maßgabe eines  Compensation winding induced voltage triggered, and the duty cycle is governed by a
Sensorsignals, welche eine Messeinrichtung bereitstellt. Auf diese Weise wird ein sinusförmig pulsierender Gleichstrom in die Kompensationswicklung eingespeist, dessen Größe durch eine Strombegrenzungseinrichtung begrenzt wird. Eine  Sensor signal, which provides a measuring device. In this way, a sinusoidally pulsating direct current is fed into the compensation winding whose size is limited by a current-limiting device. A
Energiequelle, das heißt eine Batterie oder ein Kondensator, ist für die Erzeugung dieses pulsieren Gleichstroms nicht erforderlich. Die Stromflussdauer dieses pulsierenden Energy source, that is a battery or a capacitor is not required for the generation of this pulsating direct current. The current flow duration of this pulsating
Gleichstroms kann auf einfache Weise und sehr genau nach Maßgabe des zugeführten Sensorsignals, welches Richtung und Größe des zu kompensierenden DC-Anteils vorgibt, eingestellt werden. Der Mittelwert dieses so erzeugten gepulsten DC current can be adjusted in a simple manner and very accurately in accordance with the supplied sensor signal, which dictates the direction and magnitude of the DC component to be compensated. The mean of this pulsed generated
Gleichstroms bewirkt im weichmagnetischen Kern des Direct current causes in the soft magnetic core of
Transformators eine Reduktion des Gleichfluss-Anteils , beziehungsweise hebt dessen Wirkung in Kern vollständig auf. Dadurch kommt es nicht mehr zu unerwünschten unsymmetrischen Aussteuerung des weichmagnetischen Kerns. In Folge davon ist die thermische Belastung der Wicklung des Transformators geringer. Bei Betrieb des Transformators sind Verluste und Geräusche geringer. Die Vorrichtung lässt sich dabei mit vergleichsweise einfachen Mitteln realisieren. Dabei können sowohl diskrete und oder programmierbare Bausteine verwendet werden und sind kommerziell verfügbar. Von großem Vorteil ist dabei, dass für die Erzeugung des Kompensationsstroms kein Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batterie oder ein Kondensator, erforderlich ist. Die Energie zur Erzeugung des Kompensationsstroms wird direkt der Kompensationswicklung entnommen. Auf Grund ihrer Einfachheit ist die Transformers a reduction of the DC component, or cancel its effect in the core completely. As a result, it no longer comes to undesirable asymmetric modulation of the soft magnetic core. As a result, the thermal load of the winding of the transformer is lower. When operating the transformer are losses and Noise lower. The device can be realized with comparatively simple means. Both discrete and or programmable devices can be used and are commercially available. Of great advantage is that no energy storage, such as a battery or a capacitor, is required for the generation of the compensation current. The energy for generating the compensation current is taken directly from the compensation winding. Because of its simplicity, that is
Zuverlässigkeit der Schaltungsanordnung hoch. Sie ist für den wartungsarmen Langzeitbetrieb eines Transformators in einem Energieverteilungsnetz gut geeignet. Der Einsatzbereich umfasst sowohl Transformatoren im Nieder- oder Reliability of the circuit high. It is well suited for the low-maintenance long-term operation of a transformer in an energy distribution network. The application area includes both transformers in low or low voltage
Mittelspannungsbereich, wie auch Transformatoren sehr hohe Leistung. Weder die Baugröße noch sicherheitsrelevante Medium voltage range, as well as transformers very high performance. Neither the size nor security relevant
Einrichtungen oder andere Auslegungskriterien des Facilities or other design criteria of the
Transformators werden durch den Einsatz der Erfindung Transformers are made by the use of the invention
ungünstig beeinflusst. Von besonderem Vorteil kann dabei sein, wenn zum Zweck der Strombegrenzung im Strompfad in Reihe mit der Schalteinheit und der Kompensationswicklung eine Induktivität angeordnet ist. Der Vorteil der Verwendung einer Induktivität im unfavorably influenced. Of particular advantage may be, if, for the purpose of current limiting in the current path in series with the switching unit and the compensation winding, an inductance is arranged. The advantage of using an inductance in the
Strompfad liegt alleine schon in der Tatsache begründet, dass der Spulenstrom der Kompensationswicklung dem zeitlichenRung alone is based on the fact that the coil current of the compensation winding the temporal
Integral der Spulenspannung entspricht und somit durch eine geeignete Steuerstrategie über eine Periode in einfacher Weise Gleichanteile dieses Spannungsintegrals und somit des Spulenstroms erzielbar sind. Bei entsprechender Wahl der Induktivität kann die Belastung beim Einschalten sehr gering gehalten werden, da die zeitliche Änderung des Stroms im Einschaltaugenblick durch die Induktivität begrenzt ist. Integral corresponds to the coil voltage and thus by a suitable control strategy over a period in a simple manner DC components of this voltage integral and thus the coil current can be achieved. With appropriate choice of the inductance, the load when switching on can be kept very low, since the temporal change of the current is limited by the inductance in the switch-on.
Grundsätzlich könnte anstelle der Induktivität auch ein anderer Zweipol verwendet werden. Schaltungstechnisch wäre auch ein ohmscher Widerstand denkbar, dessen Wirkverluste wären aber von Nachteil. Schaltungstechnisch günstig kann eine Ausführungsform sein, bei der die Steuereinrichtung im Wesentlichen aus zwei In principle, another two-pole could be used instead of the inductance. Circuit technology would also be an ohmic resistance conceivable, but its losses would be a disadvantage. In terms of circuit technology, an embodiment can be advantageous in which the control device consists essentially of two
Funktionsblöcken besteht, aus einem Phasendetektor und einem Zeitglied. Der Phasendetektor erfasst den Nulldurchgang der in der Kompensationswicklung induzierten elektrischen Function blocks consists of a phase detector and a timer. The phase detector detects the zero crossing of the electrical induced in the compensation winding
Spannung und liefert das Triggersignal für den Voltage and provides the trigger signal for the
EinschaltZeitpunkt des Zeitintervalls, dessen Dauer nach Maßgabe des Sensorsignals vorgegebenen wird. Eine weitere Schutzmaßnahme zum Schutz der Schalteinrichtung vor induktive Spannungsspitzen kann darin bestehen, dass parallel zur Serienschaltung von Induktivität und Start time of the time interval whose duration is specified in accordance with the sensor signal. Another protective measure to protect the switching device against inductive voltage peaks may be that parallel to the series circuit of inductance and
Schalteinheit in einem parallel liegenden Schaltungszweig ein Überspannungsschutz vorgesehen ist. Switching unit is provided in a parallel circuit branch overvoltage protection.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Schalteinheit aus zumindest einem Thyristor gebildet. Der Vorteil der Verwendung eines Thyristors liegt zunächst darin, dass ein Thyristor mit einem Stromimpuls "gezündet", das heißt in den leitenden Zustand gebracht werden kann. Während der positiven Halbschwingung der Netzspannung hat der In a very particularly preferred embodiment, the switching unit is formed from at least one thyristor. The advantage of using a thyristor is first that a thyristor with a current pulse "ignited", that can be brought into the conductive state. During the positive half-wave of the mains voltage has the
Thyristor bis zum nächsten Stromnulldurchgang die Eigenschaft einer Diode. Das Ende der Stromflussdauer wird vom Thyristor selbst bewirkt, indem der Haltestrom unterschritten wird und der Thyristor automatisch " löscht", das heißt in den nicht leitenden Zustand übergeht. Selbstverständlich sind auch andere Halbleiterschalter, wie GTO, IGBT Transistoren oder andere Schaltelemente denkbar. Um in der Kompensationswicklung einem Gleichstrom in beiden Stromrichtungen einspeisen zu können, sind verschiedene Thyristor until the next zero crossing the property of a diode. The end of the current flow time is effected by the thyristor itself by the holding current is exceeded and the thyristor automatically "clears", that is, goes into the non-conductive state. Of course, other semiconductor switches, such as GTO, IGBT transistors or other switching elements are conceivable. In order to be able to feed a DC current in both current directions in the compensation winding, there are various
Schaltungsvarianten möglich. Es könnten zwei gegensinnig gewickelte Kompensationswicklungen in Verbindung jeweils mit einem unipolaren Halbleiterschalter verwendet werden, bzw. eine Wicklung mit bipolaren Halbleiterschaltern. Circuit variants possible. It could be used in combination with a unipolar semiconductor switch, or a winding with bipolar semiconductor switches, two oppositely wound compensating windings.
Grundsätzlich könnte auch eine Umposchaltung eingesetzt werden. Eine besonders einfache Realisierung kann aber durch eine Antiparallelschaltung von zwei Schalteinheiten, Basically, a Umposchaltung could be used. A particularly simple realization can, however, by an anti-parallel connection of two switching units,
insbesondere zwei antiparallelen Thyristoren erreicht werden. in particular two antiparallel thyristors can be achieved.
Es kann von Vorteil sein, wenn im Strompfad in Reihe ein Schalter zum Ein- und Ausschalten, sowie eine den Stromfluss begrenzende Sicherung vorgesehen sind. Dadurch kann die It can be advantageous if a switch for switching on and off as well as a fuse limiting the current flow are provided in series in the current path. This allows the
Kompensationseinrichtung aktiviert beziehungsweise Compensation device activated or
deaktiviert werden. Im Fehlerfall sorgt die Sicherung für eine Begrenzung eines unzulässig hohen Stroms. be deactivated. In the event of an error, the fuse ensures that an excessively high current is limited.
Es kann günstig sein, wenn die Schalteinheit und die It may be convenient if the switching unit and the
Steuereinrichtung außerhalb des Kessels eines Transformators angeordnet wird. Die gesamte elektronische Schaltung ist dadurch von außen für Kontrolle und Wartung zugänglich. Control device is arranged outside the boiler of a transformer. The entire electronic circuit is thus accessible from the outside for inspection and maintenance.
Eine ganz besonders bevorzugte Ausführung der Erfindung, kann darin bestehen, dass die Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen Gleichfluss-Anteils einen magnetischen A very particularly preferred embodiment of the invention can consist in that the measuring device for detecting the magnetic DC component has a magnetic
Nebenschluss-Teil mit einer Sensorspule umfasst. Der Shunt part with a sensor coil includes. Of the
Nebenschluss-Teil ist am Kern des Transformators z.B. an einem Schenkel oder am Joch anliegend angeordnet ist, um einen Teil des magnetischen Flusses in einem Bypass zu führen. Aus diesem, im Nebenschluss geführten magnetischen Fluss, lässt sich mittels einer Sensorspule sehr leicht ein langzeitstabiles Sensorsignal gewinnen, welches ggf. nach einer Signalaufbereitung den Gleichfluss-Anteil (DC-Anteil) sehr gut abbildet. Das Messergebnis ist weitgehend frei von Drift und für langzeitstabil . Da dieser Detektor im Shunt part is at the core of the transformer, e.g. is disposed adjacent to a leg or yoke to bypass a portion of the magnetic flux. From this, guided in the shunt magnetic flux can be obtained by means of a sensor coil very easily a long-term stable sensor signal, which possibly after a signal processing the DC component shares very well. The measurement result is largely free of drift and for long-term stability. Because this detector is in
Wesentlichen aus dem Nebenschlussteil und der darauf Essentially from the minor part and the one on it
angeordneten Sensorspule besteht, besitzt er eine hohe arranged sensor coil, it has a high
Zuverlässigkeit . Reliability.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der The object stated at the outset is also achieved by a method which is characterized in that
EinschaltZeitpunkt der Schalteinheit synchron zu der in der Kompensationswicklung induzierten Spannung und nach Maßgabe eines Sensorsignals erfolgt, wobei das Sensorsignal von einer Messeinrichtung zum Erfassen des magnetischen Gleichfluss- Anteils der Steuereinrichtung zugeführt wird. Ein derartiges Verfahren lässt sich schaltungstechnisch sehr einfach mit wenigen Bauelementen realisieren. Eine günstige Ausgestaltung des Verfahrens kann so aussehen, dass die Schalteinheit mit einer Stellgröße gesteuert wird, welche von einem in der Steuereinrichtung vorhandenem EinschaltZeitpunkt the switching unit in synchronism with the voltage induced in the compensation winding and in accordance with a sensor signal, wherein the sensor signal from a measuring device for detecting the magnetic DC flux Proportion of the control device is supplied. Such a method can be implemented very easily with few components in terms of circuitry. A favorable embodiment of the method may be such that the switching unit is controlled with a manipulated variable, which of a present in the control device
Zeitglied vorgegeben wird, wobei das Zeitglied von einem Phasendetektor, welcher die Phase der in der Timer is given, the timer of a phase detector, which is the phase of the in the
Kompensationswicklung induzierten Spannung detektiert, getriggert wird. Das Zeitglied kann als diskreter Baustein, oder Teil einer digitalen Schaltung sein. Es kann von Vorteil sein, wenn die Stellgröße das Ergebnis einer Rechenoperation eines Mikroprozessors ist. Der Mikroprozessor kann dabei gleichzeitig auch zur Signalaufbereitung des Sensorsignals verwendet werden. Compensation winding induced voltage is detected, triggered. The timer may be a discrete device, or part of a digital circuit. It may be advantageous if the manipulated variable is the result of an arithmetic operation of a microprocessor. The microprocessor can be used at the same time for signal processing of the sensor signal.
In einer besonders bevorzugten Ausführung wird die In a particularly preferred embodiment, the
Schalteinheit so angesteuert, dass in der Switching unit so controlled that in the
Kompensationswicklung ein pulsierender Gleichstrom Compensation winding a pulsating direct current
eingespeist wird. Dies hat den Vorteil, dass der is fed. This has the advantage that the
arithmetische Mittelwert dieses pulsierenden Gleichstroms sehr einfach nach Maßgabe des zu kompensierenden DC-Anteils vorgegeben werden kann. Die elektronische Schalteinheit bleibt zwecks Reduktion der in der Induktivität gespeicherten magnetischen Energie sinnvoller Weise solange eingeschaltet, bis der pulsierende Gleichstrom abgeklungen ist. Somit hat ein Überspannungsschutz nach dem Ausschalten der elektrischen Schalteinheit faktisch keine, in der Spule gespeicherte magnetische Restenergie zu absorbieren. Arithmetic mean of this pulsating direct current can be easily specified according to the DC component to be compensated. For the purpose of reducing the magnetic energy stored in the inductance, the electronic switching unit remains meaningfully switched on until the pulsating direct current has decayed. Thus, overvoltage protection after turning off the electrical switching unit does not in fact absorb any residual magnetic energy stored in the coil.
Weiterhin wird zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe auch ein Verfahren zum Umrüsten eines Transformators Furthermore, to achieve the above object, a method for converting a transformer
angegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren, lässt sich auch bei bereits in Betrieb befindlichen Transformatoren vorteilhaft specified. The device according to the invention or the method according to the invention can also be advantageous in the case of transformers already in operation
einsetzen. Der Aufwand ist hierbei sehr gering. Eine deploy. The effort is very low. A
Umrüstung ist insbesondere dann sehr einfach, wenn eine bereits im Transformatorkessel angeordnete Conversion is very easy, especially if one already arranged in the transformer tank
Kompensationswicklung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In diesem Fall braucht der Compensation winding according to the present invention can be used. In this case, the need
Transformatorkessel nicht geöffnet zu werden, sondern die erfindungsgemäße Einrichtung nur mit den bereits Transformer tank not to be opened, but the inventive device only with the already
herausgeführten Klemmen der Kompensationswicklung verbunden werden . led out terminals of the compensation winding are connected.
Kurzbeschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anhand eines nicht To further explain the invention, reference is made in the following part of the description to the drawings, from which further advantageous embodiments, details and further developments of the invention with reference to a non
einschränkenden Ausführungsbeispiels zu entnehmen sind. restrictive embodiment can be seen.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of the invention
Vorrichtung, dargestellt in einer vereinfachten Device presented in a simplified
Ski zze; Skis;
Figur 2 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der in der Kompensationswicklung induzierten elektrischen Spannung des Kompensationsstroms; Figure 2 is a representation of the time course of the induced voltage in the compensation winding of the compensation current;
Figur 3 eine Darstellung des Kompensationsstroms als 3 shows a representation of the compensation current as
Funktion der Stellgröße;  Function of the manipulated variable;
Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 gemäß einem FIG. 1 shows a device 1 according to a
Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer vereinfachtenEmbodiment of the invention in a simplified
Darstellung. Die Vorrichtung 1 besteht im Wesentlichen aus einer Schaltungsanordnung die über die Klemmen Kl und K2 an eine Kompensationswicklungsanordnung K angeschlossen. Die Kompensationswicklungsanordnung K ist im Transformatorkessel 12 untergebracht und mit dem Kern 4 des Transformators magnetisch gekoppelt. Sie besteht üblicherweise nur aus einer Wicklung mit wenigen Windungen, die beispielsweise um einen Schenkel oder um ein Jochteil des Transformators gewickelt ist. Von der Kompensationswicklung K im Transformatorkessel 12 sind die Anschlüsse an den Klemmen Kl und K2 in den Presentation. The device 1 essentially consists of a circuit arrangement which is connected via the terminals K1 and K2 to a compensation winding arrangement K. The Compensation winding assembly K is housed in the transformer tank 12 and magnetically coupled to the core 4 of the transformer. It usually consists only of a winding with few turns, which is wound for example around a leg or a yoke part of the transformer. From the compensation winding K in the transformer tank 12 are the terminals on the terminals Kl and K2 in the
Außenraum 13 herausgeführt. Bei Betrieb des Transformators wird in der Outside space 13 brought out. When operating the transformer is in the
Kompensationswicklung K eine elektrische Spannung induziert, die gemäß der Erfindung dazu genutzt wird, den störenden Gleichanteil des magnetischen Flusses im Kern 4 zu bekämpfen. Dies erfolgt durch netzgeführtes Schalten einer Schalteinheit T.  Compensation winding K induces an electrical voltage, which is used according to the invention to combat the disturbing DC component of the magnetic flux in the core 4. This is done by network-controlled switching a switching unit T.
Im Folgenden wird näher erläutert, wie der in Figur 2 The following is explained in more detail, as in FIG. 2
dargestellte Verlauf des Kompensationsstroms erzeugt wird: Wie aus der Darstellung der Figur 1 zu entnehmen ist, sind die Klemmen Kl und K2 der Kompensationswicklung K mit einer Steuereinrichtung 2 verbunden. Die Steuereinrichtung 2 besteht im Wesentlichen aus einem Phasendetektor P und einem Zeitglied TS. Der Phasendetektor P, z.B. ein Nulldurchgang- Detektor, leitet aus der induzierten Spannung ein As can be seen from the representation of FIG. 1, the terminals K1 and K2 of the compensation winding K are connected to a control device 2. The control device 2 consists essentially of a phase detector P and a timer TS. The phase detector P, e.g. a zero crossing detector initiates from the induced voltage
Triggersignal 8 ab, welches einem Zeitglied TS zugeführt ist. Zusammen mit einem ebenfalls der Steuereinrichtung 2  Trigger signal 8 from which is supplied to a timer TS. Together with a likewise the control device 2
zugeführten Steuersignals 6, stellt die Steuereinrichtung 2 ausgangsseitig eine Stellgröße 9 bereit, welche einer supplied control signal 6, the control device 2 on the output side a manipulated variable 9 ready, which a
elektronischen Schalteinheit T zugeleitet ist. Die electronic switching unit T is fed. The
Schalteinheit T liegt in einem Strompfad 3 in Reihe mit der Kompensationswicklung K und in Reihe mit einer Induktivität L. Die Induktivität L ist dabei so bemessen, dass bei einem Durchschalten der Schalteinheit T ein in eine Stromrichtung fließender, sinusförmig pulsierender Stromverlauf in die Kompensationswicklung K eingespeist wird. Im Strompfad 3 ist zum Zweck der Strombegrenzung eine Switching unit T is in a current path 3 in series with the compensation winding K and in series with an inductance L. The inductance L is so dimensioned that when switching through the switching unit T a flowing in a current direction, sinusoidally pulsating current waveform is fed to the compensation winding K. becomes. In the current path 3 is for the purpose of current limiting a
Sicherung Si vorgesehen. Diese Sicherung Si ist in Figur 1 zwischen der Klemme Kl und einem Schalter S angeordnet. Der Schalter S dient dazu, den Strompfad 3 zu schließen Secured Si provided. This fuse Si is arranged in Figure 1 between the terminal Kl and a switch S. The switch S serves to close the current path 3
beziehungsweise zu trennen. or separate.
Gemäß der Erfindung erfolgt das Einschalten der According to the invention, turning on the
elektronischen Schalteinheit T phasensynchron zur Spannung in der Kompensationswicklung K und nach einer vorgegebenen electronic switching unit T phase synchronous to the voltage in the compensation winding K and after a predetermined
Schaltstrategie. Das heißt, je nach Größe und Richtung des einzubringenden Kompensationsstroms wird der Shift strategy. That is, depending on the size and direction of the compensation current to be introduced
EinschaltZeitpunkt mithilfe des vom Phasendetektor P Start time using the phase detector P
gesteuerten Zeitgliedes TS entsprechend einem untenstehend näher erläuterten funktionalen Zusammenhang derart gesteuert, dass der resultierende arithmetische Mittelwert des Controlled timer TS controlled according to a functional relationship explained in more detail below such that the resulting arithmetic mean of the
pulsierenden Stromes in der Kompensationswicklung K durch seine Wirkung den störenden Gleichfluss-Anteil verringert beziehungsweise diesen vollständig kompensiert. Die Information bezüglich Größe und Richtung des zu Pulsing current in the compensation winding K by its effect reduces the disturbing DC component or completely compensated for this. The information regarding size and direction of the
kompensierenden Gleichfeldanteils im Kern 4 erhält die compensating DC field component in the core 4 receives the
Steuereinrichtung 2 von einer Messeinrichtung 7 zum Messen des Gleichfluss-Anteils . Diese stellt das Sensorsignal 6 bereit, welches der Steuereinrichtung 2 zugeführt ist. Mit besonderem Vorteil arbeitet die Messeinrichtung 7 gemäß dem eingangs zitierten Messeprinzip des magnetischen Bypass Control device 2 of a measuring device 7 for measuring the DC component. This provides the sensor signal 6, which is supplied to the control device 2. With particular advantage, the measuring device 7 operates according to the above-quoted fair principle of the magnetic bypass
(PCT/EP2010/054857) . Das heißt, sie besteht im Wesentlichen aus einem magnetischen Nebenschluss-Teil , der am Kern (PCT / EP2010 / 054857). That is, it basically consists of a magnetic shunt part that is at the core
angeordnet ist, um einen Anteil des magnetischen Flusses in einem Bypass zu führen, aus denen dann, beispielsweise mit einer am Nebenschluss-Teil angeordneten Sensorspule in is arranged to lead a portion of the magnetic flux in a bypass, from which then, for example, with a arranged at the shunt part sensor coil in
Verbindung mit einer Signalaufbereitung der Gleichfluss- Anteil ermittelt werden kann. Das Ausschalten der elektronischen Schalteinheit T erfolgt bei Nulldurchgang des Stroms (siehe Figur 2) . Dieser Connection with a signal conditioning of the DC component can be determined. Switching off the electronic switching unit T takes place at zero crossing of the current (see Figure 2). This
Zeitpunkt lässt sich sehr einfach ermitteln, da die Time can be determined very easily, since the
Stromflussdauer 16 der zweifachen Stellgröße x (Signal 9 in Figur 2) entspricht. Dadurch wird erreicht, dass der im Current flow time 16 twice the manipulated variable x (signal 9 in Figure 2) corresponds. This ensures that the im
Parallelzweig 5 vorgesehene Überspannungsschutz V beim Parallel branch 5 provided overvoltage protection V at
Ausschalten nur eine geringe magnetische Restenergie Turn off only a small residual magnetic energy
absorbieren muss. Die Schaltverluste der elektronischen must absorb. The switching losses of the electronic
Schalteinheit sind minimal, da beim Einschalten, bedingt durch die Induktivität L im Strompfad 3, der Einschaltstrom gering ist; auch beim Ausschalten sind die Schaltverluste gering, da der AusschaltZeitpunkt so festgelegt ist, dass er bei Nulldurchgang oder zumindest nahe Strom Null im Strompfad 3 erfolgt. Switching unit are minimal because when switching on, due to the inductance L in the current path 3, the inrush current is low; even when switching off the switching losses are low because the switch-off is set so that it takes place at zero crossing or at least near zero current in the current path 3.
Der arithmetische Mittelwert des Kompensationsstroms I GL ist damit allein von dem durch die Stellgröße vorgegebenen The arithmetic mean of the compensation current I GL is thus predetermined solely by the manipulated variable
EinschaltZeitpunkt bestimmt. Thyristoren sind als Schalter für die Schalteinheit T besonders geeignet, da sie Switch-on time determined. Thyristors are particularly suitable as switches for the switching unit T, since they
prinzipbedingt bei Erreichen des stromlosen Zustandes, genauer gesagt beim Unterschreiten des so genannten in principle when reaching the de-energized state, more precisely when falling below the so-called
Haltestroms, von selbst wieder in den nicht leitenden Zustand übergehen . Holding current, by itself go back to the non-conductive state.
Indem der EinschaltZeitpunkt durch das Signal 9 vorgegebenen wird und synchron zum Netz erfolgt, und indem das Ausschalten der Schalteinheit T bei Nulldurchgang des Stromes By the turn-on time is given by the signal 9 and takes place synchronously with the network, and by turning off the switching unit T at zero crossing of the current
durchgeführt wird, ist der arithmetische Mittelwert des is performed, is the arithmetic mean of the
Kompensationsstroms I GL sehr genau durch die Stellgröße x beziehungsweise das Stellgrößensignal 9 einstellbar. Compensation current I GL very precisely by the manipulated variable x or the manipulated variable signal 9 adjustable.
Die Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der in der FIG. 2 shows the time course of the in the
Kompensationswicklung K induzierten Spannung 10 und den durch die erfindungsgemäße Schaltstrategie vorgegebenen Compensation winding K induced voltage 10 and the predetermined by the switching strategy of the invention
pulsierenden Gleichstrom 11 (Kompensationsstrom I GL ) . Der Kompensationsstrom I GL weist die Form aneinander gereihter sinusförmiger Halbwellen 18 auf, die von Stromlücken 17 unterbrochen sind, wobei jede Halbwellen 18 symmetrisch zur halben Periodendauer T/2 der induzierten Spannung 10 ist. Der EinschaltZeitpunkt 14 wird wie oben dargestellt im Gleichlauf mit dem Netz und nach Maßgabe der Stellgröße 9 vorgegeben. Der Synchronisationspunkt für das Einschalten ist in Figur 2 der abfallende Nulldurchgang der Spannung 10. Durch geeignete Wahl der Induktivität L folgt nach dem Durchschalten der Schalteinheit T der Strom in Strompfad 3 dem Integral der elektrischen Spannung 10, das heißt, er hat beim pulsating DC 11 (compensation current I GL ). The compensation current I GL has the form of juxtaposed sinusoidal half-waves 18 which are interrupted by current gaps 17, each half-wave 18 being symmetrical to half the period T / 2 of the induced voltage 10. The switch-on time 14 is set as described above in synchronism with the network and in accordance with the manipulated variable 9. The synchronization point for switching on is shown in FIG. 2 the falling zero crossing of the voltage 10. By a suitable choice of the inductance L follows after switching through the switching unit T, the current in the current path 3 the integral of the electrical voltage 10, that is, he has at
Nulldurchgang der elektrischen Spannung 10 seinen Maximalwert und klingt dann wieder ab. Wenn der Kompensationsstrom 11 nahezu Null ist, geht die Schalteinheit T, z.B. ein Zero crossing of the electrical voltage 10 its maximum value and then stops again. When the compensation current 11 is almost zero, the switching unit T, e.g. one
Thyristor, in den nicht leitenden Zustand über. Die Thyristor, in the non-conductive state over. The
Stromflussdauer 16 ist durch die Stellgröße 9 oder durch das Löschen des Thyristors bestimmt. Jeder Halbwellen 18 folgt eine Stromlücken 17. Current flow time 16 is determined by the manipulated variable 9 or by the clearing of the thyristor. Each half-waves 18 follows a current gaps 17th
Um in der Wicklung K einen Kompensationsstrom IGL in beiden Richtungen vorzugeben, ist in Figur 1 in unterbrochener Linie eine zweite Schalteinheit T' angedeutet. Die beiden In order to predetermine in the winding K a compensation current I GL in both directions, a second switching unit T 'is indicated in FIG. 1 in a broken line. The two
Schalteinheiten T und T' können beispielsweise zwei Switching units T and T 'can be two, for example
antiparallel geschaltete Thyristoren seien. be anti-parallel connected thyristors.
Zwischen dem erzeugten Kompensationsstrom IGL und der Between the generated compensation current I GL and the
Stellgröße x besteht ein nichtlinearer Zusammenhang, der in Figur 3 graphisch dargestellt ist und im Folgenden näher erläutert wird: Manipulated variable x is a nonlinear relationship, which is shown graphically in Figure 3 and is explained in more detail below:
In der folgenden Betrachtung wird davon ausgegangen, dass der ohmsche Widerstand der Spule vernachlässigt werden kann. In the following discussion it is assumed that the ohmic resistance of the coil can be neglected.
Somit gilt für den funktionalen Zusammenhang zwischen Thus applies to the functional relationship between
Spulenstrom lL(t) und Spulenspannung UL(t) näherungsweise: Coil current I L (t) and coil voltage U L (t) approximately:
(t) - IL(t=0) ] = [1/L] . [ f IL(t) .dt ] (1) (t) - I L (t = 0)] = [1 / L]. [f I L (t) .dt] (1)
Sei nun: Now be:
T := Periodendauer der Spannung an der T: = period of the voltage at the
Kompensationswicklung [ s ] 0 := Scheitelwert der Spannung an der Compensation winding [s] 0: = peak value of the voltage at the
Kompensationswicklung [ V ] Compensation winding [V]
L := Induktivität der Spule [ H ] x := Stellgröße in Prozenten [ % ] und sei ferner die Zeit t definiert durch: L: = inductance of the coil [H] x: = manipulated variable in percent [%] and let the time t be defined by:
1 1
dann folgt für den maximal erreichbaren arithmetischen then follows for the maximum achievable arithmetic
Mittelwert (Gleichanteil) des Spulenstromes bzw. des Mean value (DC component) of the coil current or the
Kompensationsstromes IMAX bei einer Stellgröße von 100 Prozent Compensation current I MAX at a control value of 100 percent
_U_ T _U_ T
MAX L' 2π ' (3) MAX L ' 2π' (3)
Für den arithmetischen Mittelwert (Gleichanteil) des For the arithmetic mean (DC component) of the
Spulenstromes bzw. Kompensationsstromes I GL [A] als Funktion der Stellgröße x [%] ergibt sich nach einiger Coil current or compensation current I GL [A] as a function of the manipulated variable x [%] results after a few
Zwischenrechnung : Interim bill:
Für den Effektivwert des im Kompensationsstromsignal For the RMS value of the compensation current signal
enthaltenen Grundwellenanteiles IQW [A eff ] als Funktion der Stellgröße x [ % ] folgt : The fundamental wave component IQ W [A eff ] contained as a function of the manipulated variable x [%] follows:
Darüber hinaus gilt für den Effektivwert des im In addition, applies to the RMS value of the
Kompensationsstromsignal enthaltenen Spektralanteiles low [A EFF ] der (k) ten Harmonischen als Funktion der  Compensation current signal contained spectral component low [A EFF] of the (k) th harmonic as a function of
Stellgröße x [ % ] :  Control value x [%]:
Mit : ^eNund k > 2 With: ^ eN and k> 2
Figur 3 zeigt den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Kompensationsstrom IGL (bezogen auf den maximal erreichbaren Kompensationsstrom IMAX bei 100 Prozent) in Abhängigkeit der Stellgröße entsprechend Gleichung (4) . Figure 3 shows the functional relationship between the compensation current I GL (based on the maximum achievable compensation current I MAX at 100 percent) as a function of the manipulated variable according to equation (4).
Wenn die Größe und Richtung des zu kompensierenden When the size and direction of the compensated
Gleichfluss-Anteils bekannt ist (Sensorsignal 6) , ermittelt die Steuereinrichtung gemäß der obigen Darstellung  DC share is known (sensor signal 6) determines the controller according to the above representation
beziehungsweise des in Figur 3 dargestellten Zusammenhangs, die zur Kompensation erforderliche Stellgröße x (Signal 9) . Dadurch kann auf einfache Weise bei einem Transformator die thermische Belastung der Wicklung sowie die störende Emission von Geräuschen reduziert werden. Die oben erläuterte or the relationship shown in FIG. 3, the manipulated variable x (signal 9) required for the compensation. As a result, in a simple manner in a transformer, the thermal load of the winding and the disturbing emission be reduced by noises. The above explained
elektronische Schaltung kann potenzialfrei aufgebaut werden. Dadurch treten auch im Einsatzbereich von hohen electronic circuit can be constructed potential-free. This also occurs in the field of use of high
Netzspannungen keine Isolationsprobleme auf. Mains voltages no insulation problems.
Zusammenstellung der verwendeten AI korrigiere Bezugszeichen Compilation of AI used correct reference numerals
1 Schaltungsvorrichtung 1 circuit device
2 Steuereinrichtung  2 control device
3 Strompfad  3 current path
4 magnetischer Kern des Transformators  4 magnetic core of the transformer
5 Parallelzweig  5 parallel branch
6 Sensorsignal  6 sensor signal
7 Messeinrichtung zum erfassen des Gleichfluss-Anteils 7 Measuring device for detecting the DC component
8 Triggersignal 8 trigger signal
9 Signal Stellgröße x  9 signal manipulated variable x
10 zeitlicher Verlauf der elektrischen Spannung an der  10 temporal course of the electrical voltage at the
Kompensationswicklung  compensation winding
11 zeitliche Verlauf des Kompensationsstroms I GL im 11 time course of the compensation current I GL im
Strompfad 3  Rung 3
12 Kesselraum Transformators  12 boiler room transformers
13 Außenraum  13 outdoor space
14 EinschaltZeitpunkt  14 switch-on time
15 AusschaltZeitpunkt  15 switch-off time
16 Stromflussdauer  16 current flow duration
17 Stromlücken  17 power gaps
18 Halbwelle  18 half wave
L Spule L coil
T Schalteinheit, Thyristor  T switching unit, thyristor
V Überspannungsschütz  V surge arrester
TS Zeitglied  TS timer
P Phasendetektor  P phase detector
K Kompensationswicklung  K compensation winding
S Schalter  S switch
Si Sicherung  Si fuse
I GL Kompensationsström  I GL compensation stream
Kl Anschlussklemme  Kl connection terminal
K2 Anschlussklemme  K2 connection terminal
X Stellgröße  X manipulated variable

Claims

Patentansprüche claims
Vorrichtung zur Verringerung eines magnetischen Device for reducing a magnetic
Gleichfluss-Anteils im Kern eines Transformators, umfassend :  DC component in the core of a transformer, comprising:
- eine Messeinrichtung (7), welche ein dem  - A measuring device (7), which a the
magnetischen Gleichfluss-Anteil entsprechendes Sensorsignal (6) bereitstellt,  magnetic flux component corresponding sensor signal (6) provides
- eine Kompensationswicklung (K) , welche magnetisch mit dem Kern (4) des Transformators gekoppelt ist, a compensation winding (K) which is magnetically coupled to the core (4) of the transformer,
- eine Schalteinheit (T) , welche elektrisch in einem Strompfad (3) in Reihe mit der - A switching unit (T), which electrically in a current path (3) in series with the
Kompensationswicklung (K) angeordnet ist, um in die Kompensationswicklung (K) einen Strom einzuspeisen, dessen Wirkung dem Gleichfluss-Anteil  Compensation winding (K) is arranged to feed into the compensation winding (K) a current whose effect the DC component
entgegengerichtet ist, wobei die Schalteinheit (T) mittels einer von einer Steuereinrichtung (2) bereitgestellten Stellgröße (9) steuerbar ist,  is opposite, wherein the switching unit (T) by means of a control device (2) provided control variable (9) is controllable,
- dadurch gekennzeichnet,  - characterized,
dass die Schalteinheit (T) während eines vorgebbaren Zeitintervalls (16), dessen  that the switching unit (T) during a predetermined time interval (16) whose
EinschaltZeitpunkt (14) netzsynchron und nach  Switch-on time (14) mains synchronous and after
Maßgabe der Stellgröße (9) in einen leitenden  Specification of the manipulated variable (9) in a conducting
Zustand schaltbar ist, wobei eine Einrichtung zur Strombegrenzung im Strompfad (3) vorgesehen ist, und wobei der Steuereinrichtung (2) das  State is switchable, wherein a means for current limiting in the current path (3) is provided, and wherein the control device (2) the
Sensorsignal (6) zugeführt ist.  Sensor signal (6) is supplied.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Strombegrenzung durch eine Strompfad (3) in Reihe zur Kompensationswicklung (K) zur Schalteinheit (T) geschaltete Induktivität (L) gebildet ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for current limiting by a current path (3) in series with the compensation winding (K) to the switching unit (T) connected inductance (L) is formed.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) eine Einrichtung (P) zum Erfassen der Phase der Spannung in der Kompensationswicklung (K) und Einrichtung (TS) zur Vorgabe des Zeitintervalls (16) umfasst. in that the control device (2) has a device (P) for detecting the phase of the voltage in the compensation winding (K) and means (TS) for specifying the time interval (16).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) so gesteuert ist, dass der im Strompfad (3) fließende Strom (I GL) ein pulsierende Gleichstrom ist und die Schalteinheit (T) ausschaltet, wenn der Strom (I GD im Strompfad (3) null oder nahezu Null ist. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the switching unit (T) is controlled so that in the current path (3) current flowing (I GL ) is a pulsating direct current and the switching unit (T) turns off when the power (I G D in the current path (3) is zero or nearly zero.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Gleichstrom (I GL) aus periodisch wiederkehrenden Halbwellen (18) und aus benachbarte Halbwellen (18) verbindende Stromlücken (17) gebildet ist . Apparatus according to claim 4, characterized in that the pulsating direct current (I GL ) from periodically recurring half-waves (18) and from adjacent half-waves (18) connecting current gaps (17) is formed.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) aus zumindest einem Halbleiterschalter, bevorzugt aus zumindest einem Thyristor, GTO oder IGBT gebildet ist. Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the switching unit (T) is formed from at least one semiconductor switch, preferably from at least one thyristor, GTO or IGBT.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren gebildet ist. Apparatus according to claim 6, characterized in that the switching unit (T) is formed of two anti-parallel connected thyristors.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Strompfad (3) eine Sicherung (Si) und ein Schalter (S) angeordnet ist. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the current path (3) a fuse (Si) and a switch (S) is arranged.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (7) zum Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring device (7) for
Erfassen des magnetischen Gleichfluss-Anteils ein magnetisches Nebenschluss-Teil mit einer Sensorspule umfasst, wobei das Nebenschluss-Teil am Kern des Detecting the magnetic DC component comprises a magnetic bypass part with a sensor coil, wherein the shunt part at the core of
Transformators angeordnet ist, um einen Teil des magnetischen Flusses als Bypass zu führen, und das Sensorsignal von der in der Sensorspule induzierten Spannung abgeleitet oder daraus gebildet ist. Transformer is arranged to bypass a portion of the magnetic flux, and the sensor signal is derived from the voltage induced in the sensor coil or formed thereof.
10. Verfahren zur Verringerung eines magnetischen 10. Method for reducing a magnetic
Gleichfluss-Anteils im Kern eines Transformators, mit einer Schalteinheit (T) , die von einer Steuereinrichtung (2) gesteuert ist, um in eine mit dem Kern (4)  DC component in the core of a transformer, comprising a switching unit (T) controlled by a control device (2) to be connected to the core (4).
gekoppelte Kompensationswicklung (K) einen  coupled compensation winding (K) one
Kompensationsstrom (IGL) einzuspeisen, dessen Wirkung im Kern dem Gleichfluss-Anteil entgegengerichtet ist, wobei die Schalteinheit (T) in einem Strompfad (3) in Reihe mit der Kompensationswicklung (K) angeordnet ist, wobei der im Strompfad (3) fließende Strom mittels einer Compensation current (I GL ) feed, the effect of which is directed in the core of the DC component, wherein the switching unit (T) in a current path (3) in series with the compensation winding (K) is arranged, wherein the current in the current path (3) current by means of a
Strombegrenzungseinrichtung begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) synchron zu der in der Kompensationswicklung (K) induzierten  Current limiting device is limited, characterized in that the switching unit (T) in synchronism with that in the compensation winding (K) induced
Spannung und nach Maßgabe eines Sensorsignals (6) zu einem Einschalt Zeitpunkt (14) eingeschaltet wird, wobei das Sensorsignal (6) von einer Messeinrichtung (7) zum Erfassen des magnetischen Gleichfluss-Anteils  Voltage and in accordance with a sensor signal (6) is turned on at a switch-on time (14), wherein the sensor signal (6) by a measuring device (7) for detecting the magnetic DC component
bereitgestellt und der Steuereinrichtung (2) zugeführt wird .  is provided and the control device (2) is supplied.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strombegrenzungseinrichtung durch eine im 11. The method according to claim 10, characterized in that the current limiting device by a in the
Strompfad (3) in Reihe zur Kompensationswicklung (K) und zur Schalteinheit (T) geschaltete Induktivität (L) gebildet wird.  Current path (3) in series to the compensation winding (K) and to the switching unit (T) connected inductance (L) is formed.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch 12. The method according to claim 10 or 11, characterized
gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) mit einer Stellgröße (9) gesteuert wird, welche von einem in der Steuereinrichtung (2) vorhandenen Zeitglied (TS) vorgegeben wird, wobei das Zeitglied (TS) von einem Phasendetektor (P) , welcher die Phase der in der  in that the switching unit (T) is controlled by a manipulated variable (9) which is predetermined by a timer (TS) present in the control device (2), the timer (TS) being controlled by a phase detector (P) which detects the phase the Indian
Kompensationswicklung (K) induzierten Spannung  Compensation winding (K) induced voltage
detektiert, getriggert wird.  detected, triggered.
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch 13. The method according to claim 10, 11 or 12, characterized
gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) so angesteuert wird, dass in der Kompensationswicklung (K) ein pulsierender Gleichstrom (11) eingespeist wird. characterized in that the switching unit (T) so is controlled, that in the compensation winding (K) a pulsating direct current (11) is fed.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der pulsierende Gleichstrom (11) durch periodisch wiederkehrende sinusförmige Halbwellen (18) und 14. The method according to claim 13, characterized in that the pulsating direct current (11) by periodically recurring sinusoidal half-waves (18) and
dazwischen liegende Stromlücken (17) gebildet wird.  intervening power gaps (17) is formed.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch 15. The method according to claim 14, characterized
gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) am Ende einer Halbwelle in einem nahezu stromlosen oder in einem stromlosen Zustand ausgeschaltet wird.  characterized in that the switching unit (T) is turned off at the end of a half-wave in a near de-energized or in a de-energized state.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, 16. The method according to any one of claims 10 to 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (T) zumindest einen Thyristor umfasst und das Ausschalten durch das Unterschreiten des Haltestroms des zumindest einen Thyristors vorgegeben wird.  characterized in that the switching unit (T) comprises at least one thyristor and the switching off is predetermined by falling below the holding current of the at least one thyristor.
17. Verfahren zum Umrüsten eines Transformators, bei dem eine magnetisch mit dem Kern (4) des Transformators gekoppelte Kompensationswicklung (K) mit einer 17. A method for converting a transformer, wherein a magnetically coupled to the core (4) of the transformer compensation winding (K) with a
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 verbunden wird oder das in den Ansprüchen 10 bis 16 definierte Verfahren in Verbindung mit der Kompensationswicklung (K) zur Anwendung gebracht wird.  A device according to any one of claims 1 to 9, or the method defined in claims 10 to 16 is used in conjunction with the compensating winding (K).
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