RU2752353C1 - Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора - Google Patents
Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2752353C1 RU2752353C1 RU2020129305A RU2020129305A RU2752353C1 RU 2752353 C1 RU2752353 C1 RU 2752353C1 RU 2020129305 A RU2020129305 A RU 2020129305A RU 2020129305 A RU2020129305 A RU 2020129305A RU 2752353 C1 RU2752353 C1 RU 2752353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- losses
- sheets
- thickness
- frequency
- magnetic core
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
- G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
- H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
- H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для уменьшения потерь холостого хода трансформаторов. Техническим результатом является возможность снижения магнитных потерь в трансформаторе за счет оптимизации толщины листов магнитопровода на основании результатов четырех измерений и расчета по выведенной формуле. Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора заключается в измерении в опыте холостого хода потерь в магнитопроводе на двух частотах, для двух значений толщины листов и расчет оптимального значения толщины листов по формуле, содержащей значения этих толщин, значения измеренных потерь и отношение частот. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для уменьшения потерь холостого хода трансформаторов.
В настоящее время перед заводами-изготовителями трансформаторов стоит задача создания трансформаторов, в которых потери холостого хода должны быть снижены в зависимости от номинальной мощности на 33-45% [СТО 34.01-3.2-011-2017 Трансформаторы силовые распределительные 6-10 кВ мощностью 63-2500 кВА. Требования к уровню потерь холосто хода и короткого замыкания. Стандарт организации ПАО «Россети». - 2017. URL: http://www.rosseti.ru/investment/standart/corp_standart/doc/CTO_34.01-3.2-011-2017.pdf]. Данные требования вступили в силу в 2020 году.
Известна формула определения толщины листов магнитопровода трансформаторов [Цыкин Г.С. Трансформаторы низкой частоты. Связьиздат, 1955, страница 225, формула XIII.5], полученная из условия допустимого падения проницаемости листовых магнитных материалов из-за вытеснения магнитного потока к поверхности листа вихревыми токами. Согласно этой формуле, толщина листа (мм) не должна превышать
где ρ - удельное электросопротивление, Ом⋅см,
μ - магнитная проницаемость материала,
ƒ - частота, Гц.
При этом автор подчеркивает, что на практике желательно применять для сердечника материал в два-три раза меньшей толщины, чем дает данная формула. Вторая расчетная формула получена на основании геометрических данных сердечника и проницаемости материала [см. там же, формула XIII.8]
где δз - толщина зазора между отдельными пластинами;
В, H - размеры сторон сердечника;
р=μ/μκ - отношение проницаемости материала к его кажущейся проницаемости, определенное через геометрические размеры пластин и зазоров;
κ - коэффициент, зависящий от соотношения размеров пластины (для Ш-образных пластин κ=0,2-0,25).
Известные формулы получены на основе допустимой проницаемости материала листов, ограничивают толщину листов только по верхнему пределу и являются весьма неточными.
Известен способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора, заключающийся в сборке магнитопровода из листов различной толщины, измерении потерь в магнитопроводе посредством опыта холостого хода и выбор листов с толщиной, при которой потери минимальны.
Данный способ является неточным, т.к. применяется для четырех позиций толщины листов: 0,20 мм, 0,35 мм, 0,50 мм и 1,00 мм, регламентированных в РФ. В то же время оптимальная толщина листа может принимать промежуточное значение. Например, электротехническая изотропная лента, согласно ТУ 14-1-4657-89, выпускается на 14 позициях (от 0,05 до 1,5 мм), а электротехнический лист, согласно ГОСТ 3836-83, - на 26 позициях (от 0,1 до 3,9 мм).
Изобретение решает задачу повышения точности и снижения трудоемкости определения толщины листов (пластин) магнитопровода, при которой потери в нем (потери холостого хода) минимальны.
Техническим результатом от использования изобретения является возможность снижения магнитных потерь в трансформаторе за счет оптимизации толщины листов (пластин) магнитопровода на основании результатов четырех измерений и расчета по выведенной формуле.
Это достигается тем, что в способе определения оптимальной толщины листов (пластин) магнитопровода трансформатора, заключающемся в сборке магнитопровода из листов различной толщины, измерении потерь в магнитопроводе посредством опыта холостого хода и выбор толщины листов, при которой потери минимальны, согласно изобретению, проводят измерение потерь в магнитопроводе опытом холостого хода на двух частотах для двух значений толщины листов, а оптимальную толщину листов при работе трансформатора на частоте ƒ1 определяют по формуле
где Р11 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ1 при частоте ƒ1;
Р21 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ1 при частоте ƒ2;
Р12 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ2 при частоте ƒ1;
Р22 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ2 при частоте ƒ2;
κ - коэффициент отношения частот ƒ2/ƒ1.
Заявляемый способ определения оптимальной толщины листов (пластин) магнитопровода трансформатора отличается расчетом конкретного значения толщины листов по формуле, включающей результаты измерения потерь в сердечнике магнитопровода на двух частотах для двух значений толщины листов.
Формула, связывающая значение оптимальной толщины листов с четырьмя измеренными значениями потерь в стали и толщины листов, а также с отношением частот, на которых проводились измерения, выведена автором впервые.
На чертеже представлены зависимости потерь в магнитопроводе от толщины листов, из которых он набран: Р1 - полные потери в магнитопроводе на частоте ƒ1; Г1 - потери на гистерезис на частоте ƒ1; Г2 - потери на гистерезис на частоте ƒ2; B1 - потери на вихревые токи на частоте ƒ1; В2 - потери на вихревые токи на частоте ƒ2.
На чертеже отражено то, что при определенной толщине листов значения линии Г2 в κ раз превышают значения линии Г1, а значения кривой В2 в κ2 раз превышают значения кривой В1, т.к. потери на гистерезис пропорциональны первой степени частоты, на которой проводят опыт холостого хода, а потери на вихревые токи - второй степени.
Чем меньше толщина листов (пластин) магнитопровода, тем больше коэрцитивная сила, площадь петли и потери на гистерезис [см., например, Богородицкий Н.П. и др. Электротехнические материалы. - Л. Энергоатомиздат, 1985. - 304 с., страница 272,]. Кроме того, в процессе доводки до требуемой толщины пластин на холодных листах их толщина уменьшается, сталь уплотняется, что также приводит к росту потерь на гистерезис [Цыкин Г.С. Трансформаторы низкой частоты. Связьиздат, 1955, страница 229].
Для толщин более 0,1 мм зависимость потерь на гистерезис Рг от толщины листов δ можно выразить в виде линейной функции
где а - коэффициент, определяющий начальные потери на гистерезис, Вт;
b - коэффициент наклона прямой, Вт/мм.
Потери на вихревые токи Рв зависят от квадрата толщины листов магнитопровода [см., например, Общая электротехника: под. ред. А.Т. Блашкина. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 392 с., страница 198]
где с - коэффициент квадратичной функции, Вт/мм2.
Зависимость полных потерь в стали Р1 на частоте ƒ1 от толщины листов, из которых набран магнитопровод
где Рг1 - потери на гистерезис на частоте ƒ1;
Рг1 - потери на вихревые токи на частоте ƒ1;
Оптимальное значение толщины листов δопт, при котором суммарные потери в магнитопроводе минимальны, найдем через производную Р1, приравняв ее нулю
Коэффициент наклона линии Г1 (см. чертеж)
Коэффициент квадратичной функции
Подставим (5), (6) в (4), получим оптимальное значение толщины листов на частоте ƒ1
где Рг11 - потери на гистерезис на частоте ƒ1 для толщины листов δ1;
Рг12 - потери на гистерезис на частоте ƒ1 для толщины листов δ2;
Рв11 - потери на вихревые токи на частоте ƒ1 для толщины листов δ1;
Данные потери определяем по результатам четырех опытов холостого хода по выражениям [Плотников С.М., Маркеленко B.C. Определение потерь на вихревые токи и на гистерезис трансформатора // Наука и образование: актуальные исследования и разработки: материалы I Всерос. заочной науч.-практ. конф. - Чита: ЗабГУ, 2018, стр. 62.]
где Р11 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ1 при частоте ƒ1;
Р21 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ1 при частоте ƒ2;
Р12 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ2 при частоте ƒ1;
Р22 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ2 при частоте ƒ2;
κ - коэффициент отношения частот ƒ1/ƒ2.
Подставим (8), (9), (10) в (7), получим расчетную формулу оптимальной толщины листов магнитопровода по критерию минимума потерь в нем
Заявляемый способ определения оптимальной толщины листов (пластин), при которой потери в магнитопроводе минимальны, отличается расчетом толщины листов по результатам четырех опытов холостого хода: двух опытов на двух частотах для листов одной толщины и двух опытов на тех же частотах для листов другой толщины.
Формула, связывающая значение оптимальной толщины листов с четырьмя измеренными значениями потерь в магнитопроводе (в стали), толщиной листов и отношением частот, на которых проводились измерения, выведена автором впервые.
Способ осуществляют следующим образом.
Для трансформатора, магнитопровод которого собран из листов толщиной δ1, проводят опыт холостого хода на частоте ƒ1, с помощью ваттметра измеряют потери холостого хода Р11. Затем изменяют частоту подводимого напряжения до значения ƒ2, которое на 5…100% отличается от значения ƒ1, и измеряют потери холостого хода Р21. Затем листы толщиной δ1 в магнитопроводе заменяют на листы толщиной δ2 и повторяют оба опыта холостого хода на частотах ƒ1 и ƒ2, измеряя с помощью ваттметра потери холостого хода соответственно Р12 и Р22. Далее вычисляют оптимальную толщину листов магнитопровода по выражению (11).
Осуществление способа рассмотрим на примере однофазного трансформатора OCM1-1,6 М мощностью 1600 ВА.
В опыте холостого хода, проведенном на однофазном трансформаторе OCM1-1,6 М мощностью 1600 ВА, были зафиксированы следующие показания ваттметра (тип Д5105, класс точности 0,1, диапазон частот 45-500 Гц): потери холостого хода на частоте 50 Гц для сердечника из листов толщиной δ1=0,35 мм составили Р11=20 Вт, потери на частоте 60 Гц-Р21=25,4 Вт.
Потери на гистерезис на частоте 50 Гц для толщины листов 0,35 мм определены по формуле (8)
Потери на вихревые токи на частоте 50 Гц для толщины 0,35 мм определены по формуле (10)
Для сердечника из листов толщиной δ2=0,5 мм на частоте 50 Гц потери холостого хода составили Р12=24,2 Вт, на частоте 60 Гц-Р22=32 Вт. При этом выбрана большая толщина листов, т.к. магнитопровод тех же размеров из более толстых листов собирать легче, чем из тонких, а для определения наклона линии Рг(δ) толщина листов значения не имеет.
Потери на гистерезис на частоте 50 Гц для толщины листов 0,5 мм определены по формуле (9)
Для частоты 50 Гц оптимальная толщина листов:
Коэффициент, определяющий начальные потери на гистерезис на частоте ƒ1 в выражении (1) (теоретическая величина, т.к. при толщинах менее 0,08 мм зависимость Рг(δ) становится нелинейной)
Полные потери в стали на частоте 50 Гц для толщины листов 0,161 мм, согласно (3):
При данной толщине листов потери в стали составляют 17,78 Вт, что на 12% меньше, чем при толщине листов 0,35 мм, и на 30% меньше, чем при толщине листов 0,5 мм. Данное значение является минимальным для всех остальных толщин листов магнитопровода.
Разнообразие толщин производимых в настоящее время лент и листов, позволяет перейти на толщину листов наиболее близкую к оптимальной. Изобретение позволяет повысить точность и снизить трудоемкость определения оптимальной толщины листов сердечника магнитопровода, при которой магнитные потери в трансформаторе будут минимальны.
Claims (7)
- Способ определения оптимальной толщины листов (пластин) магнитопровода трансформатора, заключающийся в сборке магнитопровода из листов различной толщины, измерении потерь в магнитопроводе посредством опыта холостого хода и выбор толщины листов, при которой потери минимальны, отличающийся тем, что проводят измерение потерь в магнитопроводе опытом холостого хода на двух частотах для двух значений толщины листов, а оптимальную толщину листов при работе трансформатора на частоте ƒ1 определяют по формуле
- где Р11 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ1 на частоте ƒ1;
- Р21 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ1 на частоте ƒ2;
- Р12 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ2 на частоте ƒ1;
- Р22 - потери в магнитопроводе с толщиной листов δ2 на частоте ƒ2;
- κ - коэффициент отношения частот ƒ2/ƒ1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129305A RU2752353C1 (ru) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020129305A RU2752353C1 (ru) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2752353C1 true RU2752353C1 (ru) | 2021-07-26 |
Family
ID=76989521
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020129305A RU2752353C1 (ru) | 2020-09-03 | 2020-09-03 | Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2752353C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU77180A1 (ru) * | 1947-08-27 | 1948-11-30 | А.К. Ашрятов | Способ измерени потерь холостого хода трехфазных силовых трансформаторов |
US3405353A (en) * | 1965-07-21 | 1968-10-08 | Teledictor Ltd | Magnetic thickness gauge using simultaneous constant and ac magnetization |
SU1415043A1 (ru) * | 1986-06-30 | 1988-08-07 | Предприятие П/Я В-2769 | Устройство дл неразрушающего контрол |
SU1610262A1 (ru) * | 1988-12-26 | 1990-11-30 | Предприятие П/Я М-5927 | Устройство дл измерени толщины листа |
SU1732141A1 (ru) * | 1989-11-27 | 1992-05-07 | Производственное объединение "Ижевский мотозавод" | Устройство дл измерени толщины ферромагнитных лент и листов |
RU2354982C1 (ru) * | 2007-07-23 | 2009-05-10 | Ибрагим Амирович Муратаев | Способ диагностики магнитной системы трансформатора |
-
2020
- 2020-09-03 RU RU2020129305A patent/RU2752353C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU77180A1 (ru) * | 1947-08-27 | 1948-11-30 | А.К. Ашрятов | Способ измерени потерь холостого хода трехфазных силовых трансформаторов |
US3405353A (en) * | 1965-07-21 | 1968-10-08 | Teledictor Ltd | Magnetic thickness gauge using simultaneous constant and ac magnetization |
SU1415043A1 (ru) * | 1986-06-30 | 1988-08-07 | Предприятие П/Я В-2769 | Устройство дл неразрушающего контрол |
SU1610262A1 (ru) * | 1988-12-26 | 1990-11-30 | Предприятие П/Я М-5927 | Устройство дл измерени толщины листа |
SU1732141A1 (ru) * | 1989-11-27 | 1992-05-07 | Производственное объединение "Ижевский мотозавод" | Устройство дл измерени толщины ферромагнитных лент и листов |
RU2354982C1 (ru) * | 2007-07-23 | 2009-05-10 | Ибрагим Амирович Муратаев | Способ диагностики магнитной системы трансформатора |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ПЛОТНИКОВ С.М., МАРКЕЛЕНКО В.С. "Определение потерь на вихревые токи и на гистерезис трансформатора"// Наука и образование: Актуальные исследования и разработки, Материалы Первой Всероссийской заочной научной практической конференции, Чита, ЗабГУ, 2018, с.62. * |
ЦЫКИН Г.С. "Трансформаторы низкой частоты", СВЯЗЬ-ИЗДАТ, 1955, с.225. * |
ЦЫКИН Г.С. "Трансформаторы низкой частоты", СВЯЗЬ-ИЗДАТ, 1955, с.225. ПЛОТНИКОВ С.М., МАРКЕЛЕНКО В.С. "Определение потерь на вихревые токи и на гистерезис трансформатора"// Наука и образование: Актуальные исследования и разработки, Материалы Первой Всероссийской заочной научной практической конференции, Чита, ЗабГУ, 2018, с.62. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yamamoto et al. | Single sheet tester for measuring core losses and permeabilities in a silicon steel sheet | |
Jones et al. | Flux distribution and power loss in the mitered overlap joint in power transformer cores | |
RU2752353C1 (ru) | Способ определения оптимальной толщины листов магнитопровода трансформатора | |
Moses et al. | Investigation of power loss in wound toroidal cores under PWM excitation | |
Plotnikov | Determination of eddy-current and hysteresis losses in the magnetic circuits of electrical machines | |
Moses | Comparison of transformer loss prediction from computed and measured flux density distribution | |
Li et al. | Research on Measurement of Transformer Short-Circuit Force Using Piezoelectric Thin Film Polyvinylidene Fluoride Sensor | |
Lotfi et al. | Characterization of magnetic losses in the transformer tank steel | |
Moses et al. | Iron loss in non-oriented electrical steels under distorted flux conditions | |
Schlegel et al. | Testing strategies to evaluate non-oriented electrical steels losses | |
Urata et al. | Measurement of two-dimensional vector magnetic properties on frequency dependence of electrical steel sheet | |
RU2788080C1 (ru) | Способ определения потерь на вихревые токи в стали магнитопровода трансформатора | |
Swift | Excitation current and power loss characteristics for mitered joint power transformer cores | |
RU2764780C1 (ru) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора | |
Stephenson | Separation of losses in low‐alloy, nonoriented electrical steels | |
RU2796600C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе | |
RU2755053C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе | |
Bereźnicki | The influence of skin effect on the accuracy of eddy current energy loss calculation in electrical steel sheets | |
Plotnikov | Method for Determining the Optimal Thickness of Sheets of Magnetic Circuits of Electrical Machines by a Wattmeter Method | |
Li et al. | Magnetic measurement and analysis of c-type amorphous by an improved adjustable air gap tester | |
Stewart | Losses in electrical sheet steel | |
RU2750134C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в стали магнитопровода | |
Américo et al. | A non-invasive methodology for magnetic characterization of transformers and reactors | |
Kalinin et al. | Determining specific power loss in joint area of laminated magnetic core | |
Nafalski et al. | Loss measurements on amorphous materials using a field-compensated single-strip tester |