RU2755053C1 - Способ определения магнитных потерь в трансформаторе - Google Patents
Способ определения магнитных потерь в трансформаторе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2755053C1 RU2755053C1 RU2020141240A RU2020141240A RU2755053C1 RU 2755053 C1 RU2755053 C1 RU 2755053C1 RU 2020141240 A RU2020141240 A RU 2020141240A RU 2020141240 A RU2020141240 A RU 2020141240A RU 2755053 C1 RU2755053 C1 RU 2755053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- losses
- transformer
- hysteresis
- magnetic
- steel
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/62—Testing of transformers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
- G01R33/123—Measuring loss due to hysteresis
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
- G01R35/02—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass of auxiliary devices, e.g. of instrument transformers according to prescribed transformation ratio, phase angle, or wattage rating
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при определении двух компонентов потерь в стали трансформатора. Техническим результатом является возможность определения потерь на вихревые токи и на гистерезис в трансформаторе на основании несложного измерения и расчета. Способ определения магнитных потерь в трансформаторе включает измерение потерь в стали опытом холостого хода при номинальной частоте и пониженном напряжении и расчет потерь на вихревые токи и на гистерезис по паспортному значению потерь холостого хода, измеренному значению потерь в стали и коэффициенту отношения пониженного и номинального напряжения.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для уменьшения магнитных потерь (потерь холостого хода) в трансформаторах и других электрических машинах.
Известен способ определения потерь в трансформаторе и устройство для его осуществления, включающий измерение температуры трансформатора и вычисление потери активной электроэнергии в трансформаторе [Патент РФ 2563331, G01R 35/02, опубл. 20.09.2015, Бюл. №26].
Известен способ определения магнитных потерь в магнитопроводе однофазного трансформатора в рабочем режиме [Патент РФ 2304787, G01R 21/00, опубл. 20.08.2007, Бюл. №23].
Известен способ измерения потерь и тока холостого хода силовых трансформаторов в полевых условиях [Патент РФ 2533530, G01R 31/06, опубл. 20.11.2014, Бюл. №32].
Известные способы не позволяют определить потери на вихревые токи и потери на гистерезис в магнитопроводе трансформатора.
Известна формула потерь на вихревые токи, включающая амплитуду и коэффициент формы кривой магнитной индукции, частоту ее изменения, толщину, плотность и удельное электрическое сопротивление материала пластин магнитопровода [Круг К.А. Основы электротехники. - М.-Л.: ОНТИ, 1936. - 867 с], и формула потерь на гистерезис, включающая амплитуду магнитной индукции, частоту ее изменения, коэрцитивную силу и плотность материала пластин магнитопровода [Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974. - 239 с].
В [Тимофеев И.А. Удельные потери в ферромагнетике // Современные проблемы науки и образования. - 2007. - №6-1] отмечается, что результат вычислений по данным формулам может быть занижен на четыре порядка.
Известны также формулы потерь на вихревые токи и на гистерезис, включающие коэффициенты, определяемые из опыта, максимальное значение индукции в магнитопроводе, частоту ее изменения и толщину листов стали магнитопровода [см., например, Общая электротехника / под ред. А.Т. Блажкина. Л.: Энергатомиздат, 1986. - 592 с, страница 197, 198].
Расчет по известным формулам связан с трудоемкими измерениями и вычислениями нескольких величин, которые невозможно провести с высокой точностью.
Известен способ тестирования трансформатора, включающий измерение потерь в магнитопроводе опытом холостого хода на двух частотах, расчет соответствующих потерям коэффициентов и вычисление сопротивления переменному току [Европейская заявка на патент ЕР 1398644 A1, G01R 35/02, Verfahren zum Testen eines Transformators und entsprechende Testvorrichtung, опубл. 17.03.2004, пункт 8 формулы].
Известный способ не предназначен для определения потерь на вихревые токи и потери на гистерезис в трансформаторе.
Известен метод измерения низкочастотной характеристики ферромагнитного элемента без нагрузки [патент Китая CN 106249068А, G01R 31/00, G01R 35/12, опубл. 21.12.2016], включающий измерение полных потерь в стали на двух частотах (абзац 0015) и вычисление коэффициентов, входящих в потери на гистерезис и на вихревые токи, однако сами потери не определены.
Известен низкочастотный способ измерения потерь в сердечнике ферромагнитного элемента [патент Китая CN 105929250А, G01R 27/26, опубл. 07.09.2016], включающий измерение потерь в стали на m частотах (абзац 0033), однако отдельные потери, входящие в полные потери в стали, здесь также не определены.
Известен способ определения потерь на вихревые токи и на гистерезис в трансформаторе, заключающийся в измерении потерь в магнитопроводе опытом холостого хода на двух значениях частот, расчет соответствующих потерям коэффициентов и вычисление потерь на вихревые токи и гистерезис.При этом считается, что потери на гистерезис Рг=c1⋅ƒ, а потери на вихревые токи Рв=c2⋅ƒ2, коэффициент с1 рассчитывается как точка пересечения продолжения зависимости Pг.в/ƒ=ϕ(ƒ) с осью ординат, а коэффициент с2 - как наклон этой прямолинейной зависимости. Здесь Рг.в - полные потери в магнитопроводе, ƒ - частота [Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ, 1969. - 288 с, страница 163].
Известный способ трудоемок, связан со сложными экспериментальным определением коэффициентов с1, с2 и графическим построением, в результате которых снижается точность результатов.
Изобретение решает задачу упрощения и повышения точности вычислений потерь на вихревые токи и на гистерезис.
Техническим результатом от использования изобретения является возможность определения потерь на вихревые токи и на гистерезис в магнитопроводе по результату измерения и одному из паспортных значений трансформатора, что позволит оптимально конструировать материал листов и боле эффективно снизить потери в стали трансформаторов и других электрических машин.
Это достигается тем, что в способе определения магнитных потерь в трансформаторе, включающем измерение потерь в стали опытом холостого хода на двух частотах, расчет соответствующих потерям коэффициентов и вычисление магнитных потерь, опыт холостого хода проводят при номинальной частоте и пониженном напряжении, потери на гистерезис для номинального напряжения вычисляют по формуле
а потери на вихревые токи для номинального напряжения - по формуле
где Рхх - номинальное значение потерь холостого хода;
Рп - потери в магнитопроводе при пониженном напряжении;
k - отношение пониженного напряжения к номинальному напряжению.
Заявляемый способ определения потерь на вихревые токи и на гистерезис в трансформаторе отличается расчетом данных потерь по измеренному значению потерь в стали при пониженном напряжении, паспортному значению потерь холостого хода и отношению пониженного и номинального напряжений без каких-либо графических построений. Заявляемый способ не является математическим методам, так как в нем используется результат конкретного измерения.
Формулы, непосредственно связывающие значение потерь на вихревые токи и на гистерезис с измеренным значением потерь в стали при пониженном напряжении, паспортным значением потерь холостого хода и отношением пониженного и номинального напряжений, выведены автором впервые.
Способ осуществляют на стандартной частоте 50 Гц следующим образом.
При разомкнутой обмотке (обмотках) низкого напряжения (опыт холостого хода) обмотку высокого напряжения трансформатора включают на пониженное напряжение Uп=(0,5…0,98)Uн на стандартной частоте 50 Гц, где Uн - номинальное первичное напряжение. С помощью ваттметра измеряют мощность Рп в обмотке низкого напряжения, затем вычисляют потери на гистерезис для номинального напряжения по формуле
и потери на вихревые токи для номинального напряжения - по формуле
где Рхх - номинальное значение потерь холостого хода;
Рп - потери в магнитопроводе при пониженном напряжении;
k=Uп/Uн - отношение пониженного напряжения к номинальному напряжению.
Формулы (1), (2) получены на основании того, что потери в стали магнитопровода (потери холостого хода) состоят из потерь на вихревые токи и на гистерезис
причем потери на гистерезис Рг для большинства магнитомягких материалов зависят от магнитной индукции в степени 1,6, а потери на вихревые токи Рв - от магнитной индукции в квадрате [см., например,
1) Najgebauer M. Models for Prediction of Energy Loss in Soft Magnetic Materials // Conference: XII International PhD Workshop OWD 2010 At: Wisla, Poland, pp.487-482, формула (2);
2) Ibrahim M., Pillay P. Core loss prediction in electrical machine laminations considering skin effect and minor hysteresis loops // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012, pp.1-8. DOI: 10.1109/ECCE.2012.6342536, формула (1);
3) Parthasaradhy P., Ranganayakulu S.V. Hysteresis and eddy current losses of magnetic material by Epstein frame method-novel approach // The International Journal Of Engineering And Science (IJES). 2014. pp.85-93, формула (2)].
Таким образом, при постоянстве частоты перемагничивания имеют место соотношения Рг=Вm1,6, Рв=Вm 2, где Вm - максимальное значение магнитной индукции.
Магнитная индукция пропорциональна приложенному первичному напряжению [см., например, Иванов М.И., Равдоник B.C. Электротехника. - М.: Высш. шк., 1984. - 375 с, страница 100], поэтому при уменьшении напряжения в момент измерения полных потерь в k раз потери на гистерезис уменьшатся в k1,6 раз, а потери на вихревые токи - в k2 раз. При пониженном в к раз первичном напряжении Uп относительно номинального первичного напряжения Uн суммарные потери а стали магнитопровода равны
где 
Решив систему уравнений (3) и (4) с двумя неизвестными Рв и Рг, получим формулы (1), (2).
Пример осуществления способа.
Для однофазного трансформатора ОСМ1-1,6М мощностью 1600 ВА с номинальным первичным напряжением Uн=220 В и номинальными (паспортными) потерями холостого хода Рхх=20 Вт в опыте холостого хода, проведенном на частоте 50 Гц при пониженном первичном напряжении Uп=198 В, было зафиксировано показание ваттметра (тип Д5105, класс точности 0,1): Рп=16,6 Вт. Коэффициент k=Uп/Uн=198/220=0,9. Потери на гистерезис определены по формуле (1)
потери на вихревые токи определены по формуле (2)
Попытка снижения потерь на вихревые токи, например, за счет уменьшения толщины пластин магнитопровода, приводит к увеличению потерь на гистерезис и наоборот, поэтому уточненные данные о соотношении обоих видов потерь позволят более эффективно корректировать состав материала или геометрию листов магнитопровода с целью снижения магнитных потерь в трансформаторах и других электрических машинах.
Claims (7)
- Способ определения магнитных потерь в трансформаторе, включающий измерение потерь в стали опытом холостого хода на двух частотах, расчет соответствующих потерям коэффициентов и вычисление магнитных потерь, отличающийся тем, что опыт холостого хода проводят при номинальной частоте и пониженном напряжении, потери на гистерезис для номинального напряжения вычисляют по формуле
-
- а потери на вихревые токи для номинального напряжения - по формуле
-
- где Рxx - номинальное значение потерь холостого хода;
- Рп - потери в магнитопроводе при пониженном напряжении;
- k - отношение пониженного напряжения к номинальному напряжению.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141240A RU2755053C1 (ru) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141240A RU2755053C1 (ru) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2755053C1 true RU2755053C1 (ru) | 2021-09-13 |
Family
ID=77745414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141240A RU2755053C1 (ru) | 2020-12-14 | 2020-12-14 | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2755053C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2781946C1 (ru) * | 2021-07-05 | 2022-10-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ определения потерь на вихревые токи в магнитопроводе трансформатора |
Citations (5)
| 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 |
| SU475574A1 (ru) * | 1973-12-07 | 1975-06-30 | Предприятие П/Я В-8833 | Устройство дл измерени потерь в стали несинусоидальной форме кривой индукции |
| EP1398644A1 (de) * | 2002-09-11 | 2004-03-17 | Omicron electronics GmbH | Verfahren zum Testen eines Transformators und entsprechende Testvorrichtung |
| RU2282862C1 (ru) * | 2005-02-21 | 2006-08-27 | Георгий Михайлович Михеев | Устройство для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении |
| CN106249068A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-12-21 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种铁磁元件空载特性低频测量方法 |
-
2020
- 2020-12-14 RU RU2020141240A patent/RU2755053C1/ru active
Patent Citations (5)
| 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 |
| SU475574A1 (ru) * | 1973-12-07 | 1975-06-30 | Предприятие П/Я В-8833 | Устройство дл измерени потерь в стали несинусоидальной форме кривой индукции |
| EP1398644A1 (de) * | 2002-09-11 | 2004-03-17 | Omicron electronics GmbH | Verfahren zum Testen eines Transformators und entsprechende Testvorrichtung |
| RU2282862C1 (ru) * | 2005-02-21 | 2006-08-27 | Георгий Михайлович Михеев | Устройство для измерения тока и потерь холостого хода силовых трансформаторов при малом напряжении |
| CN106249068A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-12-21 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种铁磁元件空载特性低频测量方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Г"Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний", Москва, Издательство стандартов, 1989, п.6.2, с.25-26. * |
| ЧЕЧЕРНИКОВ В.И. "Магнитные измерения", Издательство МГУ, Москва, 1969, с.224-227. * |
| ЧЕЧЕРНИКОВ В.И. "Магнитные измерения", Издательство МГУ, Москва, 1969, с.224-227. ГОСТ 3484.1-88 "Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний", Москва, Издательство стандартов, 1989, п.6.2, с.25-26. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2781946C1 (ru) * | 2021-07-05 | 2022-10-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ определения потерь на вихревые токи в магнитопроводе трансформатора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106291123B (zh) | 一种直接测量磁元件绕组损耗的方法 | |
| CN109283399B (zh) | 一种高频磁元件绕组损耗的测量方法 | |
| Cataliotti et al. | Improvement of Hall effect current transducer metrological performances in the presence of harmonic distortion | |
| Marketos et al. | A method for defining the mean path length of the Epstein frame | |
| Daut et al. | Magnetizing current, harmonic content and power factor as the indicators of transformer core saturation | |
| Cavagnino et al. | Iron loss prediction with PWM supply: An overview of proposed methods from an engineering application point of view | |
| Wu et al. | Residual flux measurement of power transformer based on transient current difference | |
| Dao et al. | Effects of voltage harmonics on distribution transformer losses | |
| Biasion et al. | Iron Loss Characterization in Laminated Cores at Room and Liquid Nitrogen Temperature | |
| RU2755053C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе | |
| Tay et al. | On the problem of transformer overheating due to geomagnetically induced currents | |
| CN105974349B (zh) | 一种电流互感器跟踪精度的测量方法 | |
| Fuchs et al. | Innovative procedure for measurement of losses of transformers supplying nonsinusoidal loads | |
| Wu et al. | Experimentally Validated Method to Measure the ${\lambda} $–${i} $ Characteristics of Asymmetric Three-Phase Transformers | |
| Tsai | Effects of Core Materials and Operating Parameters on Core Losses in a Brushless DC Motor | |
| RU2796600C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе | |
| Daut et al. | Harmonic content as the indicator of transformer core saturation | |
| Damnjanovic et al. | The measurement and evaluation of distribution transformer losses under nonlinear loading | |
| RU2764780C1 (ru) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора | |
| Urata et al. | The calculation considered two-dimensional vector magnetic properties depending on frequency of transformers | |
| Petrun et al. | Evaluation of iron core quality for resistance spot welding transformers using current controlled supply | |
| RU2815818C1 (ru) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора | |
| RU2750134C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в стали магнитопровода | |
| RU2781946C1 (ru) | Способ определения потерь на вихревые токи в магнитопроводе трансформатора | |
| RU2788080C1 (ru) | Способ определения потерь на вихревые токи в стали магнитопровода трансформатора |