RU2764780C1 - Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора - Google Patents
Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2764780C1 RU2764780C1 RU2021102838A RU2021102838A RU2764780C1 RU 2764780 C1 RU2764780 C1 RU 2764780C1 RU 2021102838 A RU2021102838 A RU 2021102838A RU 2021102838 A RU2021102838 A RU 2021102838A RU 2764780 C1 RU2764780 C1 RU 2764780C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- losses
- steel
- magnetic induction
- determining
- degree
- 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
-
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано при определении потерь в трансформаторах. Техническим результатом является возможность определения показателя степени магнитной индукции, с которым она входит в выражение потерь на гистерезис (на перемагничивание) в стальном сердечнике трансформатора при номинальной частоте по результату двух измерений и одному паспортному параметру трансформатора, что позволит эффективно конструировать материал листов и снизить потери в стали трансформаторов. Способ определения показателя степени магнитной индукции в стали сердечника трансформатора заключается в проведении опыта холостого хода при пониженном напряжении и расчете коэффициента по формуле, содержащей значение предварительно найденных потерь на гистерезис, измеренное значение потерь в стали при пониженном напряжении, паспортное значение потерь холостого хода и отношение пониженного и номинального напряжений.
Description
Предлагаемый способ относится к области электротехники и может быть использован для уменьшения магнитных потерь холостого хода в трансформаторах.
Известен способ тестирования трансформатора, включающий измерение потерь в магнитопроводе опытом холостого хода на двух частотах, расчет соответствующих потерям коэффициентов, входящих в выражения потерь на гистерезис и на вихревые токи [Европейская заявка ЕР 1398644 Al, G01R 35/02, Verfahren zum Testen eines Transformators und entsprechende Testvorrichtung, опубл. 17.03.2004, пункт 8 формулы].
Известный способ не предназначен для определения показателя степени а магнитной индукции в потерях на гистерезис стали сердечника.
Известен метод измерения низкочастотной характеристики ферромагнитного элемента без нагрузки [патент Китая CN 106249068A, 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. Известен также способ низкочастотного измерения потерь в сердечнике ферромагнитного элемента [патент Китая CN 105929250А, G01R 27/26, опубл. 07.09.2016], включающий измерение потерь в стали на т частотах (абзац 0033), однако составляющие полных потерь в стали в данных патентах не определены, что делает невозможным непосредственное вычисление степени а магнитной индукции, с корой она входит в выражение потерь на гистерезис.
За прототип взят 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=с1⋅f, а потери на вихревые токи Рв=с2⋅f2, коэффициент с1 рассчитывается как точка пересечения продолжения зависимости Pг.в⋅f=ϕ(f) с осью ординат, а коэффициент с2 - как наклон этой прямолинейной зависимости. Здесь Рг.в - полные потери в магнитопроводе, f - частота [Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ, 1969, страница 163]. Зная потери Рг и Рв, с помощью процедуры подбора определяют показатель степени α [см., например, Petrescu L. et al. Steinmetz' parameters fitting procedure for the power losses estimation in soft magnetic materials // International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM), Brasov, 2017, pp. 08-213. DOI: 10.1109/OPTIM.2017.7974972, формулы (10) и (14), фиг. 4]. Таким образом, известный способ также не позволяет непосредственно определить показатель степени α, с которым магнитная индукция входит в выражение потерь на гистерезис.
Изобретение решает задачу непосредственного определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника конкретного трансформатора.
Техническим результатом от использования изобретения является возможность определения показателя степени магнитной индукции а, с которым она входит в выражение потерь на гистерезис (на перемагничивание) в стальном сердечнике трансформатора при номинальной частоте по результату двух измерений и одному паспортному параметру трансформатора, что позволит эффективно конструировать материал листов и снизить потери в стали трансформаторов.
Это достигается тем, что в способе определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора, включающем проведение опыта холостого хода на повышенной частоте при номинальном напряжении, определение потерь на гистерезис и расчет показателя степени α с помощью процедуры подбора, согласно изобретению, проводят опыт холостого хода на номинальной частоте при пониженном в m раз напряжении, а показатель степени магнитной индукции а определяют по формуле
где Рг - мощность потерь на гистерезис, определенная по показаниям опыта холостого хода на повышенной частоте при номинальном напряжении;
Рп - мощность потерь в магнитопроводе на номинальной частоте при напряжении, пониженном в m раз относительно номинального напряжения;
Рхх - паспортное значение потерь холостого хода;
Заявляемый способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис в стали сердечника трансформатора отличается расчетом данного коэффициента по предварительно найденным потерям на гистерезис, измеренному значению потерь в стали при пониженном напряжении, паспортному значению потерь холостого хода и отношению пониженного и номинального напряжений. Заявляемый способ не является математическим методам, так как основан на результатах измерений.
Формула, связывающая показатель степени магнитной индукции с измеренным значением потерь в стали при пониженном напряжении, значением потерь на гистерезис, рассчитанным по результату опыта холостого хода на повышенной частоте при номинальном напряжении, паспортным значением потерь холостого хода, отношением пониженного и номинального напряжений, получена автором впервые.
Способ осуществляют следующим образом.
При разомкнутой обмотке (обмотках) низкого напряжения (опыт холостого хода) обмотку высокого напряжения трансформатора включают на номинальное напряжение U1н при повышенной (относительно номинальной частоты f1=50 Гц) в k раз частоте f2, ваттметром измеряют потери в магнитопроводе Р2. Так как для образцов небольшой толщины (к которым относятся листы сердечника магнитопровода), для которых можно пренебречь поверхностным эффектом, потери на гистерезис Рг пропорциональны частоте, потери на вихревые токи Рв - частоте в квадрате [Чечерников В.И. Магнитные измерения. М.: МГУ, 1969, страница 163], а потери холостого хода являются полными потерями в стали Рг+Рв, справедлива система уравнений с двумя неизвестными Рг и Рв
где Рхх - паспортное значение потерь холостого хода;
Р2 - показание ваттметра на повышенной частоте f2.
Решив данную систему, получим выражение потерь на гистерезис Рг для частоты f1 и номинального напряжения U1н.
Потери на гистерезис Рг пропорциональны амплитудному значению магнитной индукции Вm в степени магнитной индукции, а потери на вихревые токи Рв пропорциональны индукции Вm в квадрате [см., например, Васютинский С.В. Вопросы теории и расчета трансформаторов. Л.: Энергия, 1970, стр. 22 или Богородицкий Н.П. и др. Электротехнические материалы. - Л.: Энергоатомиздат, 19, стр. 374]. Магнитная индукция в трансформаторе, в свою очередь, пропорциональна приложенному первичному напряжению, причем с увеличением напряжения выше U1н сердечник переходит в режим насыщения и магнитная индукция практически не меняется. При незначительном понижении напряжения U1н (на 5…10%) магнитная индукция уменьшается в той же пропорции. Поэтому во втором опыте холостого хода, проведенном при пониженном в m раз напряжении, при прочих равных условиях потери на гистерезис уменьшатся в mα раз, а потери на вихревые токи - в m2 раз. При пониженном в m раз первичном напряжении U1п относительно номинального напряжения U1н суммарные потери в стали на частоте f1 равны
где m=U1п/U1н.
Решив систему уравнений (1) и (4) с двумя неизвестными Рв и Рг, получим выражение потерь на гистерезис для частоты f1 и номинального напряжений
Из выражения (5) получим mα=[(Рп-m2(Рxx-Рг)]/Рг, откуда
Пример осуществления способа.
Для однофазного трансформатора ОСМ1-1,6М мощностью 1600 ВА с номинальным первичным напряжением Uн=220 В и номинальным (паспортным) значением потерь холостого хода Рхх=20 Вт, сердечник магнитопровода которого выполнен из анизотропной электротехнической ленты (сталь 3422) толщиной 0,15 мм, напряжение на первичную обмотку подавалась с лабораторного электромашинного агрегата «Динар», состоящего из двигателя постоянного тока, сочлененного с синхронным генератором. Этим обеспечивалась строгая синусоидальность кривой напряжения. Скорость вращения генератора регулировалась от 1500 до 1800 об/мин, за счет чего частота подаваемого на трансформатор напряжения менялась от 50 до 60 Гц. Частота измерялась частотомером Ф5043 (класс точности 0,1, диапазон измерений 25-110 Гц), потери холостого хода фиксировались ваттметром Д5105 (класс точности 0,1, диапазон частот 45-500 Гц).
В опыте холостого хода, проведенном на повышенной частоте 60 Гц при номинальном напряжении U1н, зафиксировано показание ваттметра Р2=25,9 Вт. Коэффициент k=f2/f1=60/50=1,2.
Потери на гистерезис определены по формуле (3)
Рг=(1,22⋅20-25,9) / [1,2⋅(1,2-1)]=12,1 Вт.
Во втором опыте холостого хода, проведенном на частоте 50 Гц при пониженном напряжении U1п=198 В, зафиксировано показание ваттметра Рп=16,6 Вт. Коэффициент m=U1п/U1н=198/220=0,9.
Значение показателя степени а для стали сердечника определялось из выражения (6)
Таким образом, для сердечника исследуемого трансформа гора показатель степени магнитной индукции с которым магнитная индукция входит в выражение потерь на гистерезис, составил 1,62, что соответствует современным представлениям о гистерезисной составляющей потерь в стали. Представленный способ определения коэффициента справедлив также для любого другого трансформатора.
Claims (5)
- Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора, включающий проведение опыта холостого хода на повышенной частоте при номинальном напряжении, определение потерь на гистерезис и расчет показателя степени магнитной индукции с помощью процедуры подбора, отличающийся тем, что проводят опыт холостого хода на номинальной частоте при пониженном в m раз напряжении, а показатель степени магнитной индукции α определяют по формуле
- где Рг - мощность потерь на гистерезис, определенная по показаниям опыта холостого хода на повышенной частоте при номинальном напряжении;
- Рп - мощность потерь в магнитопроводе на номинальной частоте при напряжении, пониженном в m раз относительно номинального напряжения;
- Рхх - паспортное значение потерь холостого хода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102838A RU2764780C1 (ru) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102838A RU2764780C1 (ru) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2764780C1 true RU2764780C1 (ru) | 2022-01-21 |
Family
ID=80445259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021102838A RU2764780C1 (ru) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2764780C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815818C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2024-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника 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 |
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 |
CN105929250A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-09-07 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种铁磁元件铁心损耗低频测量方法 |
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 |
-
2021
- 2021-02-05 RU RU2021102838A patent/RU2764780C1/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 |
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 |
CN105929250A (zh) * | 2016-07-08 | 2016-09-07 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 一种铁磁元件铁心损耗低频测量方法 |
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 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815818C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2024-03-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cataliotti et al. | A novel approach to current transformer characterization in the presence of harmonic distortion | |
Stumberger et al. | Evaluation of experimental methods for determining the magnetically nonlinear characteristics of electromagnetic devices | |
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 | |
Wu et al. | Residual flux measurement of power transformer based on transient current difference | |
Cester et al. | Iron loss under practical working conditions of a PWM powered induction motor | |
RU2764780C1 (ru) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора | |
Biasion et al. | Iron Loss Characterization in Laminated Cores at Room and Liquid Nitrogen Temperature | |
Lin et al. | Real-time monitoring of iron-core and copper losses of transformers under (non) sinusoidal operation | |
RU2755053C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе | |
RU2815818C1 (ru) | Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора | |
Kai et al. | Magnetic characteristic analysis and measurement of vector magnetic property of a non-oriented electrical steel sheet under high magnetic flux condition | |
RU2750134C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в стали магнитопровода | |
RU2796600C1 (ru) | Способ определения магнитных потерь в трансформаторе | |
Petrun et al. | Evaluation of iron core quality for resistance spot welding transformers using current controlled supply | |
CN201293831Y (zh) | 一种非晶磁环交流磁特性测试装置 | |
Kanazawa et al. | Measurement and analysis of AC loss of NdFeB sintered magnet | |
Urata et al. | The calculation considered two-dimensional vector magnetic properties depending on frequency of transformers | |
Jiayin et al. | Research on vibration and noise of transformer under DC bias based on magnetostriction | |
RU2788080C1 (ru) | Способ определения потерь на вихревые токи в стали магнитопровода трансформатора | |
Damnjanovic et al. | The measurement and evaluation of distribution transformer losses under nonlinear loading | |
RU2781946C1 (ru) | Способ определения потерь на вихревые токи в магнитопроводе трансформатора | |
EP2761318A1 (en) | Device and testing procedure for determination of magnetic circuit quality | |
Elfgen et al. | Consideration of the manufacturing influence in standardized material characterizations using machine measurements | |
Belkasim | Identification of loss models from measurements of the magnetic properties of electrical steel sheets |