RU2815818C1 - Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора - Google Patents

Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора Download PDF

Info

Publication number
RU2815818C1
RU2815818C1 RU2023113571A RU2023113571A RU2815818C1 RU 2815818 C1 RU2815818 C1 RU 2815818C1 RU 2023113571 A RU2023113571 A RU 2023113571A RU 2023113571 A RU2023113571 A RU 2023113571A RU 2815818 C1 RU2815818 C1 RU 2815818C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
losses
magnetic induction
degree
abnormal
determining
Prior art date
Application number
RU2023113571A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Михайлович Плотников
Татьяна Владимировна Щеголева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Application granted granted Critical
Publication of RU2815818C1 publication Critical patent/RU2815818C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам и может быть использовано при определении магнитных потерь в трансформаторах. Техническим результатом является возможность определения показателя степени γ магнитной индукции в аномальных потерях для стали сердечника трансформатора. Способ определения показателя степени у магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора заключается в проведении опытов холостого хода при номинальном и пониженном напряжении и расчет показателя γ по формуле, содержащей значение предварительно найденных гистерезисных, вихретоковых классических и аномальных потерь (Рг, Рв и Ра) на трех частотах ƒ1, ƒ2, ƒ3 при номинальном напряжении, значение полных потерь (Рп) в стали при пониженном напряжении, и отношение пониженного и номинального напряжений (m). Показатель степени магнитной индукции в аномальных потерях определяют по формуле:

Description

Предлагаемый способ относится к области электротехники и может быть использован для уменьшения магнитных потерь холостого хода в трансформаторах и других электрических машинах.
Согласно действующим в настоящее время представлениям, полные потери в стали состоят из трех компонентов
где Рг - потери на гистерезис;
Рв - вихретоковые классические потери;
Ра - вихретоковые аномальные (избыточные) потери.
Для качественного проектирования сердечников с низкими магнитными потерями необходимы уточненные данные о всех трех составляющих полных потерь в стали.
В работе [Bertotti G. General properties of power losses in soft ferromagnetic materials //IEEE Transactions on Magnetics, 1988, vol. 24, no. 1, pp.621-630. doi: 10.1109/20.43994], указано, что гистерезисные потери зависят от максимального значения магнитной индукции Вm в степени α, вихретоковые классические потери - в степени 2, а вихретоковые аномальные потери - в степени γ.
где kг, kв, kа - коэффициенты, зависящие от материала и конструкции сердечника;
ƒ - частота перемагничивания. Если степень максимального значения магнитной индукции α=1,6 для гистерезисной составляющей (коэффициент Штеймеца) определена достаточно точно, степень 2 для вихретоковой классической составляющей получена из формулы, которая описывают известные физические закономерности, то степень γ для вихретоковой аномальной составляющей получена на основании наилучшего соответствия модели и опытных данных с использованием процедуры подбора. Аномальная составляющая потери в стали обусловлена микровихревыми токами, генерируемыми движущимися доменными стенками, и считается наименее изученной. Впервые понятие аномальных потерь ввел в 1988 году Бертотти [BertottiG. General properties of power losses in soft ferromagnetic materials // IEEE Transactions on Magnetics, 1988, vol. 24, no. 1, pp.621-630. doi: 10.1109/20.43994], он же эмпирически (используя процедуру подгонки модели к результатам измерений) установил значение показателя γ=1,5. С тех пор это значение повторяется во многих работах, причем оно не зависит от марки стали магнитопровода, толщины листов, из которых набран сердечник, и от мощности электрической машины. Однако с 1988 года электротехническая сталь претерпела существенные изменения, в то время как показатель у по-прежнему считается равным 1,5. В работе [Jieli Li, Т. Abdallah, С.R. Sullivan. Improved calculation of core loss with nonsinusoidal waveforms // Conference Record of the 2001 IEEE Industry Applications.2001, pp.2203-2210, vol.4, doi: 10.1109/IAS.2001.955931] указано, что показатель γ может принимать значение 2.
Известен способ определения показателя магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора [патент РФ 2764780, МПК H01F 27/24, G01R 33/12, G01R 31/62, G01R 35/02, опубл. 21.01.2022]. Известный способ определяет показатель степени α, с которым магнитная индукция входит в гистерезисные потери (коэффициент Штейнмеца), однако он не позволяет найти показатель степени магнитной индукции в аномальных потерях в стали.
Известен способ определения потерь в стали магнитопровода, включающий измерение полных потерь в магнитопроводе тремя опытами холостого хода на трех частотах и вычисление гистерезисной, вихретоковой классической и вихретоковой аномальной составляющих полных потерь по результатам измерений [патент РФ 2750134, МПК G01R 27/26, опубл. 22.06.2021].
Известный способ не оперирует с таким параметром, как магнитная индукция, поэтому не позволяет определить показатель степени магнитной индукции, с которой аномальная составляющая потерь в сердечнике входит в полные потери.
Изобретение решает задачу непосредственного определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника конкретного трансформатора.
Техническим результатом от использования изобретения является возможность определения показателя степени магнитной индукции γ, с которым она входит в выражение аномальных потерь в стальном сердечнике конкретного трансформатора при его работе на номинальной частоте и при номинальном напряжении по результатам трех измерений на разных частотах перемагничивания и одному измерению на номинальной частоте и пониженном напряжении. Знание показателя γ позволит эффективно конструировать материал сердечника и снизить магнитные потери в трансформаторах.
Это достигается тем, что в способе определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора, включающим вычисление составляющих потерь Рг, Ръ и Ра на основании трех опытов холостого хода, проведенных на трех частотах ƒ1, ƒ2 и ƒ3 при номинальном напряжении Uн и расчет показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях с помощью процедуры подбора, отличающийся тем, что дополнительно проводят опыт холостого хода на частоте f1 и пониженном номинальном напряжении UП, а показатель степени магнитной индукции в аномальных потерях определяют по формуле
где Рг, Рв, Ра - соответственно потери на гистерезис, классические вихретоковые потери и аномальные вихретоковые потери, определенные по результатам опытов холостого хода на трех частотах f1, f2 и f3 при номинальном напряжении Uн;
Рп - полные потери в стали при пониженном напряжении Uп на частоте f1;
Заявляемый способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях в сердечнике трансформатора отличается расчетом данного коэффициента по предварительно найденным потерям на гистерезис, классическим и аномальным потерям на вихревые токи при номинальном напряжении, измеренному значению потерь в стали при пониженном напряжении и отношению пониженного и номинального напряжений. Заявляемый способ не является математическим методом, так как основан на результатах конкретных измерений.
Формула, связывающая показатель степени магнитной индукции со значениями гистерезисных, вихретоковых классических и вихретоковых аномальных потерь, рассчитанными по результатам опытов холостого хода на трех частотах при номинальном напряжении, результату опыта холостого хода при пониженном напряжении и отношению пониженного и номинального напряжений, получена автором впервые.
Способ осуществляют следующим образом.
При разомкнутой вторичной обмотке (опыт холостого хода) первичную обмотку трансформатора включают на номинальное напряжение UH, с помощью ваттметра измеряют полные потери в стали на трех частотах f1, f2 и f3 и вычисляют гистерезисные потери Pа, вихретоковые классические потери Ръ и вихретоковые аномальные потери Ра для частоты f1 по методике [патент РФ 2750134, МПК G01R 27/26, опубл. 22.06.2021], Затем подключают к первичной обмотке пониженное на 5... 10% напряжение UП и на частоте f1 измеряют полные потери в стали РП.
Магнитная индукция в трансформаторе пропорциональна приложенному первичному напряжению, причем с увеличением напряжения выше UH сердечник переходит в режим насыщения и магнитная индукция практически не меняется. При незначительном понижении напряжения UH (на 5… 10%) магнитная индукция уменьшается в той же пропорции. Поэтому в опыте холостого хода, проведенном при пониженном в m раз напряжении, при прочих равных условиях потери на гистерезис уменьшатся в m1,6 раз, классические вихретоковые потери - в m2 раз, а аномальные вихретоковые потери - в mγ раз. Зная величины трех составляющих потерь при номинальном напряжении, при вычислении которых показатель γ не использовался, а также зная величину полных потерь при пониженном напряжении, можно определить показатель γ. Полные потери при пониженном в m раз напряжении
откуда
Формула показателя степени γ имеет вид
Пример осуществления способа.
В опыте холостого хода, проведенном на сухом однофазном трансформаторе ОСМ1-1,6М мощностью 1600 ВА, при напряжении первичной обмотки Uн=220 В были зафиксированы следующие показания ваттметра: полные потери в стали на частоте ƒ1=50 Гц составили P1=20,0 Вт, на частоте ƒ2=60 Гц - Р2= 25,9 Вт и на частоте ƒз=70 Гц - Р3=32,4 Вт. Для частоты ƒ1=50 Гц вычислены следующие потери: Рг=10,4 Вт, Рв=6,5 Вт и Ра=3,1 Вт. Полные потери в стали при напряжении первичной обмотки Uп=198 В на частоте ƒ1=50 Гц составили Рп=16,6 Вт. Коэффициент
Значение показателя степени у для стали сердечника определялось из выражения (5)
Таким образом, для сердечника исследуемого трансформатора показатель степени γ, с которым магнитная индукция входит в выражение аномальных потерь, составил 1,86, что соответствует современным представлениям о составляющих потерь в стали. Представленный способ определения показателя γ справедлив также для любого другого трансформатора.

Claims (4)

  1. Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора, включающий вычисление составляющих потерь Рг, Рв и Ра на основании трех опытов холостого хода, проведенных на трех частотах ƒ1, ƒ2 и ƒ3 при номинальном напряжении Uн и расчет показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях с помощью процедуры подбора, отличающийся тем, что проводят дополнительный опыт холостого хода на частоте f1 и пониженном напряжении Uп, а показатель степени магнитной индукции в аномальных потерях определяют по формуле
  2. где Рг, Рв, Ра - соответственно потери на гистерезис, классические вихретоковые потери и аномальные вихретоковые потери, определенные по результатам опытов холостого хода на трех частотах ƒ1, ƒ2, ƒ3 при номинальном напряжении Uп; Рп - полные потери в стали при пониженном напряжении Uп на частоте ƒ1;
RU2023113571A 2023-05-24 Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора RU2815818C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2815818C1 true RU2815818C1 (ru) 2024-03-22

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2750134C1 (ru) * 2020-09-04 2021-06-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения магнитных потерь в стали магнитопровода
RU2764780C1 (ru) * 2021-02-05 2022-01-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора
RU2788080C1 (ru) * 2021-10-14 2023-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения потерь на вихревые токи в стали магнитопровода трансформатора

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
RU2750134C1 (ru) * 2020-09-04 2021-06-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения магнитных потерь в стали магнитопровода
RU2764780C1 (ru) * 2021-02-05 2022-01-21 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора
RU2788080C1 (ru) * 2021-10-14 2023-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Способ определения потерь на вихревые токи в стали магнитопровода трансформатора

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109283399B (zh) 一种高频磁元件绕组损耗的测量方法
Lee et al. Prediction of iron losses using the modified Steinmetz equation under the sinusoidal waveform
Daut et al. Magnetizing current, harmonic content and power factor as the indicators of transformer core saturation
Ma et al. Effects of DC bias on magnetic performance of high grades grain-oriented silicon steels
Miyagi et al. Development of measuring equipment of DC-biased magnetic properties using open-type single-sheet tester
Wu et al. Residual flux measurement of power transformer based on transient current difference
de La Barrière et al. A simple compensation method for the accurate measurement of magnetic losses with a single strip tester
RU2815818C1 (ru) Способ определения показателя степени магнитной индукции в аномальных потерях сердечника трансформатора
Volik et al. Metrological aspects of an automated method for measuring electrophysical parameters of soft magnetic materials
de Espíndola et al. Comparison of iron losses evaluations by different testing procedures
Huo et al. A Novel Residual Magnetism Detection Method of Power Transformer Cores Based on Magnetization Time
Urata et al. The calculation considered two-dimensional vector magnetic properties depending on frequency of transformers
WO2013048348A1 (en) Device and testing procedure for determination of magnetic circuit quality
RU2764780C1 (ru) Способ определения показателя степени магнитной индукции в потерях на гистерезис для стали сердечника трансформатора
Américo et al. A non-invasive methodology for magnetic characterization of transformers and reactors
RU2755053C1 (ru) Способ определения магнитных потерь в трансформаторе
Akiror Model for core loss prediction at high frequency and high flux density
RU2796600C1 (ru) Способ определения магнитных потерь в трансформаторе
JPH06249932A (ja) 変成器鉄心の残留磁気測定装置
Pluta Measurements of magnetic properties of electrical steel sheets for the aim of loss separation
Stiller et al. Different Iron Loss Models for Electrical Steel Sheets considering Harmonic Flux Signals
RU2788080C1 (ru) Способ определения потерь на вихревые токи в стали магнитопровода трансформатора
Baguley et al. Unusual effects measured under DC bias conditions on MnZn ferrite material
Tian Calculation and Analysis of Transformer No Load over Excitation Current Based on Magnetic Circuit-circuit Coupling Model
Pluta et al. Labview based testing system for the aim of construction of energy efficient magnetic cores