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 PDFInfo
- 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
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 34
- 230000006698 induction Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000002547 anomalous effect Effects 0.000 claims description 16
- 238000010187 selection method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 238000005293 physical law Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
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)
- 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
-
- 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;
-
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2815818C1 true RU2815818C1 (ru) | 2024-03-22 |
Family
ID=
Citations (5)
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)
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 |