СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПАРАМЕТРА В СЕРДЕЧНИКЕ Российский патент 2014 года по МПК G01R33/07 

Область техники

Изобретение касается способа определения магнитного параметра, в частности напряженности магнитного поля в участке сердечника, через который протекает магнитный поток.

Уровень техники

У электрических трансформаторов, которые применяются в энергораспределительных сетях, из-за активного применения силовых электронных компонентов конструкции таких, какие применяются, например, для электрических приводов или установок для компенсации реактивной мощности, может возникать компонента тока, которая в отношении сети может рассматриваться как постоянный ток. Этот постоянный ток или «составляющая постоянного тока», хотя и составляет чаще всего только несколько тысячных от номинального тока трансформатора, но создает в сердечнике трансформатора постоянный магнитный поток, который накладывается на переменный поток.

Также вследствие так называемых «Geomagnetically induced currents» (GIC) (токов, индуцированных геомагнитным полем) в сердечнике трансформатора может происходить образование постоянной составляющей потока.

Современные материалы для сердечника обладают очень высокой магнитной проницаемостью, и сердечники изготавливаются по технологии шихтовки Step-Lap. Благодаря этому сердечники трансформаторов обладают очень высокой магнитной проводимостью, и обычно магнитный материал сердечника трансформатора эксплуатируется с высокой степенью использования, что делает трансформатор особенно чувствительным по отношению к постоянным полям.

Уже умеренные ампер-витки постоянного тока могут вызывать такую асимметрию при рассеянии характеристики B-H (напряженность магнитного поля - магнитная индукция), так что плотность потока соответственно в одном полупериоде приближается к плотности потока насыщения материала сердечника. Намагничивающий ток из-за этого больше не синусоидальный, а искаженный. Повышается температура в сердечнике и в электрической обмотке. При эксплуатации возникает повышенная шумность, что, в частности, неблагоприятно тогда, когда трансформатор должен инсталлироваться вблизи жилой зоны.

Для сокращения производственных шумов трансформатора в DE 4021860 C2 предлагается измерение шума на трансформаторе. В зависимости от шумов трансформатора генератор постоянного тока подает в компенсационную обмотку трансформатора компенсационный ток, так что производственные шумы сокращаются. Но измерение шума является трудоемким и ненадежным в эксплуатации.

В принципе у силового трансформатора можно было бы определять постоянную составляющую потока также посредством преобразователей тока, при этом измеряются текущие в первичных обмотках и вторичных обмотках токи и из сигнала измерения отфильтровываются составляющие четных гармоник, которые коррелируются с постоянным магнитным потоком в сердечнике. Но недостатком при этом является то, что преобразователи тока должны инсталлироваться в области высоких потенциалов напряжения, что в связи с высокой трудоемкостью инсталляции является дорогостоящим.

Другая возможность могла бы заключаться в том, чтобы отфильтровывать составляющую постоянного поля путем определения спектральных составляющих четных гармоник в сигналах напряжения. Но эта амплитуда четных гармоник составляет по сравнению с основной гармоникой сетевой частоты только тысячные доли, что делает обработку данных измерения трудоемкой.

Кроме того, предъявляются особые требования в отношении надежности такой системы измерения, так как силовой трансформатор всегда рассчитан на очень долгий период эксплуатации, и стремятся к очень низким затратам на техническое обслуживание. Само собой разумеется, что система измерения для определения постоянной составляющей по возможности не должна влиять на расчет ни магнитного сердечника, ни электрической обмотки и других механических компонентов конструкции.

В PCT/EP2007/055728 описан трансформатор с компенсацией постоянного потока, при этом в соответствии с измерением магнитного поля компенсационный ток задается так, что постоянная составляющая уменьшается. Магнитное поле измеряется посредством расположенной на трансформаторе сенсорной катушки. Измерительная катушка является надежной, но обработка сигнала измерения из-за слабости сигнала сенсора требует очень затратных аппаратных компонентов для кондиционирования сигнала и, кроме того, очень сложных алгоритмов обработки сигнала.

Однако удовлетворяющее во всех отношениях определение постоянной составляющей в сердечнике до сих пор не известно.

Изложение изобретения

Задачей настоящего изобретения является создать метод, который наиболее простым возможным образом обеспечит возможность надежного определения асимметричного рассеяния сердечника.

Эта задача решается с помощью способа с признаками п.1 формулы изобретения и устройства с признаками п.7 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в соответственно зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение идет новым путем в регистрации физической величины, которая вызывает асимметричное рассеяние магнитного материала. В соответствии с изобретением применяется сенсорное устройство, которое работает подобно «магнитному байпасу»: посредством ферромагнитной шунтирующей части часть основного магнитного потока на сердечнике трансформатора ответвляется и снова подводится ниже по потоку. По этой ответвленной и направляемой в шунт к сердечнику составляющей потока либо непосредственно, либо опосредствованно по ее производной физической величине, определяется напряженность магнитного поля в участке сердечника, перемкнутом шунтирующей ветвью. При этой регистрации напряженности магнитного поля, далее также называемой магнитным возбуждением, обеспечивается ряд преимуществ. С одной стороны, сокращается трудоемкость техники сигнализации для определения составляющей постоянного поля в магнитомягком сердечнике, так как, как известно, при начинающемся насыщении в сердечнике трансформатора доля магнитного потока рассеяния увеличивается. Это значит, при каждом полупериоде, при котором магнитный материал сердечника (объекты измерения) в перемкнутой шунтирующей частью (сенсор) области вследствие асимметрии приходит в насыщение, вследствие принципиально существенно более высокого магнитного предела насыщения шунтирующей части составляющая потока, направляемая в шунтирующей ветви, увеличивается относительно основного потока в объекте измерения. Другими словами, изобретением было выяснено преимущество того технического эффекта, что для определения магнитного параметра в участке сердечника предпочтительно, если шунтирующая ветвь, даже в случае сильного магнитного насыщения в области перекрываемого шунтирующей частью (сенсор) участка сердечника (объект измерения), сама еще не проявляет никаких магнитных эффектов насыщения, и ее «магнитное сопротивление», то есть по существу эффективная проницаемость магнитного шунта, в значительной степени остается не подверженной влиянию ситуации насыщения объекта измерения и постоянной. Этот эффект может достигаться различным образом.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением способа ответвленный магнитный поток направляется по меньшей мере через один не ферромагнитный зазор, далее также называемый для наглядности «воздушный зазор». Благодаря этому можно повышать предел магнитного насыщения и, кроме того, достигать линеаризирующего воздействия на эффективную проницаемость всей шунтирующей ветви и вместе с тем на точность измерения. В результате достигают того, что даже в случае сильного магнитного насыщения сердечника магнитный материал шунтирующей части все еще не подвержен эффектам магнитного насыщения, и эта ответвленная составляющая магнитного потока прямо пропорциональна магнитному возбуждению контролируемой области объекта измерения.

В другом предпочтительном варианте осуществления может быть предусмотрено, что шунтирующая ветвь, через которую направляется ответвленная часть магнитного потока, обладает эффективной проницаемостью, которая меньше, чем проницаемость магнитомягкого материала сердечника. Благодаря этому также достигается, что даже в случае сильного магнитного насыщения сердечника шунтирующая часть все еще не подвержена эффектам магнитного насыщения и ее магнитный поток прямо пропорционален магнитному возбуждению контролируемой области объекта измерения. В другом усовершенствовании этого варианта осуществления может быть предусмотрено, что ответвленный магнитный поток направляется через не ферромагнитный зазор. Шунтирующая ветвь благодаря этому становится еще более нечувствительной к эффектам насыщения.

Предпочтительно магнитная шунтирующая часть снабжена устройством измерения, посредством которого измеряется ответвленный магнитный поток в шунтирующей ветви. Технически просто это может быть реализовано с помощью сенсорной катушки, которая установлена на шунтирующей части. В этой сенсорной катушке при изменении во времени пронизывающей сенсорную катушку ответвленной составляющей магнитного потока индуцируется сигнал сенсора. Но может применяться и другой детектор магнитного поля, например датчик Холла.

С целью аналитической оценки сигнал сенсора подается в аналитическое устройство. В аналитическом устройстве по сигналу сенсора, например, может затем определяться постоянная составляющая магнитного потока в сердечнике трансформатора.

Для аналитической оценки предпочтительно, если посредством пикового ограничителя сначала устраняется низкочастотная составляющая основной гармоники, затем оцифровывается сигнал сенсора, при этом в эквидистантные моменты времени осуществляется считывание с частотой считывания, которая соответствует целому кратному сетевой частоты трансформатора.

Для устройства обработки сигналов может быть предпочтительно, если цифровые значения сигналов суммируются с соответственно отстающими на половину продолжительности периода сетевой частоты цифровыми значениями сигналов.

При этом предпочтительно, если из цифровых значений сигналов посредством пропускающего полосового фильтра отфильтровываются составляющие сигналов с двойной сетевой частотой и отфильтрованные значения сигналов подвергаются преобразованию Фурье.

Задача решается также посредством предложения устройства, которое имеет магнитную шунтирующую часть, проводящую ответвленную от сердечника часть магнитного потока, при этом магнитный материал шунтирующей части не насыщается, и которое имеет сенсорно-аналитическое устройство, которое предназначено для того, чтобы по этой ответвленной части магнитного потока или ее производной величине определять напряженность магнитного поля в участке.

Один из предпочтительных с точки зрения надежности вариантов осуществления изобретения может заключаться в том, что один или несколько участков магнитной шунтирующей части обмотаны по меньшей мере одной сенсорной катушкой, в которой путем индукции создается сигнал сенсора, и по нему посредством аналитического устройства определятся постоянная составляющая. Не требуются никакие активные компоненты конструкции, сенсорная катушка не обладает никаким дрейфом.

Один из предпочтительных вариантов осуществления может быть сконструирован так, чтобы шунтирующая часть была выполнена U-образно и на каждом стержне было расположено по одной сенсорной катушке. Путем соответствующего соединения двух этих сенсорных катушек могут сокращаться влияния помех.

Чтобы по сигналу сенсора наиболее простым возможным образом выделить четные гармоники, которые отображают постоянную составляющую потока в сердечнике, предпочтительно, если в аналитическом устройстве выполняется оцифровывание сигнала сенсора, при этом в эквидистантные моменты времени осуществляется считывание с частотой считывания, которая соответствует целому кратному сетевой частоты трансформатора.

Для подавления имеющихся в сигнале измерения сенсорной катушки составляющих сигнала сетевой частоты может предпочтительно применяться собственно известный пиковый ограничитель. Благодаря этому составляющие сигнала сетевой частоты могут подавляться в значительной степени. Пиковый ограничитель может быть изготовлен как в цифровой форме, так в аналоговой форме.

Одним из особенно предпочтительных применений предлагаемого изобретением способа или, соответственно, предлагаемого изобретением устройства является подавление производственных шумов у силовых трансформаторов. Изобретение создает возможность технически простой и одновременно надежной регистрации постоянного магнитного поля в сердечнике трансформатора на протяжении долгого периода эксплуатации. В сочетании с дополнительно установленной на трансформаторе компенсационной обмоткой и устройством для генерации компенсационного тока собственно известным образом может устраняться действие создающего асимметрию постоянного потока. Настоящее изобретение обеспечивает возможность простой и надежной в эксплуатации регистрации релевантного магнитного параметра в сердечнике, которая является предпосылкой для эффективной компенсации.

Кроме того, изобретение обеспечивает возможность, простым образом регистрировать магнитный поток в сердечнике трансформатора, так что могут контролироваться и фиксироваться (мониторинг) возникающие во время эксплуатации состояния нагрузки.

Лежащий в основе изобретения принцип измерения может также рассматриваться в качестве предпочтительного при изготовлении магнитомягких сердечников для электрических машин. При изготовлении трансформаторов, которые применяются в сетях энергоснабжения, во время производства могут регистрироваться и контролироваться качественные свойства шихтованного магнитного сердечника.

Другой возможностью применения настоящего изобретения может быть мобильный или стационарный измерительный прибор для измерения магнитных параметров.

Краткое описание чертежей

Для дальнейшего пояснения изобретения в последующей части описания делается ссылка на чертежи, в которых содержатся другие предпочтительные варианты осуществления, подробности и усовершенствования изобретения.

фиг.1 представляет собой схематичное изображение трансформатора, на котором в виде блочной схемы заэскизировано возможное расположение предлагаемого изобретением устройства для определения постоянной составляющей потока в сердечнике и устройство для обработки сигналов;

фиг.2 представляет собой схематичный чертеж, на котором в увеличенном изображении показана шунтирующая часть, выполняющая функцию механического шунта, при этом она образует байпас к направлению основного магнитного потока.

Осуществление изобретения

На фиг.1 на схематичном изображении в перспективе показан трансформатор 1, который снабжен предлагаемым изобретением устройством для определения магнитной постоянной составляющей. Определение постоянной составляющей является предпосылкой для эффективного противодействия обусловленному постоянной составляющей потока (составляющей постоянного тока) и сопутствующему ей асимметричному рассеянию магнитного материала. При этом могут уменьшаться возникающие при эксплуатации шумы и локальный нагрев.

Трансформатор 1 имеет сердечник 2, у которого имеются три стрежня 6. Каждый из этих стержней 6 несет на себе установленную обмотку 3. Эти три стержня 6 в обычной конструкции вверху соединены с верхним ярмом 4, а внизу с нижним ярмом 5. В соответствии с изобретением на свободном участке поверхности 14 верхней части 4 ярма расположена так называемая шунтирующая часть 7, непосредственно прилегая или на расстоянии. Эта шунтирующая часть 7 служит цели регистрации постоянной составляющей потока в сердечнике 2.

Шунтирующая часть 7, функция которой будет подробнее поясняться ниже, подает сигнал 9 сенсора аналитическому устройству 10. Аналитическое устройство 10 создает управляющий сигнал 11, который подведен к подключенному устройству 12 для генерации компенсационного тока. Устройство 12 для генерации компенсационного тока генерирует в соответствии с подведенным управляющим сигналом 11 компенсационный ток 13, который подается в компенсационную обмотку 20 (фиг.2) трансформатора 1. При этом компенсационный ток 13 по величине и направлению задается так, что он противодействует постоянной составляющей 15 магнитного потока в сердечнике 2 трансформатора 1 или, соответственно, компенсирует ее.

На фиг.2 видна шунтирующая часть 7 в увеличенном изображении. Шунтирующая часть 7 установлена, располагаясь примерно параллельно некоторому участку на верхнем ярме 4 трансформатора 1. Она проводит некоторую долю магнитного потока 17, который течет в верхней части 4 ярма трансформатора 1. В случае насыщения происходит увеличение потока рассеяния и вместе с тем увеличение направляемой в шунте составляющей потока.

Как показано на фиг.2, с помощью шунтирующей части 7 от основного потока электрической машины ответвляется часть 18 (Φ2) магнитного потока и направляется в «магнитном байпасе». Причем путь этого ответвленного магнитного потока 18 (Φ2) в месте ответвления ведет сначала через воздушный зазор S1 в первый стержень 21 шунтирующей части 7. Через средний участок ответвленный поток попадает ко второму стержню 22. Оттуда ответвленная часть Φ2 потока через воздушный зазор S2 снова поступает в верхнюю часть 4 ярма. После объединения с магнитным потоком Φ1 перемыкающего участка L1 снова получается основной поток Φ.

На фиг.2 для каждой из этих составляющих Φ1 и Φ2 магнитного потока соответственно относящееся к ним магнитное возбуждение обозначено H1 и H2, путь в пакете сердечника L1 и L2, а соответствующая площадь поперечного сечения A1 и A2. Стрелкой 15 обозначена постоянная составляющая магнитного потока, которая перекрывается с основным переменным потоком 17.

Применяя закон полного тока, можно доказать, что магнитный поток Φ в сенсоре, то есть в шунтирующей ветви 23, ведет себя прямо пропорционально магнитному возбуждению H в перекрываемой сенсором области объекта измерения.

Φ₂=[(µ₀.L₁.A₂)/S'].H₁

При этом

S':=[S+(L₂/µ_R2)],

где S=S1+S2 - общая длина воздушного зазора, а µ_R2 - относительная проницаемость шунтирующей части.

Так как электрические трансформаторы и другие электрические машины обычно эксплуатируются от источников синусоидального напряжения с низким полным сопротивлением источника, на основании закона индукции характер изменения первой производной магнитного потока Φ (прямо пропорционально напряжению источника), а также как прямое следствие этого его интеграл, то есть сам магнитный поток Φ, и поэтому также магнитная плотность потока или, соответственно, индукция B могут считаться практически синусоидальными. Теперь при возникновении эффектов магнитного насыщения вследствие сильно уменьшающейся проницаемости магнитного материала магнитное возбуждение H должно существенно повышаться, чтобы добиться требуемой магнитной плотности B потока. Этим объясняется также, почему эффекты магнитного насыщения по сравнению с плотностью B потока существенно сильнее отображаются в магнитном возбуждении H (и вместе с тем также в его первой производной по времени). Поэтому предпочтительны детекторы, которые подают сигнал измерения, пропорциональный магнитному возбуждению H или его первой производной dH/dt. Кроме того, этот способ измерения, наряду с описанной выше целью применения, может также использоваться для строительства измерительных приборов для измерения действующего в испытываемом объекте магнитного возбуждения H или кроме этого в комбинации с измерением плотности магнитного потока для определения магнитной характеристики магнитного материала, применяемого в испытываемом объекте.

Магнитная шунтирующая ветвь 23 может устанавливаться в любой области участка сердечника, например, на ярме или на стержне с небольшими усилиями. Расчет сердечника трансформатора, электрической обмотки и других механических компонентов не подвергается влиянию этой шунтирующей ветви. Новый принцип обеспечивает возможность регистрации постоянной составляющей потока без интеграции и вместе с тем без дрейфа. Поэтому предлагаемый изобретением принцип измерения может также предпочтительно применяться для долговременной регистрации (мониторинга). Затраты на изготовление невысоки.

Вследствие описанной выше пропорциональности между магнитным возбуждением H в испытываемом объекте и магнитным потоком Φ в сенсоре индуцируемое в сенсоре напряжение соответствует в этом случае в испытываемом объекте первой производной (dH/dt) магнитного возбуждения по времени, и с помощью надлежащего способа аналитической оценки на продолжительности всей эксплуатации может обеспечиваться стабильное долговременное отображение постоянных составляющих постоянного магнитного поля в трансформаторе или в магнитном контуре электрической машины.

Особым преимуществом является применение двух сенсорных катушек (на фиг.2 изображены пунктиром), которые установлены каждая на одном стержне 21, 22 и включены электрически последовательно и установлены вдоль магнитной шунтирующей ветви 23 таким образом, что, с одной стороны, компенсируется действие посторонних полей и/или полей рассеяния, в то время как воздействие обусловленного испытываемым объектом магнитного потока Φ в сенсоре суммируется в сигнале измерения напряжения. Это может достигаться, например, путем симметричной установки двух сенсорных катушек на соответствующих боковых стержнях U-образного сенсора.

Благодаря установке так называемого датчика Холла в магнитной шунтирующей цепи 23 сенсора, например, в воздушном зазоре или в одном из его воздушных зазоров вследствие упомянутой выше пропорциональности между магнитным возбуждением H в испытываемом объекте (объекте измерения) и магнитным потоком Φ или, соответственно, магнитной индукцией B в сенсоре может быть реализована измерительная система для непосредственного измерения магнитного возбуждения H в перекрываемой сенсором области испытываемого объекта. Конечно, для этой цели вместо датчика Холла может также применяться любой другой эквивалентный способ измерения, который позволяет получить выходной сигнал, пропорциональный индукции B. Существенно, чтобы принцип сенсора преобразовывал в сенсоре магнитное возбуждение H в испытываемом объекте (объекте измерения) в пропорциональный ему магнитный поток Φ и вместе с тем в пропорциональную ему плотность потока (индукцию) B.

Если теперь, кроме того, измеряют плотность магнитного потока (индукцию) B в испытываемом объекте, то вместе с описанным выше измерением возникающего в испытываемом объекте магнитного возбуждения H может быть реализована измерительная система для определения магнитных свойств ферромагнитных материалов, применяемых в испытываемом объекте.

Ответвленная составляющая 18 (Φ2) потока пронизывает сенсорную катушку 19, которая намотана вокруг соединяющей два стержня 21, 22 средней части C-образной шунтирующей части 7 или выполнена в виде двух включенных последовательно отдельных катушек, которые установлены каждая на двух этих стержнях сенсора. В этой сенсорной катушке 19 при эксплуатации трансформатора 1 индуцируется напряжение 8 сенсора (на фиг.2 также обозначено U). Это напряжение 8 сенсора по электрическому проводу в виде сигнала 9 сенсора подается в аналитическое устройство 10.

В аналитическом устройстве 10 этот сигнал сенсора сначала подвергается предварительной обработке, при этом он усиливается и фильтруется в фильтре нижних частот и широкополосном фильтре. При аналитической оценке сигнала 9 сенсора с точки зрения постоянной составляющей (составляющей постоянного тока) при этом известна первая высшая гармоника, то есть вторая гармоническая составляющая. Вследствие «асимметрии полуволн» намагничивающий ток должен содержать четные гармонические составляющие. Эти четные составляющие имеются также в напряжении сенсора измерительной катушки 19. Настоящее изобретение использует этот эффект путем соответствующей обработки сигналов напряжения, индуцируемого в измерительной катушке 19.

Ниже поясняется подробнее обработка сигналов аналитического устройства 10.

Для подавления доминантно имеющихся в сигнале сенсора составляющих сигнала сетевой частоты применяется так называемый пиковый ограничитель, который в значительной степени подавляет эти составляющие сигнала сетевой частоты. Пиковый ограничитель может быть выполнен как по аналоговой, так и по цифровой технологии.

Затем происходит оцифровывание сигнала сенсора посредством традиционного аналого-цифрового преобразователя. Считывание сигнала происходит с частотой считывания, которая точно соответствует четному кратному сетевой частоты. Частота считывания получается посредством аналоговой или цифровой PLL (Phase Locked Loop, ФАПЧ, фазовая подстройка частоты) в комбинации с управляемым осциллятором.

Затем, дополнительно или альтернативно вышеназванному пиковому ограничителю, в аналитическом устройстве происходит суммирование текущего цифрового значения сигнала с цифровым значением сигнала, точно отстающим на половину продолжительности периода сетевой частоты.

В результате аналитическое устройство 10 подает управляющий сигнал 11, который находится в функциональной зависимости с подлежащим определению постоянным магнитным полем 15 трансформатора 1.

Между торцевыми поверхностями двух стержней 21, 22 и поверхностью 14 сердечника 2 выполнен соответственно зазор S1 и S2. Каждый зазор S1, S2 выполнен так, что каждый из них оказывает магнитному потоку 18 сравнительно высокое сопротивление. Благодаря этому не ферромагнитному исполнению зазора S1, S2 достигается, что в тех полуволнах рассеяния, в которых магнитный материал сердечника 2 уже приходит в насыщение, ферромагнитный сплав шунтирующей части 7 еще не насыщен. Другими словами, изобретение использует то свойство, что в объекте измерения при возникновении эффектов магнитного насыщения относительная проницаемость уменьшается и благодаря этому повышается магнитное сопротивление. Вследствие этого происходит повышение магнитного поля рассеяния, так как магнитное сопротивление поля рассеяния остается неизменным. Это значит, что в случае начинающегося магнитного насыщения дальнейшее увеличение магнитного потока пропорционально меньше воспринимается ферромагнитным сердечником трансформатора, таким образом, должен возникнуть увеличенный поток рассеяния. Если в сердечнике трансформатора имеется постоянная составляющая поля, то этот «эффект смещения» пропорционального увеличения поля рассеяния наступает только в том полупериоде, при котором магнитный постоянный поток и переменный поток аддитивно накладываются друг на друга.

Шунтирующая часть 7 может быть изготовлена из уложенных в стопу листов ферромагнитного сплава или на базе феррита и конструктивно рассчитана так, чтобы сама шунтирующая часть 7 в случае сильного магнитного насыщения испытываемого объекта 2 (объект измерения) все еще не испытывала эффектов магнитного насыщения. Оба стрежня 21, 22 могут быть также с целью крепления двух сенсорных катушек выполнены со ступенчатым поперечным сечением. Чтобы защитить от механических повреждений отдельные провода измерительной катушки, между измерительной катушкой или измерительными катушками и пакетом сердечника может быть предусмотрен каркас из изолятора. Сама измерительная катушка (катушки) может (могут) состоять из традиционной изолированной эмалью круглой или плоской проволоки.

В описанном выше примере осуществления шунтирующая часть 7 выполнена U-образно. Разумеется, что шунтирующая часть 7 может также иметь другие геометрические формы, например закругленную, C-образную или круглую.

Расположение шунтирующей части 7 на верхнем ярме 4 выбрано в качестве примера. В принципе, для этого возможна любая свободная область на поверхности 14 сердечника 2, которая проводит основной поток. То есть шунтирующая часть 7 может также располагаться на стержне 6 или на нижней части 5 ярма.

Поясненный выше на примере сердечника трансформатора принцип измерения может также находить применение в измерительном приборе, который, например, может использоваться в контроле качества при изготовлении шихтованных сердечников для электрических машин.

Список ссылочных обозначений

1 Трансформатор

2 Сердечник

3 Электрическая обмотка

4 Верхнее ярмо

5 Нижнее ярмо

6 Стержень

7 Шунтирующая часть

8 Сенсорное устройство (детектор)

9 Сигнал сенсора

10 Аналитическое устройство

11 Управляющий сигнал

12 Устройство генерации компенсационного тока

13 Компенсационный ток

14 Поверхность сердечника

15 Постоянная составляющая

16 Компенсационный поток

17 Основной поток

18 Ответвленная часть магнитного потока

19 Сенсорная катушка

20 Компенсационная обмотка

21 Стержень

22 Стержень

23 Шунтирующая ветвь

S1 Первый воздушный зазор

S2 Второй воздушный зазор

A1 Площадь поперечного сечения в шунтирующей части 7

A2 Площадь поперечного сечения в ярме 4

L1 Длина магнитной волны в ярме 4

L2 Длина магнитной волны в шунтирующей части 7

Изобретение относится к области измерительной техники и представляет собой способ и устройство для определения магнитного параметра, в частности составляющей постоянного магнитного поля в участке сердечника, через который протекает магнитный поток, с последующей компенсацией этой составляющей. Часть магнитного потока ответвляется от сердечника и направляется в магнитную шунтирующую часть, при этом магнитный материал магнитной шунтирующей части не насыщается. Посредством сенсорно-аналитического устройства, включающего установленную на шунтирующей ветви катушку, по этой ответвленной части магнитного потока или её производной величине определяется магнитный параметр. На основании полученных результатов осуществляется фильтрование сигнала. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ определения магнитного параметра, в частности напряженности (H1) магнитного поля на участке (L1) сердечника (2), через который протекает магнитный поток,
а. при этом часть (18) магнитного потока ответвляется от сердечника (2) и направляется через магнитную шунтирующую ветвь (23), в которой выполнен по меньшей мере один не ферромагнитный зазор (S1, S2),
b. при этом в магнитной шунтирующей ветви (23) расположена шунтирующая часть (7), причем магнитный материал шунтирующей части (7) не насыщается,
с. при этом по меньшей мере один участок магнитной шунтирующей части (7) обмотан по меньшей мере одной сенсорной катушкой (19), в которой или в которых ответвленная часть (18) магнитного потока за счет индукции создает сигнал (9) сенсора, и
d. при этом посредством сенсорно-аналитического устройства (8, 10), к которому подается сигнал (9) сенсора, по этой ответвленной части (18) магнитного потока или ее производной величине определяется магнитный параметр (H1).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что шунтирующая ветвь (23), через которую направляется ответвленная часть (18) магнитного потока, имеет эффективную проницаемость, которая меньше, чем проницаемость сердечника (2).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что посредством аналитического устройства (10) по сигналу (9) сенсора определятся постоянная составляющая магнитного потока.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в аналитическом устройстве (10) посредством полосового заграждающего фильтра устраняется составляющая основной гармоники сетевой частоты и выполняется оцифровывание сигнала (19) сенсора, при этом в эквидистантные моменты времени осуществляется считывание с частотой считывания, которая соответствует целому кратному сетевой частоты трансформатора.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что цифровые значения сигналов суммируются с соответственно отстающим на половину продолжительности периода сетевой частоты цифровым значением сигналов.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что из цифровых значений сигналов посредством пропускающего полосового фильтра отфильтровываются составляющие сигналов с двойной сетевой частотой и отфильтрованные значения сигналов подвергаются преобразованию Фурье.

7. Устройство для определения магнитного параметра, в частности напряженности (H1) магнитного поля на участке (L1) сердечника (2), через который протекает магнитный поток, при этом часть (18) магнитного потока ответвляется от сердечника (2) и направляется через магнитную шунтирующую ветвь (23), включающее в себя:
- магнитную шунтирующую часть (7), которая расположена в магнитной шунтирующей ветви (23) и проводит ответвленную от сердечника (2) часть (18) магнитного потока, при этом в магнитной шунтирующей ветви (23) выполнен по меньшей мере один не ферромагнитный зазор (S1, S2), так что магнитный материал шунтирующей части (7) не насыщается; и при этом по меньшей мере часть шунтирующей части (7) обмотана по меньшей мере одной сенсорной катушкой (19), в которой или в которых ответвленная часть (18) магнитного потока за счет индукции создает сигнал (9) сенсора, и
- сенсорно-аналитическое устройство (8, 10), к которому подается сигнал (9) сенсора и которое предназначено для того, чтобы по ответвленной части (18) магнитного потока или ее производной величине определять магнитный параметр (H1).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в шунтирующей ветви (23), в которой направляется ответвленная часть (18) магнитного потока, эффективная проницаемость меньше, чем проницаемость в сердечнике (2).

9. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что аналитическое устройство (10) предназначено для того, чтобы по подаваемому сигналу (9) сенсора определять постоянную составляющую магнитного потока.

10. Устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что магнитная шунтирующая часть (7) выполнена U-образно и имеет два стержня 21, 22, на каждом из которых расположено по одной сенсорной катушке (19), которые включены электрически последовательно и пространственно установлены в шунтирующей ветви (23) таким образом, что компенсируется действие посторонних полей, в то время как вызванное ответвленной частью (18) магнитного потока индуцированное электрическое напряжение суммируется.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что аналитическое устройство (10) имеет полосовой заграждающий фильтр, который устраняет из сигнала (9) сенсора составляющую основной гармоники сетевой частоты.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что аналитическое устройство (10) предназначено для того, чтобы выполнять оцифровывание сигнала (9) сенсора, при этом в эквидистантные моменты времени осуществляется считывание с частотой считывания, которая соответствует целому кратному сетевой частоты трансформатора.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что аналитическое устройство (10) выполнено так, чтобы цифровые значения сигналов суммировались с соответственно отстающим на половину продолжительности периода сетевой частоты цифровым значением сигналов.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что аналитическое устройство (10) оснащено пропускающим полосовым фильтром, чтобы отфильтровывать из цифровых значений сигналов составляющие сигналов с двойной сетевой частотой.

15. Устройство по п.11, отличающееся тем, что аналитическое устройство (10) оснащено также вычислительным устройством, посредством которого по отфильтрованным значениям сигналов может рассчитываться преобразование Фурье.

16. Устройство по п.7, отличающееся тем, что шунтирующая часть (7) образована из пакета шихтованных С-образных ферромагнитных листов.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что С-образные листы имеют первый стержень (21) и второй стержень (22) и расположение относительно сердечника (2) выбрано так, что каждый из этих стержней (21, 22) между обращенной к сердечнику торцевой поверхностью и поверхностью (14) сердечника (2) соответственно имеет зазор (S1, S2).

18. Применение способа по любому из пп.1-6 или устройства по любому из пп.7-17 во включенном в сеть энергоснабжения трансформаторе для противодействия постоянной составляющей потока в сердечнике (2) трансформатора и/или регистрации рабочего состояния трансформатора.