用于確定變壓器的磁芯飽和的設備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于確定變壓器(200)的磁芯(201)的飽和的測量設備(100)、變壓器(200)和方法。該設備(100)包括一測量電橋(101；111；112)，用于如此地布置在磁芯(201)上，使得測量電橋(101；111；112)跨接磁芯(201)的一部分；該設備還包括一測量線圈(102；208)，其布置在測量電橋(101；111；112)上，用于通過檢測測量線圈(102；208)中的感應的電壓，確定在變壓器(200)的磁芯(201)內(nèi)是否存在飽和。
【專利說明】用于確定變壓器的磁芯飽和的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于確定變壓器的磁芯飽和的設備和方法。
[0002]本發(fā)明屬于直流電壓變換器、變壓器、和/或變壓器磁芯的電氣技術的【技術領域】。
【背景技術】
[0003]本發(fā)明主題要解決的技術問題是檢測變壓器磁芯的飽和，尤其是在直流電壓變換器內(nèi)。熟悉該領域的人員了解，磁芯的飽和會引起大的電流峰值，該電流峰值能夠?qū)е鹿δ芄收稀⒕o急關閉甚或設備損壞。會引起磁芯飽和的原因例如是不對稱的結構、部件的變化
[0004]磁芯飽和尤其在直流電壓變換器中成為問題。作為飽和的原因涉及非線性的半導體結構元件和不對稱的變壓器結構。使用相應的測量設備能夠防止飽和并且實現(xiàn)設備的更好的功能方式和更高的材料使用效率?，F(xiàn)有的用于確定飽和的測量方法基于下面幾點:
?測量設備的磁化電流，其在飽和時快速上升(USPT 5942134)
?在氣隙內(nèi)嵌入磁通測量器，其測量氣隙中的磁通密度(USPT 6532161 B2)
?次級電流和變壓器數(shù)學模型的測量(US 2005/0140352 Al)
?附加的橫繞組(US 4439822)
?附加的芯體(”3611330)。
[0005]熟悉該領域的人員了解，基于在芯體內(nèi)對施加的或者感應的電壓進行積分的方法最簡單。該方法的主要缺點在于，為確定磁通密度必須對電壓進行積分。然而在積分的情況下各種測量錯誤、運算放大器的剩余電壓、干擾等導致錯誤的結果，使得這樣的方法在大多數(shù)情況下不適合。
[0006]基于確定磁化電流的方法的缺點一般由于次級電流和初級電流的相減而產(chǎn)生，這里該差值非常小。由于測量設備的誤差、信號的離散化和可能的干擾，很難正確地確定磁化電流。需要非常好的測量設備。
[0007]使用嵌入的磁場傳感器的方法昂貴并且在周圍環(huán)境強烈地通過干擾被污染時不能使用。在芯體中的磁場不均勻時也必須了解局部的飽和點。
[0008]基于數(shù)學模型的方法需要開發(fā)良好的模型，其必須極為準確。該方法同樣需要大的計算功率和精確的測量設備。缺點也在于反應能力。
[0009]一般來說飽和的檢測很困難，因為飽和區(qū)域內(nèi)的參量變化非?？?，這需要密集的信號采樣和系統(tǒng)對于預防飽和的立即的反應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此本發(fā)明的任務在于，提供一種用于確定變壓器的磁芯的飽和的設備和方法，通過它們能夠解決上述問題。特別應該提供一種用于確定變壓器的磁芯的飽和的設備和方法，通過它們能夠用簡單的措施可靠地確定變壓器的磁芯的飽和。
[0011]該任務通過根據(jù)權利要求1的用于確定變壓器的磁芯飽和的設備解決。該設備包括一個測量電橋和一個測量線圈，所述測量電橋用于如此地布置在磁芯上，使得該測量電橋跨接磁芯的一部分，所述測量線圈卷繞到測量電橋上，用于通過檢測在該測量線圈內(nèi)感應的電壓來確定在變壓器的磁芯內(nèi)是否存在飽和。
[0012]該設備的其他有利的結構在從屬權利要求中說明。
[0013]測量線圈可以實施為圍繞測量電橋在測量電橋長度上均勻分布的繞組。
[0014]測量電橋可以具有兩個末端，它們在為確定變壓器的磁芯的飽和而執(zhí)行測量時可以布置在磁芯上。
[0015]測量電橋例如構成為半環(huán)形或者U形。
[0016]測量電橋的材料可以具有比變壓器的磁芯更小的磁阻。這里測量電橋的材料可以具有良好的導磁性但是差的導電性，使得在為確定變壓器的磁芯飽和的測量時避免在測量電橋內(nèi)產(chǎn)生渦流。
[0017]測量電橋和/或測量線圈的形狀、大小和參數(shù)盡可能適配變壓器的磁芯的尺寸和為確定變壓器的磁芯的飽和而執(zhí)行測量的位置。
[0018]測量電橋的參數(shù)可以是它的橫截面、它的平均長度或者它的材料，線圈的參數(shù)可以是它的匝數(shù)。
[0019]此外該任務通過根據(jù)權利要求8所述的用于確定變壓器的磁芯飽和的方法解決。該方法通過一種具有測量電橋和卷繞到該測量電橋上的測量線圈的設備執(zhí)行。該方法包括如下步驟:如此在變壓器上布置該設備，使得測量電橋跨接磁芯的一部分；并且通過檢測在測量線圈中感應的電壓來確定在變壓器的磁芯內(nèi)是否存在飽和。
[0020]在測量步驟期間當在線圈中感應的電壓在正方向或者在負方向上陡峭升高時，可以確定變壓器的磁芯飽和。
[0021]在測量步驟期間可以使用一附加的測量繞組，其圍繞變壓器的磁芯放置，并且測量和對它的感應的電壓進行積分或者說集成，以便用邏輯電路單義地(eindeutig)確定飽和點。
[0022]本方法的其他有利的結構在從屬權利要求中說明。
[0023]本發(fā)明的另外可能的實現(xiàn)還包括上面或者下面關于所描述的特征的實施例或者實施方式的未明確提到的組合。特別是變壓器和測量電橋的組合表示一種可能性:在運行中如此影響變壓器，使得調(diào)整飽和效應(參見權利要求11)。這里本領域技術人員還把單個方面作為對本發(fā)明的各個基本形式的改進或者補充來進行添加。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面參照附圖并且根據(jù)實施例詳細說明本發(fā)明。附圖中:
圖1表示測量電橋的兩個不同的實施例，其中，圖1A表示根據(jù)第一實施例的測量電橋的三維視圖，圖1B表示圖1A的測量電橋的側視圖，以及圖1C表示根據(jù)第二實施例的測量電橋的側視圖；
圖2表示使用根據(jù)第二實施例的測量電橋來執(zhí)行測量的示意圖；
圖3用它的分圖3A到3D表示使用圖2所示的結構來執(zhí)行測量時測量信號的時間變化。
【具體實施方式】[0025]圖1A表示設備100，其具有測量電橋101、測量線圈102和檢測裝置103，在所述檢測裝置上可連接測量線圈102。使用該檢測裝置可檢測在測量線圈102內(nèi)感應的電壓uit。
[0026]如圖1A和圖1B所示，測量電橋101、112構造成U形。測量線圈102圍繞圖1A中的水平的部分均勻地卷繞，相反，測量線圈102在測量電橋101、112的豎直的部分上不存在。由此測量線圈102僅在測量電橋101、112的部分區(qū)域內(nèi)均勻地在整個測量電橋長度上分布。在圖1A中測量電橋101的平均長度It (122)用一個雙側的虛線箭頭表示。測量電橋101具有橫截面At (121)，其在圖1A中以陰影表示。測量電橋101優(yōu)先用具有良好的導磁性和差的導電性的材料構成。因此產(chǎn)生很小的能夠?qū)τ谶\行產(chǎn)生負作用的渦流。但是測量電橋101也可以用其他例如軟磁的材料構成。
[0027]測量電橋101應該優(yōu)先是半圓形，具有在整個測量電橋長度上均勻分布的繞組111，如在圖1C中在第二實施例中所示。但是其他的形狀和結構也是可以的，例如針對測量電橋101、112的第一實施例的那些形狀和結構。在圖1C中繞組111均勻地卷繞到一個半環(huán)上。
[0028]測量電橋101、111、112和測量線圈102的形狀、大小和參數(shù)取決于變壓器的尺寸和飽和確定的位置。測量電橋101、111、112的重要的參數(shù)，它們可以根據(jù)特定的場合改變，是測量電橋的橫截面At (121)、它的中間的長度It (122)以及測量電橋101、111、112的材料，因為它們根據(jù)公式(I)規(guī)定測量電橋101、111、112的磁阻:
【權利要求】
1.用于確定變壓器(200)的磁芯(201)的飽和的測量設備(100)，具有: 測量電橋(101 ；111 ;112)，其如此構造，使得其能夠布置在變壓器的磁芯(201)上，并且能夠跨接所述磁芯(201)的一部分；以及 測量線圈(102 ;208)，用于檢測第一感應的電壓，其中，所述測量線圈(102 ；208)布置在所述測量電橋(101 ；111 ；112)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的測量設備，其中，所述測量線圈(102;208)構造成至少局部地在測量電橋長度上均勻分布的繞組。
3.根據(jù)上述權利要求之一所述的測量設備，其中，所述測量電橋(101；111 ；112)如此構造，使得所述測量電橋在為確定變壓器(200)的磁芯(201)的飽和而執(zhí)行一測量時能夠靠在所述磁芯(201)上。
4.根據(jù)上述權利要求之一所述的測量設備，其中，所述測量電橋(101；111 ；112)構造成半環(huán)形(100C)或者U形(100B)。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的測量設備，其中，所述測量電橋(101；111 ；112)和/或所述測量線圈(102;208)的形狀、大小和參數(shù)與變壓器(200)的磁芯(201)的尺寸以及與如下位置相適配，在所述位置處能夠為確定飽和而執(zhí)行一測量。
6.根據(jù)上述權利要求之一所述的測量設備，其中，包括第二測量線圈(210)，借助所述第二測量線圈能夠測量第二感應的電壓(211)。
7.根據(jù)權利要求6所述的測量設備，其中，包括一用于執(zhí)行所述第二感應的電壓(211)的積分的單元和一邏輯電路。
8.用于利用一測量設備(100)確定變壓器(200)的磁芯(201)的飽和的方法，所述測量設備(100)具有一測量電橋(101 ；111 ；112)和在所述測量電橋(101 ；111 ；112)上布置的第一測量線圈(102 ;208)，所述方法具有如下步驟:如此在所述變壓器(200)上或者在所述變壓器(200)的磁芯(201)上布置所述測量設備(100)，使得所述測量電橋(101 ；111 ；112)跨接所述磁芯(201)的一部分；并且通過檢測在所述第一測量線圈(102 ；208)中的第一感應的電壓來確定在所述變壓器(200)的磁芯(201)內(nèi)是否存在飽和。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，在測量步驟期間當在所述第一測量線圈(102;208)中的第一感應的電壓(Uit)上升時，確定所述變壓器(200)的磁芯(201)飽和。
10.根據(jù)上述權利要求之一所述的方法，其中，在測量步驟期間使用第二測量線圈(210)，其圍繞所述變壓器(200)的磁芯(201)布置，其中，測量所述第二測量線圈(210)中的第二感應的電壓(Uit)，以便確定飽和點。
11.具有磁芯(201)的變壓器(200)，所述變壓器包括一測量設備(101;111 ;112)，特別是根據(jù)權利要求1到7之一的測量設備，其在所述變壓器(200)上如此布置，使得在所述變壓器的運行期間能夠借助所述測量設備(101 ；111 ；112)推斷至少一部分在磁芯(201)內(nèi)出現(xiàn)的磁通。
【文檔編號】G01R33/12GK103777156SQ201310310747
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年6月14日 優(yōu)先權日:2012年6月14日
【發(fā)明者】M·佩特倫, D·多里納, B·克洛西, G·斯圖伯格 申請人:羅伯特·博世有限公司