[发明专利]具有单向通量补偿的电力变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有单向通量补偿的电力变压器。

背景技术

已知的是，在与变流器相结合进行工作的电力变压器中由于功率半导体开关控制的不精确性而可能产生一种电流分量，该电流分量与该变压器的工作电流相叠加。关于电网而可以看作为直流的该电流分量在下文中也称为“直流分量”或“DC分量”。其大多仅为该变压器额定电流的千分之几，但在变压器的磁芯中产生一个单向磁通，该单向磁通与初级及次级交变通量相叠加，并导致铁磁磁芯材料的BH特征曲线的不对称调整。微小的单向通量分量由于铁磁磁芯材料的高磁导率已经能够引起磁芯的饱和，并导致磁化电流的极度失真。静止磁场也可以导致磁芯内的单向通量分量。由于这种不对称调整而引起了磁损耗提高并从而磁芯温度的提高，以及磁化电流峰值的提高，这造成工作噪声辐射的提高。

这种不期望的饱和效应基本上如此来抑制，即扩大磁回路的截面，并从而使磁通密度B保持为较小，或者在磁回路中添加一个(替代)气隙，如在DE 198 54 902 A1中所推荐。但第一方案导致变压器体积的增加，第二方案导致磁化电流变大；这均是缺点。

为了降低电力变压器的噪声辐射，在US 5 726 617以及在DE 69901 596 T2中推荐了相应的执行器，该执行器如此来激励在变压器机壳中的油，使得在变压器工作中由磁芯的铁片和变压器绕组所引起的流体压力波被减弱。但这种执行器在工作中消耗不少的能量；另外其也是易干扰和耗费的。

发明内容

本发明的任务是提供一种变压器，其中以尽可能简单的方式降低了由磁芯中的单向磁通所引起的磁芯升温以及噪声辐射。

该任务通过权利要求1所述的特征而得到解决。本发明的有利的扩展在从属权利要求中进行定义。

本发明所基于的想法是，不是克服预磁化的不期望的影响，而是消除其起因。本发明的变压器特征在于：

-该变压器具有一种软磁磁芯，在该软磁磁芯上除了初级和次级绕组装置之外还设置有一个补偿绕组装置。

-该补偿绕组装置与一个电流控制装置相连接，该电流控制装置根据一个控制量在该补偿绕组装置中如此来馈入一个补偿电流，使得其在磁芯中的效应抵消单向磁通，其中该控制量是由一个磁场控制装置根据与初级或次级绕组装置中电流相关联的磁通的测量来提供。

由此实现了以简单的方式在测量技术上来探测在变压器磁芯中的单向磁通分量，并能够通过一个调节过程而被补偿。如果该单向通量分量被消除，那么BH特征曲线的调整就是对称的。磁芯的铁磁材料就不再被驱动至饱和。材料的磁致伸缩从而是较小的，因此工作噪声辐射也降低。该变压器绕组具有较小的热承载，因为在磁芯中的磁损耗以及从而工作温度是较低的。

根据本发明，根据一个磁场测量量来预给定补偿绕组中的补偿电流，其中一个磁场测量装置提供该磁场测量量。为了确定该磁场测量量，已知的磁场传感器是适合的，该磁场传感器或者测量在变压器磁芯中的场，或者测量磁芯之外通过空气通路所围绕的杂散磁场。该传感器的基本工作原理比如可以是测量线圈的感应、霍尔效应或磁阻效应。该磁场测量量也可以通过采用一种磁力仪(磁通门或福斯特探测器)来探测。与精确测量直流分量(尤其在大变压器情况下其远小于额定电流，并从而难以探测)相比，用于探测磁场测量量的测量技术耗费是较小的。

本发明的一种优选实施其特征可以是，该磁场测量装置由一种信号处理单元构成，其中该信号处理单元与至少两个磁场探测器以导通信号的方式相连接。在常规构造形式的三相变压器中，确定两个单向通量分量就可能足够了，因为总通量必须为零。

该信号处理单元有利地被设置用于根据由磁场探测器所提供的相应一个测量信号来探测谐波，并由此形成控制信号。从而可以利用相对微小的电路技术耗费来获得适合用于补偿单向通量分量的控制量。可以电子或计算机辅助地进行谐波分析。

在此尤其适合的是偶数谐波、尤其是第一谐波(2次谐波)，其幅度与适合补偿的单向磁通有函数关系。

尤其优选的是如下一种实施方案，其中两个磁场探测器在磁芯外部如此来设置，使得其探测该变压器的杂散磁通。该杂散磁通在磁芯磁饱和时非常大地增加，这对于求得控制信号是有利的。

该磁场探测器可以简单地作为感应探测器来构造，其中该感应探测器探测杂散磁通变化并变换为电测量信号，由该信号然后就可以过滤出偶数谐波、尤其2次谐波。

在一个尤其优选的实施方案中，该感应探测器可以作为空芯线圈来构造。与基于半导体的测量变换器相比该空芯线圈的电测量信号与长时漂移和温度漂移无关，并且另外还是造价合理的。