正激式電源變壓器鐵芯偏磁在線檢測方法
2023-04-30 11:49:56 1
專利名稱：正激式電源變壓器鐵芯偏磁在線檢測方法
技術領域：
本發明涉及開關電源，尤其是變壓器的偏磁狀態檢測技術，特別涉及一種基於旁 通磁路式的正激式電源變壓器鐵芯偏磁的在線檢測方法，。
背景技術：
與小功率開關電源相比，大功率開關電源的技術含量高、市場化程度低和節能效 果明顯，具有更高的市場經濟價值。反激式電源主要用於小功率電源的設計，大功率電源的 電路拓撲結構主要用正激式電源。廣義而論，正激式電源的基本拓撲結構有單端正激、雙 端正激、半橋、全橋和推挽，其中全橋電源具有輸出功率最大的潛能。高頻變壓器在正激式 電源中擔負著能量傳遞、電氣隔離和負載匹配的作用，是電源中的一種極其重要而又比較 複雜的磁電耦合非線性器件。與其它種類電源如反激式電源不同的是，正激式電源必須單 獨設計高頻變壓器的磁復位系統一及時檢測和控制變壓器的偏磁狀態，以免高頻變壓器 鐵芯飽和而損壞電源。現有技術中，一般用差值法來檢測勵磁電流的大小，從而判斷變壓器的偏磁狀態。 運用的數學模型是工頻變壓器的經典T型等值電路模型(參見圖1所示)，運算公式為
。。。。。(1)式中Im為勵磁電流，I1為初級迴路電流，I2為次級迴路電流，η為初次級繞組匝 數比。該方法包含兩個基本環節其一、用兩組電流傳感器分別檢測變壓器的初級與次 級迴路電流，並且電流傳感器的數量隨變壓器繞組數目的增加而線性增加；其二、用運算電 路對所獲取兩電流進行如(1)式所示運算，得到勵磁電流值。它的缺點主要體現在兩個方面一是對高頻變壓器來講，變壓器中的各繞組之間 的電流關係，不再遵守低頻運行模式下的規律(參見圖1，圖2)。所以用該方法測出的高 頻變壓器的勵磁電流中，實際上還包含了流過分布電容的電流(參見圖3)。而正激式電源 的變壓器勵磁電流不到總額定電流的5%，因而測量精度易受到流過分布電容的電流影響； 二是隨著電源的輸出路數的增加，其電流檢測點也需要線性增長，相應的運算電路需要重 新設計，這導致系統的製作成本和系統的分析和實現增加困難。此外，因為電流採樣點是分 布在變壓器各繞組上，對安規的設計和具體信號的綜合、處理，增加了新的難度。
發明內容
鑑於上述技術問題，本發明的目的在於提供一種基於旁通磁路式，且無須運算電 路的變壓器鐵芯偏磁狀態在線檢測方法，該方法原理是利用霍爾元件對旁通磁路氣隙中 的磁通直接進行檢測，檢測到信號用於變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。本發明採用以下技術方案在變壓器鐵芯的主磁路上，附加一個帶有氣隙的旁通磁路，該氣隙中的磁通與鐵芯的主磁通，存在明確的、對應的數量關係；置霍爾檢測元件於 該氣隙中，利用霍爾元件對該氣隙中的磁通進行檢測。當霍爾傳感器(參見圖4)施以控制 信號時，即給霍爾元件Vcc引腳施加控制信號，該檢測裝置把檢測所得的氣隙磁通信號轉 化為電壓信號輸出至Out引腳，檢測到信號用於變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。
與現有的檢測方法相比，本方法最大特點是直接測量磁性材料本身的磁場運行狀 態，檢測點只有一個，與變壓器繞組數目無關，加上該方法中間處理環節少，故而該偏磁檢 測系統具有檢測精度高、檢測速度快、通用性強、易於使用的優點。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。圖1為工頻變壓器的經典T型等值電路模型示意圖。圖中，R1—次繞組內部電阻；X115 —次繞組漏電抗；R』2折算至原邊二次繞組內部 電阻；X』 2。折算至原邊二次繞組漏電抗；RJ敫磁迴路等值電阻；Xm激磁電抗山變壓器一 次繞組電流；1』2折算至原邊二次繞組電流；Im激磁電流^ 一次繞組電壓；U』2折算至原邊 二次繞組電壓。圖2為高頻變壓器梯形結構網絡等值電路模型示意圖。圖中，除了與圖1相同的元器件外，C1、C2、C12為分布電容。圖3為等效集中電容的高頻變壓器梯形結構等值電路網絡模型示意圖。圖中，除了與圖1相同的元器件外，C^1為等效集中電容；Ic為等效集中電容電流。圖4為基於旁通磁路的EE型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測實施原理圖。圖中，①繞組線圈；②變壓器鐵芯；③霍爾檢測元件；④虛線框為旁通磁路；⑤檢 測氣隙；圖5為基於旁通磁路的EE型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測實施結構圖。圖中，①虛線框左側傳統EE型變壓器鐵芯；②虛線框右側為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；圖6為基於旁通磁路的UU型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測實施原理圖。圖中，①繞組線圈；②變壓器鐵芯；③霍爾檢測元件；④虛線框為旁通磁路；⑤檢 測氣隙；圖7為基於旁通磁路的UU型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測實施結構圖。圖中，①虛線框左側傳統UU型變壓器鐵芯；②虛線框右側為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；圖8為基於旁通磁路的RM型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測實施結構圖。圖中，①虛線框左側傳統RM型變壓器鐵芯；②虛線框右側為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；圖9為基於旁通磁路的PQ型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測實施結構圖。圖中，①虛線框左側傳統PQ型變壓器鐵芯；②虛線框右側為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發明。本發明是對正激式電源變壓器鐵芯偏磁，提出一種基於旁通磁路式的在線檢測方 法。該發明的
具體實施例方式在變壓器的主磁路上，附加一個帶有氣隙的旁通磁路，該氣隙 中的磁通與鐵芯的主磁通，存在明確的、對應的數量關係，置霍爾檢測元件於該氣隙中，利 用霍爾元件對該氣隙中的磁通進行檢測。當霍爾傳感器(參見圖4)施以控制信號時，即給 霍爾元件Vcc引腳施加控制信號，該檢測裝置把檢測所得的氣隙磁通信號轉化為電壓信號 輸出至Out引腳，檢測到信號用於變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。下面結合附圖和實施例對本發明實施要領作進一步詳細說明。實施例1 基於旁通磁路的EE型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測裝置，圖4、圖5為該實 施例對應原理圖和結構圖一、設計帶有氣隙的旁通磁路。設計原則(如圖4所示)，滿足如下等式Om = Φ1+Φ2..............................(1)Φ2 = Φ3+Φ4..............................(2)通過有限元數值計算方法，離線計算確定主磁路磁通Φπι與旁通磁路氣隙磁通 Φ 4的數量關係。二、根據計算所得數據，設置變壓器鐵芯磁復位門限值。三、電氣連接實施中，放置霍爾元件於檢測氣隙中，Vcc引腳施加控制信號。四、霍爾傳感器輸出信號由Out引腳輸出至變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。實施例2 基於旁通磁路的UU型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測裝置，圖6、圖7為對應 該實施例原理圖和結構圖一、設計帶有氣隙的旁通磁路。設計原則(如圖6所示)，滿足如下等式Om = Φ1.................................(3)ΦΙ = Φ2+Φ3...........................(4)通過有限元數值計算方法，離線計算確定主磁路磁通Φπι與旁通磁路氣隙磁通 Φ 3的數量關係。二、根據計算所得數據，設置變壓器鐵芯磁復位門限值。三、電氣連接實施中，放置霍爾元件於檢測氣隙中，Vcc引腳施加控制信號。四、霍爾傳感器輸出信號由Out引腳輸出至變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。另外，如圖8和圖9的RM型和PQ型變壓器鐵芯偏磁狀態檢測裝置的實施原理和 過程與實施例1和2雷同，故在此不贅述。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
正激式電源變壓器鐵芯偏磁在線檢測方法，其特徵在於，在變壓器鐵芯的主磁路上，附加一個帶有氣隙的旁通磁路，該氣隙中的磁通與鐵芯的主磁通，存在明確的、對應的數量關係；置霍爾檢測元件於該氣隙中，利用霍爾元件對該氣隙中的磁通進行檢測；當霍爾傳感器施以控制信號時，即給霍爾元件Vcc引腳施加控制信號，該檢測裝置把檢測所得的氣隙磁通信號轉化為電壓信號輸出至Out引腳，檢測到信號用於變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。
全文摘要
本發明公開了一種正激式電源變壓器鐵芯偏磁在線檢測方法，該方法在變壓器鐵芯的主磁路上，附加一個帶有氣隙的旁通磁路，該氣隙中的磁通與鐵芯的主磁通，存在明確的、對應的數量關係；置霍爾檢測元件於該氣隙中，利用霍爾元件對該氣隙中的磁通進行檢測；當霍爾傳感器施以控制信號時，即給霍爾元件Vcc引腳施加控制信號，該檢測裝置把檢測所得的氣隙磁通信號轉化為電壓信號輸出至Out引腳，檢測到信號用於變壓器鐵芯磁復位的功能實現中。本發明方法最大特點是直接測量磁性材料本身的磁場運行狀態，檢測點只有一個，與變壓器繞組數目無關，加上該方法中間處理環節少，故而該偏磁檢測系統具有檢測精度高、檢測速度快、通用性強、易於使用的優點。
文檔編號G01R33/07GK101893691SQ201010204308
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者張超 申請人:上海納傑電氣成套有限公司