CN103270562B - 补偿变压器铁芯中的单向磁通的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于减小变压器的铁芯中的直流场分量的装置，包括：‑与变压器的铁芯（4）磁耦合的补偿绕组（3），‑与补偿绕组（3）和与电抗二端网络（5）串联布置的直流发生器（1），其中电抗二端网络（5）由电感的并联电路和电容器形成，以便将补偿电流（IGL）馈送到补偿绕组（3）中，该补偿电流（IGL）的作用是与铁芯（4）中的直流场分量反向的，其中‑由与第二绕组（7）磁耦合的第一绕组（6）形成电感，其中根据关系式N2/N1＜1来形成由第二绕组（7）的匝数N2和第一绕组（6）的匝数N1所形成的比例，‑第一绕组（6）以其一个末端与直流发生器（1）连接并且以其另一个末端与补偿绕组（3）连接，和‑第二绕组（7）与电容器（C）并联。

Description

补偿变压器铁芯中的单向磁通的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于补偿变压器铁芯中的单向磁通的一种装置和一种方法，具有用于将补偿电流馈送到与变压器铁芯磁耦合的补偿绕组中的直流发生器。
背景技术
如典型地如今在配电网中使用的电变压器越来越多地被施加以在配电网方面可看作为直流分量的电流分量。以下也称作为“DC分量”的该直流分量可能例如起因于在电网中越来越多地采用功率电子器件，如所述器件通常用于操控电驱动装置或用于无功功率补偿那样。但是“DC分量”也可以由所谓的“地磁感应电流”（GIC）所引起。“DC分量”的后果是在铁芯中的单向磁通分量。这导致在磁调节时的偏移，即每半个周期，一次稍许较强烈地、然后又稍许不那么强烈地进行所述调节。由于当今原则上力求尽可能用高的利用率来运行磁铁芯材料，所以当今结构类型的变压器在“DC分量”方面是特别敏感的。
尽管实际上直流经常总计只有变压器额定电流的千分之几，所述直流却导致一系列的干扰性的效应。由于磁化电流不再是正弦形的，而是失真的，所以磁化电流在变压器铁芯中和在电绕组中导致了局部发热。局部发热、即所谓的“热点”可能损害电绕组的绝缘特性。此外，由于较强的磁致伸缩提高了在变压器运行时的噪声发射。但是当变压器应安装在居民区附近时，提高了的噪声产生尤其是不利的。所以存在着将变压器铁芯中的单向磁通分量保持得尽可能小的愿望。
降低干扰性的直流分量的一种可能性在于，在变压器铁芯上布置补偿绕组，借助可控制的直流电源将与单向磁通分量相反方向的补偿电流馈送到该补偿绕组中。在此出现了以下问题，即在补偿绕组中，感应出对于进行馈送的直流电源意味着很高电压负荷的数量级的电压。
因此在PCT/EP20007/055728中建议，经过阻塞回路、所谓的电抗二端网络（Reaktanzzweipol）来建立在直流电源和补偿绕组之间的耦合。在其最简单的实现中，该电抗二端网络由电容器和电感的并联电路组成。由于几乎整个感应的电压降落在电抗二端网络上，必须为该高电压设计电容器。在具有高功率、即高运行电压的变压器的情况下，从中对于电容器得出很高的技术要求。满足这些要求的电容器不仅很昂贵，而且也是很占体积。高运行电压也损害了电容器的可靠性，并因此损害了电抗二端网络的可靠性。
发明内容
本发明的任务是如此说明一种装置和一种方法，使得可以用尽可能少的技术花销和以高的可靠性将补偿电流馈送到变压器的补偿绕组中。
通过一种根据本发明的装置和一种根据本发明的方法来解决该任务。根据本发明的用于减小变压器的铁芯中的直流场分量的装置，包括与变压器的铁芯磁耦合的补偿绕组以及与补偿绕组和与电抗二端网络串联布置的直流发生器，其中电抗二端网络由电感和电容器的并联电路形成，以便将补偿电流馈送到补偿绕组中，该补偿电流的方向是与铁芯中的直流场分量反向的。由第一绕组和与第一绕组磁耦合的第二绕组形成电感，其中根据关系式N2/N1＜1来形成由第二绕组的匝数N2和第一绕组的匝数N1所形成的比例。第一绕组以其一个末端与直流发生器连接并且以其另一个末端与补偿绕组连接。第二绕组与电容器并联，并且 借助具有气隙的软磁铁芯来建立第一绕组和第二绕组的磁耦合。
根据本发明的用于减小变压器的铁芯中的直流场分量的方法，其中直流发生器将补偿电流馈送到与变压器的铁芯耦合的补偿绕组中，该补偿电流的方向是与直流场分量反向的，其中补偿电流被引导到具有电抗二端网络的电路中，其中电抗二端网络具有电感和电容。在此，将由具有第一匝数N1的第一线圈和具有第二匝数N2的第二线圈组成的装置用作为电感，其中根据关系式N2/N1＜1来形成由匝数N2和匝数N1所形成的比例，并且第一线圈与第二线圈借助于具有气隙的磁铁芯被耦合。
根据本发明在将补偿电流馈送到变压器的补偿绕组中时使用电抗二端网络，在该电抗二端网络中，电压在电容器的并联分支中降低。通过以下方式来达到电压的这种降低，其方式是电感按照耦合变压器的方式来构成并且具有两个绕组：第一绕组为了馈送的目的以其一个末端与直流发生器相连，并且以其另一个末端与补偿绕组相连接。第二绕组与电容器形成并联电路。通过相应地选择第一和第二绕组的匝数，可以降低电容器的电压负荷。可以以简单的方式通过以下方式来达到电抗二端网络-电容器的电压降低，其方式是根据关系式N2/N1＜1来实施由第二绕组的匝数N2和第一绕组的匝数N1所形成的比例。由此可以自由选择地减小在电容器上的电压。在设计阻塞回路（并联回路的共振条件）时，通过相应地选择电容可以容易地补偿减小了的电压：与只由一个绕组组成的电抗二端网络相比较，电容器必须具有高出（N1/N2）2的电容。电抗二端网络因此具有更好的技术可靠性，并且在制造中是成本更有利的。不需要附加的耦合变压器。
由于如所述的那样补偿电流流经第一绕组，电感的值必须基本上保持恒定，即应如此实施所述电感，使得尽可能不出现饱和现象。因此在一种优选的实施形式中规定，为将第一绕组与第二绕组耦合的磁铁芯配备气隙。
为了使在补偿绕组中所感应的电压几乎完全降落到电抗二端网络上，对于相当于电网频率的奇数的整数多倍的所有的频率，电抗二端网络应具有尽可能高的阻抗。但是现在是，在第一和第二绕组之间的感应耦合越强，电抗二端网络对于基本振荡就具有最大的阻抗。但是对于谐波恰好相反，当在第一和第二绕组之间的耦合是尽可能小的时，则对于谐波得出了有利的阻抗。当通过关系式
对于所有的
形成了在第一绕组和第二绕组之间的耦合度ε时，则得出了这两种对立要求的对于实际有利的折衷方案。
附图说明
为了进一步阐述本发明，在说明书的以下部分中参照附图，从该附图中得出本发明的另外的有利的扩展方案、作用和优点。
图1示出构成为并联振荡回路的根据本发明的电抗二端网络，其中由第一和第二绕组形成电感。
具体实施方式
图1示出与没有详细示出的变压器的铁芯4磁耦合的补偿绕组3。为了减少或消除在变压器铁芯4中流动的单向磁通分量的目的，应将相应的补偿电流馈送到补偿绕组3中。补偿绕组通常只由具有少数匝数的绕组构成。
补偿电流是直流并且由直流发生器1产生。该直流发生器1可由受控的半导体开关装置组成。直流发生器1经过电路2与补偿绕组3连接。没有详细示出的测量和控制设备规定了所馈送的补偿电流IGL的度量。
为了将直流发生器1的电压负荷保持得尽可能地小，电抗二端网络5位于电路2中，该电抗二端网络5根据本发明如下来构成：
电抗二端网络5由电容C与根据本发明由两个绕组6和7（电感L1和L2）所形成的电感的并联电路组成。第一绕组6（电感L1）位于电路2中与直流发生器1和补偿绕组3串联。第二绕组7（电感L2）位于电流路径2之外，并且与电容器C并联。通过匝数N1和N2的合适比例降低了位于电容器C上的电压。因此可以选择成本有利的电容器。
在其中只有补偿绕组布置在变压器油箱中而其它结构元件布置在外部的装置是适宜的。
结果利用简单的和可靠地起作用的电路装置降低了直流发生器1的电压负荷，从而可以成本有利地实施该电路装置。
所采用的附图标记的汇总
1 直流发生器
2 电流路径
3 补偿绕组
4 变压器的铁芯
5 电抗二端网络
6 第一绕组
7 第二绕组
8 电抗二端网络的电感的软磁铁芯
IGL 补偿电流。

Claims (5)

1.用于减小变压器的铁芯中的直流场分量的装置，包括：
- 与变压器的铁芯（4）磁耦合的补偿绕组（3），
- 与补偿绕组（3）和与电抗二端网络（5）串联布置的直流发生器（1），其中电抗二端网络（5）由电感和电容器的并联电路形成，以便将补偿电流（IGL）馈送到补偿绕组（3）中，该补偿电流（IGL）的方向是与铁芯（4）中的直流场分量反向的，
其特征在于，
- 由第一绕组（6）和与第一绕组（6）磁耦合的第二绕组（7）形成电感，其中根据关系式N2/N1＜1来形成由第二绕组（7）的匝数N2和第一绕组（6）的匝数N1所形成的比例，
- 第一绕组（6）以其一个末端与直流发生器（1）连接并且以其另一个末端与补偿绕组（3）连接，和
- 第二绕组（7）与电容器（C）并联，并且
- 借助具有气隙的软磁铁芯（8）来建立第一绕组（6）和第二绕组（7）的磁耦合。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，由关系式
对于所有的n ｛3, 5, 7, 9, …｝
形成在第一绕组（6）和第二绕组（7）之间的耦合度ε。
3.用于减小变压器的铁芯中的直流场分量的方法，其中直流发生器（1）将补偿电流（IGL）馈送到与变压器的铁芯（4）耦合的补偿绕组（3）中，该补偿电流（IGL）的方向是与直流场分量反向的，其中补偿电流（IGL）被引导到具有电抗二端网络（5）的电路（2）中，其中电抗二端网络（5）具有电感和电容，其特征在于，
- 将由具有第一匝数N1的第一线圈（6）和具有第二匝数N2的第二线圈（7）组成的装置用作为电感，其中根据关系式N2/N1＜1来形成由匝数N2和匝数N1所形成的比例，并且
- 第一线圈（6）与第二线圈（7）借助于具有气隙的磁铁芯（8）被耦合。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，由关系式
对于所有的n ｛3, 5, 7, 9, …｝
规定在第一绕组（6）和第二绕组（7）之间的耦合度ε。
5.用于改装变压器的方法，在该变压器的铁芯上布置至少一个与直流发生器（1）连接的补偿线圈（3），以便将补偿电流馈送到补偿线圈（3）中，该补偿电流的方向是与变压器的铁芯中的单向磁通分量反向的，其中使用按照权利要求1至2之一的装置，或执行按照权利要求3或4之一的方法。
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