專利名稱：正激式電源變壓器鐵芯偏磁在線檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)電源，尤其是變壓器的偏磁狀態(tài)檢測技術(shù)，特別涉及一種基于旁 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(shù)：
與小功率開關(guān)電源相比，大功率開關(guān)電源的技術(shù)含量高、市場化程度低和節(jié)能效 果明顯，具有更高的市場經(jīng)濟(jì)價值。反激式電源主要用于小功率電源的設(shè)計(jì)，大功率電源的 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要用正激式電源。廣義而論，正激式電源的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(dān)負(fù)著能量傳遞、電氣隔離和負(fù)載匹配的作用，是電源中的一種極其重要而又比較 復(fù)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(dú)設(shè)計(jì)高頻變壓器的磁復(fù)位系統(tǒng)一及時檢測和控制變壓器的偏磁狀態(tài)，以免高頻變壓器 鐵芯飽和而損壞電源?，F(xiàn)有技術(shù)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(tài)。 運(yùn)用的數(shù)學(xué)模型是工頻變壓器的經(jīng)典T型等值電路模型(參見圖1所示)，運(yùn)算公式為
。。。。。(1)式中Im為勵磁電流，I1為初級回路電流，I2為次級回路電流，η為初次級繞組匝 數(shù)比。該方法包含兩個基本環(huán)節(jié)其一、用兩組電流傳感器分別檢測變壓器的初級與次 級回路電流，并且電流傳感器的數(shù)量隨變壓器繞組數(shù)目的增加而線性增加；其二、用運(yùn)算電 路對所獲取兩電流進(jìn)行如(1)式所示運(yùn)算，得到勵磁電流值。它的缺點(diǎn)主要體現(xiàn)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(guān)系，不再遵守低頻運(yùn)行模式下的規(guī)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(shí)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(shù)的增加，其電流檢測點(diǎn)也需要線性增長，相應(yīng)的運(yùn)算電路需要重 新設(shè)計(jì)，這導(dǎo)致系統(tǒng)的制作成本和系統(tǒng)的分析和實(shí)現(xiàn)增加困難。此外，因?yàn)殡娏鞑蓸狱c(diǎn)是分 布在變壓器各繞組上，對安規(guī)的設(shè)計(jì)和具體信號的綜合、處理，增加了新的難度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于旁通磁路式，且無須運(yùn)算電 路的變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)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(jìn)行檢測，檢測到信號用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。本發(fā)明采用以下技術(shù)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(yīng)的數(shù)量關(guān)系；置霍爾檢測元件于 該氣隙中，利用霍爾元件對該氣隙中的磁通進(jìn)行檢測。當(dāng)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(zhuǎn) 化為電壓信號輸出至Out引腳，檢測到信號用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。
與現(xiàn)有的檢測方法相比，本方法最大特點(diǎn)是直接測量磁性材料本身的磁場運(yùn)行狀 態(tài)，檢測點(diǎn)只有一個，與變壓器繞組數(shù)目無關(guān)，加上該方法中間處理環(huán)節(jié)少，故而該偏磁檢 測系統(tǒng)具有檢測精度高、檢測速度快、通用性強(qiáng)、易于使用的優(yōu)點(diǎn)。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖1為工頻變壓器的經(jīng)典T型等值電路模型示意圖。圖中，R1—次繞組內(nèi)部電阻；X115 —次繞組漏電抗；R’2折算至原邊二次繞組內(nèi)部 電阻；X’ 2。折算至原邊二次繞組漏電抗；RJ敫磁回路等值電阻；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(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)等值電路網(wǎng)絡(luò)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為基于旁通磁路的EE型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測實(shí)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?yàn)榕酝ù怕?；⑤檢 測氣隙；圖5為基于旁通磁路的EE型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。圖中，①虛線框左側(cè)傳統(tǒng)EE型變壓器鐵芯；②虛線框右側(cè)為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；圖6為基于旁通磁路的UU型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測實(shí)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?yàn)榕酝ù怕?；⑤檢 測氣隙；圖7為基于旁通磁路的UU型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。圖中，①虛線框左側(cè)傳統(tǒng)UU型變壓器鐵芯；②虛線框右側(cè)為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；圖8為基于旁通磁路的RM型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。圖中，①虛線框左側(cè)傳統(tǒng)RM型變壓器鐵芯；②虛線框右側(cè)為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；圖9為基于旁通磁路的PQ型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測實(shí)施結(jié)構(gòu)圖。圖中，①虛線框左側(cè)傳統(tǒng)PQ型變壓器鐵芯；②虛線框右側(cè)為旁通磁路；③旁通磁 路檢測氣隙；④霍爾檢測元件；
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明是對正激式電源變壓器鐵芯偏磁，提出一種基于旁通磁路式的在線檢測方 法。該發(fā)明的
具體實(shí)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(yīng)的數(shù)量關(guān)系，置霍爾檢測元件于該氣隙中，利 用霍爾元件對該氣隙中的磁通進(jìn)行檢測。當(dāng)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(zhuǎn)化為電壓信號 輸出至Out引腳，檢測到信號用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明實(shí)施要領(lǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 基于旁通磁路的EE型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測裝置，圖4、圖5為該實(shí) 施例對應(yīng)原理圖和結(jié)構(gòu)圖一、設(shè)計(jì)帶有氣隙的旁通磁路。設(shè)計(jì)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(shù)值計(jì)算方法，離線計(jì)算確定主磁路磁通Φπι與旁通磁路氣隙磁通 Φ 4的數(shù)量關(guān)系。二、根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，設(shè)置變壓器鐵芯磁復(fù)位門限值。三、電氣連接實(shí)施中，放置霍爾元件于檢測氣隙中，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(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。實(shí)施例2 基于旁通磁路的UU型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測裝置，圖6、圖7為對應(yīng) 該實(shí)施例原理圖和結(jié)構(gòu)圖一、設(shè)計(jì)帶有氣隙的旁通磁路。設(shè)計(jì)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(shù)值計(jì)算方法，離線計(jì)算確定主磁路磁通Φπι與旁通磁路氣隙磁通 Φ 3的數(shù)量關(guān)系。二、根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，設(shè)置變壓器鐵芯磁復(fù)位門限值。三、電氣連接實(shí)施中，放置霍爾元件于檢測氣隙中，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(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。另外，如圖8和圖9的RM型和PQ型變壓器鐵芯偏磁狀態(tài)檢測裝置的實(shí)施原理和 過程與實(shí)施例1和2雷同，故在此不贅述。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
正激式電源變壓器鐵芯偏磁在線檢測方法，其特征在于，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(yīng)的數(shù)量關(guān)系；置霍爾檢測元件于該氣隙中，利用霍爾元件對該氣隙中的磁通進(jìn)行檢測；當(dāng)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(zhuǎn)化為電壓信號輸出至Out引腳，檢測到信號用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。
全文摘要
本發(fā)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(yīng)的數(shù)量關(guān)系；置霍爾檢測元件于該氣隙中，利用霍爾元件對該氣隙中的磁通進(jìn)行檢測；當(dāng)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(zhuǎn)化為電壓信號輸出至Out引腳，檢測到信號用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。本發(fā)明方法最大特點(diǎn)是直接測量磁性材料本身的磁場運(yùn)行狀態(tài)，檢測點(diǎn)只有一個，與變壓器繞組數(shù)目無關(guān)，加上該方法中間處理環(huán)節(jié)少，故而該偏磁檢測系統(tǒng)具有檢測精度高、檢測速度快、通用性強(qiáng)、易于使用的優(yōu)點(diǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者張超 申請人:上海納杰電氣成套有限公司