用于确定变压器的磁芯饱和的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及用于确定变压器(200)的磁芯(201)的饱和的测量设备(100)、变压器(200)和方法。该设备(100)包括一测量电桥(101；111；112)，用于如此地布置在磁芯(201)上，使得测量电桥(101；111；112)跨接磁芯(201)的一部分；该设备还包括一测量线圈(102；208)，其布置在测量电桥(101；111；112)上，用于通过检测测量线圈(102；208)中的感应的电压，确定在变压器(200)的磁芯(201)内是否存在饱和。
【专利说明】用于确定变压器的磁芯饱和的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于确定变压器的磁芯饱和的设备和方法。
[0002]本发明属于直流电压变换器、变压器、和/或变压器磁芯的电气技术的【技术领域】。
【背景技术】
[0003]本发明主题要解决的技术问题是检测变压器磁芯的饱和，尤其是在直流电压变换器内。熟悉该领域的人员了解，磁芯的饱和会引起大的电流峰值，该电流峰值能够导致功能故障、紧急关闭甚或设备损坏。会引起磁芯饱和的原因例如是不对称的结构、部件的变化
[0004]磁芯饱和尤其在直流电压变换器中成为问题。作为饱和的原因涉及非线性的半导体结构元件和不对称的变压器结构。使用相应的测量设备能够防止饱和并且实现设备的更好的功能方式和更高的材料使用效率。现有的用于确定饱和的测量方法基于下面几点:
?测量设备的磁化电流，其在饱和时快速上升(USPT 5942134)
?在气隙内嵌入磁通测量器，其测量气隙中的磁通密度(USPT 6532161 B2)
?次级电流和变压器数学模型的测量(US 2005/0140352 Al)
?附加的横绕组(US 4439822)
?附加的芯体(”3611330)。
[0005]熟悉该领域的人员了解，基于在芯体内对施加的或者感应的电压进行积分的方法最简单。该方法的主要缺点在于，为确定磁通密度必须对电压进行积分。然而在积分的情况下各种测量错误、运算放大器的剩余电压、干扰等导致错误的结果，使得这样的方法在大多数情况下不适合。
[0006]基于确定磁化电流的方法的缺点一般由于次级电流和初级电流的相减而产生，这里该差值非常小。由于测量设备的误差、信号的离散化和可能的干扰，很难正确地确定磁化电流。需要非常好的测量设备。
[0007]使用嵌入的磁场传感器的方法昂贵并且在周围环境强烈地通过干扰被污染时不能使用。在芯体中的磁场不均匀时也必须了解局部的饱和点。
[0008]基于数学模型的方法需要开发良好的模型，其必须极为准确。该方法同样需要大的计算功率和精确的测量设备。缺点也在于反应能力。
[0009]一般来说饱和的检测很困难，因为饱和区域内的参量变化非常快，这需要密集的信号采样和系统对于预防饱和的立即的反应。
【发明内容】
[0010]因此本发明的任务在于，提供一种用于确定变压器的磁芯的饱和的设备和方法，通过它们能够解决上述问题。特别应该提供一种用于确定变压器的磁芯的饱和的设备和方法，通过它们能够用简单的措施可靠地确定变压器的磁芯的饱和。
[0011]该任务通过根据权利要求1的用于确定变压器的磁芯饱和的设备解决。该设备包括一个测量电桥和一个测量线圈，所述测量电桥用于如此地布置在磁芯上，使得该测量电桥跨接磁芯的一部分，所述测量线圈卷绕到测量电桥上，用于通过检测在该测量线圈内感应的电压来确定在变压器的磁芯内是否存在饱和。
[0012]该设备的其他有利的结构在从属权利要求中说明。
[0013]测量线圈可以实施为围绕测量电桥在测量电桥长度上均匀分布的绕组。
[0014]测量电桥可以具有两个末端，它们在为确定变压器的磁芯的饱和而执行测量时可以布置在磁芯上。
[0015]测量电桥例如构成为半环形或者U形。
[0016]测量电桥的材料可以具有比变压器的磁芯更小的磁阻。这里测量电桥的材料可以具有良好的导磁性但是差的导电性，使得在为确定变压器的磁芯饱和的测量时避免在测量电桥内产生涡流。
[0017]测量电桥和/或测量线圈的形状、大小和参数尽可能适配变压器的磁芯的尺寸和为确定变压器的磁芯的饱和而执行测量的位置。
[0018]测量电桥的参数可以是它的横截面、它的平均长度或者它的材料，线圈的参数可以是它的匝数。
[0019]此外该任务通过根据权利要求8所述的用于确定变压器的磁芯饱和的方法解决。该方法通过一种具有测量电桥和卷绕到该测量电桥上的测量线圈的设备执行。该方法包括如下步骤:如此在变压器上布置该设备，使得测量电桥跨接磁芯的一部分；并且通过检测在测量线圈中感应的电压来确定在变压器的磁芯内是否存在饱和。
[0020]在测量步骤期间当在线圈中感应的电压在正方向或者在负方向上陡峭升高时，可以确定变压器的磁芯饱和。
[0021]在测量步骤期间可以使用一附加的测量绕组，其围绕变压器的磁芯放置，并且测量和对它的感应的电压进行积分或者说集成，以便用逻辑电路单义地(eindeutig)确定饱和点。
[0022]本方法的其他有利的结构在从属权利要求中说明。
[0023]本发明的另外可能的实现还包括上面或者下面关于所描述的特征的实施例或者实施方式的未明确提到的组合。特别是变压器和测量电桥的组合表示一种可能性:在运行中如此影响变压器，使得调整饱和效应(参见权利要求11)。这里本领域技术人员还把单个方面作为对本发明的各个基本形式的改进或者补充来进行添加。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面参照附图并且根据实施例详细说明本发明。附图中:
图1表示测量电桥的两个不同的实施例，其中，图1A表示根据第一实施例的测量电桥的三维视图，图1B表示图1A的测量电桥的侧视图，以及图1C表示根据第二实施例的测量电桥的侧视图；
图2表示使用根据第二实施例的测量电桥来执行测量的示意图；
图3用它的分图3A到3D表示使用图2所示的结构来执行测量时测量信号的时间变化。
【具体实施方式】[0025]图1A表示设备100，其具有测量电桥101、测量线圈102和检测装置103，在所述检测装置上可连接测量线圈102。使用该检测装置可检测在测量线圈102内感应的电压uit。
[0026]如图1A和图1B所示，测量电桥101、112构造成U形。测量线圈102围绕图1A中的水平的部分均匀地卷绕，相反，测量线圈102在测量电桥101、112的竖直的部分上不存在。由此测量线圈102仅在测量电桥101、112的部分区域内均匀地在整个测量电桥长度上分布。在图1A中测量电桥101的平均长度It (122)用一个双侧的虚线箭头表示。测量电桥101具有横截面At (121)，其在图1A中以阴影表示。测量电桥101优先用具有良好的导磁性和差的导电性的材料构成。因此产生很小的能够对于运行产生负作用的涡流。但是测量电桥101也可以用其他例如软磁的材料构成。
[0027]测量电桥101应该优先是半圆形，具有在整个测量电桥长度上均匀分布的绕组111，如在图1C中在第二实施例中所示。但是其他的形状和结构也是可以的，例如针对测量电桥101、112的第一实施例的那些形状和结构。在图1C中绕组111均匀地卷绕到一个半环上。
[0028]测量电桥101、111、112和测量线圈102的形状、大小和参数取决于变压器的尺寸和饱和确定的位置。测量电桥101、111、112的重要的参数，它们可以根据特定的场合改变，是测量电桥的横截面At (121)、它的中间的长度It (122)以及测量电桥101、111、112的材料，因为它们根据公式(I)规定测量电桥101、111、112的磁阻:
【权利要求】
1.用于确定变压器(200)的磁芯(201)的饱和的测量设备(100)，具有: 测量电桥(101 ；111 ;112)，其如此构造，使得其能够布置在变压器的磁芯(201)上，并且能够跨接所述磁芯(201)的一部分；以及 测量线圈(102 ;208)，用于检测第一感应的电压，其中，所述测量线圈(102 ；208)布置在所述测量电桥(101 ；111 ；112)上。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述测量线圈(102;208)构造成至少局部地在测量电桥长度上均匀分布的绕组。
3.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其中，所述测量电桥(101；111 ；112)如此构造，使得所述测量电桥在为确定变压器(200)的磁芯(201)的饱和而执行一测量时能够靠在所述磁芯(201)上。
4.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其中，所述测量电桥(101；111 ；112)构造成半环形(100C)或者U形(100B)。
5.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其中，所述测量电桥(101；111 ；112)和/或所述测量线圈(102;208)的形状、大小和参数与变压器(200)的磁芯(201)的尺寸以及与如下位置相适配，在所述位置处能够为确定饱和而执行一测量。
6.根据上述权利要求之一所述的测量设备，其中，包括第二测量线圈(210)，借助所述第二测量线圈能够测量第二感应的电压(211)。
7.根据权利要求6所述的测量设备，其中，包括一用于执行所述第二感应的电压(211)的积分的单元和一逻辑电路。
8.用于利用一测量设备(100)确定变压器(200)的磁芯(201)的饱和的方法，所述测量设备(100)具有一测量电桥(101 ；111 ；112)和在所述测量电桥(101 ；111 ；112)上布置的第一测量线圈(102 ;208)，所述方法具有如下步骤:如此在所述变压器(200)上或者在所述变压器(200)的磁芯(201)上布置所述测量设备(100)，使得所述测量电桥(101 ；111 ；112)跨接所述磁芯(201)的一部分；并且通过检测在所述第一测量线圈(102 ；208)中的第一感应的电压来确定在所述变压器(200)的磁芯(201)内是否存在饱和。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在测量步骤期间当在所述第一测量线圈(102;208)中的第一感应的电压(Uit)上升时，确定所述变压器(200)的磁芯(201)饱和。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，在测量步骤期间使用第二测量线圈(210)，其围绕所述变压器(200)的磁芯(201)布置，其中，测量所述第二测量线圈(210)中的第二感应的电压(Uit)，以便确定饱和点。
11.具有磁芯(201)的变压器(200)，所述变压器包括一测量设备(101;111 ;112)，特别是根据权利要求1到7之一的测量设备，其在所述变压器(200)上如此布置，使得在所述变压器的运行期间能够借助所述测量设备(101 ；111 ；112)推断至少一部分在磁芯(201)内出现的磁通。
【文档编号】G01R33/12GK103777156SQ201310310747
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月14日
【发明者】M·佩特伦, D·多里纳, B·克洛西, G·斯图伯格 申请人:罗伯特·博世有限公司