LEIKERMOSER, Albert (Ed. Kuhnstrae 9, Salzburg, A-5020, AT)
HAMBERGER, Peter (Eisbachweg 14, Zwettl/rodl, A-4180, AT)
LEIKERMOSER, Albert (Ed. Kuhnstrae 9, Salzburg, A-5020, AT)
Patentansprüche
1. Elektrischer Transformator mit Gleichfluss-Kompensation, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Der Transformator (20) weist einen weichmagnetischen Kern (4) auf, auf dem zusätzlich zu einer primären und einer sekundären Wicklungsanordnung (1, 2) eine Kompensations-Wicklungsanordnung (3) angeordnet ist. b) Die Kompensations-Wicklungsanordnung (3) ist mit einer Strom-Steuereinrichtung (12, 13) verbunden, welche nach Maßgabe eines Steuersignals (14, 15), das eine Magnetfeld-
Messeinrichtung (30) aus einer Messung eines mit einem Strom in der primären oder sekundären Wicklungsanordnung verketteten Flusses bereitstellt, in die Kompensations- Wicklungsanordnung (3) einen
Kompensationsstrom (16, 17) so einspeist, dass dessen Wirkung im Kern (4) einem magnetischen Gleichfluss (5) entgegen gerichtet ist.
2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeld-Messeinrichtung (30) aus einer Signalverarbeitungseinheit (11), die mit zumindest zwei Magnetfeld-Detektoren (8) signalleitend verbunden ist, gebildet ist.
3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (11) dazu eingerichtet ist, aus jeweils einem vom Magnetfeld- Detektor (8) bereitgestellten Messsignal Oberschwingungen so zu ermitteln, um daraus das Steuersignal (14, 15) für eine Ausregelung des Gleichflusses (5) zu ermitteln.
4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (14, 15) aus der ersten Oberschwingung (2. Harmonischen) gebildet ist.
5. Transformator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zumindest zwei Magnetfeld-Detektoren (8) außerhalb des Kerns (4) angeordnet ist, um einen Streufluss des Transformators (20) zu erfassen.
6. Transformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Magnetfeld-Detektor (8) als Induktionssonde ausgebildet ist.
7. Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Induktionssonde (8) eine Luftspule ist.
8. Transformator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen einer
Kompensations-Wicklung (3) und einer Strom- Steuereinrichtung über einen Strompfad (33) hergestellt ist, der einen Reaktanzzweipol (18), vorzugsweise einen Paralellschwingkreis aufweist.
9. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) drei Schenkel (21, 22, 23) aufweist, von denen zumindest zwei Schenkel (21, 23) mit einer Kompensations-Wicklung (3) versehen sind, und dass jede Luftspule (8) jeweils in einem Spalt, gebildet aus einer Außenumfangsflache und einer umschließenden Kompensations-Wicklung (3) oder einer Wicklung (2), etwa in mittlerer Schenkelhöhe, angeordnet ist.
10. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) drei Schenkel (21, 22, 23) und zwei Rückschluss-Schenkel (31), auf denen jeweils eine Kompensations-Wicklung (3) angeordnet ist, aufweist .
11. Transformator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensations-Wicklung (3) am Joch (32) des Transformators angeordnet ist (Figur 2). |
Beschreibung
Elektrischer Transformator mit Gleichfluss-Kompensation
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Transformator mit Gleichfluss-Kompensation .
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass bei einem elektrischen Transformator, der in Verbindung mit einem Stromrichter betrieben wird, auf Grund von Ungenauigkeiten bei der Ansteuerung der Leistungs- Halbleiterschalter, eine Stromkomponente entstehen kann, die sich dem Betriebsstrom des Transformators überlagert. Diese Stromkomponente, die bezüglich des Netzes als Gleichstrom angesehen werden kann, wird im Folgenden auch als
"Gleichstromanteil" oder "DC-Anteil" bezeichnet. Sie beträgt meist nur einige Promille des Transformator-Nennstroms, bewirkt aber im Kern des Transformators einen magnetischen Gleichfluss, der sich dem primären bzw. sekundären Wechselfluss überlagert und eine unsymmetrische Aussteuerung der BH-Kennlinie des ferromagnetischen Kernwerkstoffs bewirkt. Bereits ein geringer Gleichfluss-Anteil kann auf Grund der hohen Permeabilität des ferromagnetischen Kernwerkstoffs eine Sättigung des Kerns hervorrufen und starke Verzerrungen des Magnetisierungsstroms zur Folge haben. Auch das geostationäre Magnetfeld kann zu einem Gleichfluss-Anteil im Kern beitragen. Folge dieser unsymmetrischen Aussteuerung sind erhöhte magnetische
Verluste und damit eine erhöhte Erwärmung des Kerns, sowie Magnetisierungs-Stromspitzen, die eine erhöhte Emission von Betriebsgerauschen verursachen.
Dem unerwünschten Sattigungseffekt konnte man grundsatzlich dadurch entgegen treten, indem man den Querschnitt des magnetischen Kreises vergrößert und damit die magnetische Flussdichte B geringer halt, oder in den magnetischen Kreis einen (Ersatz) Luftspalt einfugt, wie beispielsweise in der DE 198 54 902 Al vorgeschlagen. Ersteres fuhrt aber zu einem erhöhten Bauvolumen des Transformators, Letzteres zu einem größeren Magnetisierungsstrom; beides ist von Nachteil.
Um die Gerauschemission eines elektrischen Transformators zu mindern, werden in der US 5,726,617 und in der DE 699 01 596 T2 jeweils Aktuatoren vorgeschlagen, welche das Ol in einem Transformatorgehause so anregen, dass die Fluiddruckwellen, die bei Betrieb des Transformators vom Blechpaket des Kerns und von den Transformator-Wicklungen ausgehen, abgeschwächt werden. Diese Aktuatoren verbrauchen aber bei Betrieb ein nicht unerhebliches Maß an Energie; sie sind außerdem störanfällig und aufwandig.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Transformator zu schaffen, bei dem auf möglichst einfache Weise die durch einen magnetischen Gleichfluss im Kern verursachte Erwärmung des Kerns sowie die Emission von Geräuschen geringer ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, nicht die unerwünschten Auswirkungen der Vormagnetisierung zu bekämpfen, sondern deren Ursache zu beseitigen. Der erfindungsgemäße Transformator ist wie folgt gekennzeichnet:
- Der Transformator weist einen weichmagnetischen Kern auf, auf dem zusätzlich zu einer primären und einer sekundären Wicklungsanordnung eine Kompensations-Wicklungsanordnung angeordnet ist.
- Die Kompensations-Wicklungsanordnung ist mit einer Strom- Steuereinrichtung verbunden, welche nach Maßgabe einer Steuergröße, die eine Magnetfeld-Messeinrichtung aus einer Messung eines mit einem Strom in der primären oder sekundären Wicklungsanordnung verketteten magnetischen Flusses bereit stellt, in die Kompensations-Wicklungsanordnung einen
Kompensationsstrom so einspeist, dass dessen Wirkung im Kern einem magnetischen Gleichfluss entgegen gerichtet ist.
Dadurch wird erreicht, dass ein magnetischer Gleichfluss- Anteil im Kern eines Transformators, auf einfache Weise messtechnisch erfasst und durch einen Ausregelungsvorgang kompensiert werden kann. Wenn der Gleichfluss-Anteil eliminiert ist, ist die Aussteuerung der BH-Kennlinie symmetrisch. Der ferromagnetische Werkstoff des Kerns wird nicht mehr in die Sättigung getrieben. Die Magnetostriktion des Werkstoffs ist dadurch geringer, infolgedessen sinkt auch die Emission von Betriebsgeräuschen. Die Transformator- Wicklungen werden weniger stark thermisch belastet, da die
magnetischen Verluste und damit die Betriebstemperatur im Kern geringer sind.
Erfindungsgemäß erfolgt die Vorgabe des Kompensationsstroms in der Kompensationswicklung nach Maßgabe einer Magnetfeld- Messgröße, die eine Magnetfeld-Messeinrichtung liefert. Zur Bestimmung der Magnetfeld-Messgröße sind an sich bekannte Magnetfeldsensoren geeignet, die entweder das Feld im Kern des Transformators messen, oder das Streumagnetfeld, das sich außerhalb des Kerns über den Luftweg schließt. Das grundlegende Wirkprinzip dieser Sensoren kann beispielsweise, die Induktion in einer Messspule, der Hall-Effekt oder der magneto-resistive Effekt sein. Die Magnetfeld-Messgröße kann auch durch Verwendung eines Magnetometers (Fluxgate oder Förster-Sonde) ermittelt werden. Im Vergleich zu einer genauen Messung des Gleichstrom-Anteils (der insbesondere bei einem Großtransformator viel kleiner als der Nennstrom ist und daher schwierig zu erfassen ist) , ist der messtechnische Aufwand für die Ermittlung der Magnetfeld-Messgröße geringer.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Magnetfeld-Messeinrichtung aus einer Signalverarbeitungseinheit, die mit zumindest zwei Magnetfeld-Detektoren signalleitend verbunden ist, gebildet ist. Bei einem Dreiphasen-Transformator herkömmlicher Bauart kann die Bestimmung von zwei Gleichfluss-Anteilen genügen, da der Gesamtfluss null ergeben muss.
Mit Vorteil ist die Signalverarbeitungseinheit dazu eingerichtet, aus jeweils einem vom Magnetfeld-Detektor bereitgestellten Messsignal Oberschwingungen zu ermitteln und daraus das Steuersignal zu bilden. Dadurch kann mit vergleichsweise geringem schaltungstechnischem Aufwand eine, zur Kompensation des Gleichfluss-Anteils geeignete
Steuergröße gewonnen werden. Die harmonische Analyse kann elektronisch oder rechnergestützt erfolgen.
Besonders geeignet sind hierbei geradzahlige Harmonische, insbesondere die erste Oberschwingung (2. Harmonische), deren Amplitude mit dem magnetischen Gleichfluss, den es zu kompensieren gilt, funktional zusammenhängt.
Insbesondere bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der zwei Magnetfeld-Detektoren außerhalb des Kerns so angeordnet sind, dass sie einen Streufluss des Transformators erfassen. Der Streufluss steigt im Fall der magnetischen Sättigung des Kerns sehr stark an, was für die Ermittlung des Steuersignals günstig ist.
Der Magnetfeld-Detektor kann einfach als Induktionssonde ausgebildet sein, welche die Streuflussänderung erfasst und in ein elektrisches Messsignal umformt, aus welchem dann die geradzahligen Harmonischen, insbesondere die 2. Harmonische heraus gefiltert werden kann.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Induktionssonde als Luftspule ausgebildet sein. Im Vergleich zu einem Messumformer auf Halbleiterbasis ist das elektrische Messsignal dieser Luftspule unabhängig von Langzeit- und Temperaturdrift und zudem kostengünstig.
Um Auswirkungen des Netzes auf die Kompensationswicklung möglichst gering zu halten, kann es günstig sein, wenn im Strompfad zur Strom-Steuereinrichtung ein Sperrkreis (Z.B.: Reaktanzzweipol) geschaltet ist. Dadurch kann die Spannungsbürde der gesteuerten Stromquelle, die den Kompensationsstrom in die Kompensationswicklung einspeist,
gering gehalten werden. Geeignet ist hierfür beispielsweise ein zweipoliges Netzwerk, z.B. gebildet aus einer L-C- Parallelschaltung, das die Netzfrequenz sperrt, bezüglich des Kompensations-Gleichstroms aber kaum einen Widerstand darstellt.
Eine günstige räumliche Anordnung des Magnetfeld-Detektors erfolgt am einfachsten durch Versuch oder numerische Feldsimulation. Insbesondere günstig ist ein Messort, an dem sich die durch die primären und sekundären Lastströme verursachten magnetischen Felder weitgehend kompensieren. Bevorzugt ist eine Anordnung, bei der eine Luftspule in einem Spalt, gebildet aus einer Außenumfangsflache eines Transformator-Schenkels und der konzentrisch umschließenden Kompensations-Wicklung bzw. Sekundärwicklung, etwa in mittlerer Schenkelhöhe, angeordnet ist.
Eine bevorzugte Anordnung der Kompensationswicklung kann bei einem Dreischenkel-Transformator das Joch oder bei einem Fünfschenkel-Transformator der Rückschluss-Schenkel sein; dadurch kann eine Kompensationswicklung an einem vorhandenen Transformator auf einfache Weise nachgerüstet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug genommen aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind.
Es zeigen:
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Drehstromtransformator (Dreischenkel-Transformator) mit Gleichfluss- Kompensation, bei dem die Kompensations- Wicklungsanordnung auf den Hauptschenkeln angeordnet ist;
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Drehstromtransformator (Dreischenkel-Transformator) mit Gleichfluss- Kompensation, bei dem die Kompensations- Wicklungsanordnung auf dem Joch angeordnet ist;
Figur 3 einen erfindungsgemäßen Drehstromtransformator mit Gleichfluss-Kompensation, bei dem die Kompensations-Wicklungsanordnung auf einem Rückschlussj och angeordnet ist;
Figur 4 einen erfindungsgemäßen Drehstromtransformator (Fünfschenkel-Transformator) mit Gleichfluss- Kompensation, bei dem die Kompensations- Wicklungsanordnung auf den Hauptschenkeln angeordnet ist;
Figur 5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Signalaufbereitung zur Ausregelung der Gleichfluss- Komponente;
Figur 6 ein Blockschaltbild eines Messversuchs, zur
Messung des Gleichfluss-Anteils an einem 4-MVA Leistungstransformator, wobei die Signalaufbereitung gemäß Figur 5 verwendet wird;
Figur 7 ein Diagramm, das als Ergebnis des Messversuchs gemäß Figur 6 den linearen Zusammenhang
zwischen DC-Anteil und 2. Harmonischer bei einer Primärspannung von 6 kV zeigt;
Figur 8 ein Diagramm, das als Ergebnis des Messversuchs gemäß Figur 6 den linearen Zusammenhang zwischen DC-Anteil und 2. Harmonischer bei einer Primärspannung von 30 kV zeigt.
Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist ein elektrischer Transformator 20 mit einem Gehäuse 7 zu sehen, der einen Transformatorkern 4 aufweist. Die Bauform des Kerns 4 entspricht der an sich bekannten Dreischenkel-Bauform mit drei Schenkel 21, 22, 23 und einem quer liegenden Joch 32. Auf jedem der Schenkel 21, 22, 23 befindet sich wie üblich eine primäre Wicklung 1 und eine sekundäre Wicklung 2. Gemäß der Erfindung ist zusätzlich an den äußeren Schenkeln 21 und 23 eine Kompensationswicklung 3 vorgesehen. In der
Zeichnung der Figur 1 ist im Bereich des ersten Schenkels 21 mit einem Pfeil 5 ein magnetischer "Gleichfluss" angedeutet. Von diesem magnetischen "Gleichfluss" 5 sei angenommen, dass er durch einen "Gleichstromanteil" (DC-Anteil) , der primärseitig oder sekundärseitig fließt, hervorgerufen wird. Der "Gleichfluss" kann aber auch vom Erdmagnetfeld eingestreut werden. Unter "Gleichfluss" oder "Gleichstrom" soll hier eine physikalische Größe verstanden werden, die zeitlich im Vergleich zu 5o Hz Wechselgrößen gesehen, nur sehr langsam schwankt, - sofern dies überhaupt der Fall ist. Dieser magnetische Gleichfluss 5, der dem Wechselfluss im Schenkel 21 überlagert ist, bewirkt eine Vormagnetisierung, die eine unsymmetrische Aussteuerung des magnetischen
Werkstoffs und damit ein erhöhte Geräuschemission hervorruft. Zur erfindungsgemäßen Kompensation dieses Gleichfluss-Anteils sind in Figur 1 zwei gesteuerte Stromquellen 12 und 13 vorgesehen. Diese Stromquellen 12, 13 speisen jeweils im Sinne einer Ausregelung in eine zugeordnete
Kompensationswicklung 3 einen Kompensationsstrom 16 bzw. 17 ein, dessen Größe und Richtung so bemessen ist, dass der magnetische Gleichfluss 5 im Kern 4 kompensiert ist. (In der Figur 1 ist dies durch einen gleich großen, dem Pfeil 5 entgegengesetzt gerichteten Pfeil 6 angedeutet.) Diese
Ausregelung erfolgt mittels der Steuersignale 14, 15, die als Stellgröße den Stromquellen 12 bzw. 13 mittels der Leitungen 9, 10 zugeführt sind. Die Steuergrößen 14, 15 stellt ein Signalverarbeitungseinheit 11 bereit, die weiter unten näher erläutert wird. Wie in der Figur 1 zu sehen ist, ist zwischen der Kompensationswicklung 3 und einem Außenschenkel 21 bzw. 23 des Kerns 4 jeweils etwa mittig ein Magnetfeld-Detektor 8 angeordnet. Jeder dieser Magnetfeld-Detektoren 8 befindet sich außerhalb des magnetischen Kreises und misst ein Streufeld des Transformators 20. Im Streufeld tritt insbesondere jene Halbwelle des Magnetisierungsstroms signifikant hervor, die in die Sättigung gesteuert wird, so dass der Gleichflussanteil im Kern gut ermittelbar ist. Das Messsignal der Detektoren 8 ist mittels der Leitungen 9, 10 der Signalverarbeitungseinheit 11 zugeleitet. Im vorliegenden Beispiel bestehen die beiden Magnetfeld- Detektoren 8 jeweils aus einer Messspule (mehrere hundert Windungen, Durchmesser etwa 25 mm) . Bereits zwei Detektoren 8 können wie im vorliegenden Beispiel eines Dreischenkel- Transformators gezeigt, ausreichend sein, da die Summe der Gleichflussanteile über alle Schenkel Null ergeben muss.
Wie oben bereits erwähnt, kommt für die Magnetfeldmessung grundsätzlich eine Vielzahl von Sensorprinzipien in Frage. Entscheidend ist lediglich, dass eine Magnetfeld-Kenngröße des Transformators gemessen wird, aus der der DC-Anteil bzw. der Gleichflussanteil signaltechnische ermittelbar und in weitere Folge ausregelbar ist.
Die Figur 2 unterscheidet sich von Figur 1 lediglich dadurch, dass hier die Kompensations-Wicklungsanordnung 3 nicht an einem Hauptschenkel 21, 22, 23, sondern am Joch 32 des Kerns 4 angeordnet. An jedem Hauptschenkel 21, 22, 23 ist wieder in einem Spalt zwischen dem Kern 4 und der Sekundärwicklung 2 ein Magnetfeld-Detektor 8 angeordnet (hier aus Redundanzgründen insgesamt drei) .
Die Figur 3 zeigt einen Fünfschenkel-Transformator, bei dem an jedem Rückschluss-Schenkel 31 jeweils eine Kompensationswicklung 3 angeordnet ist. Bei diesem Aufbau teilt sich der Kernfluss bei Eintritt in das Joch nicht hälftig nach zwei Seiten; auf Grund des Kontinuitätsgesetzes muss der jeweils aus den Rückschluss-Schenkel 31 zurück fließende Gleichfluss-Anteil dem Gleichfluss in den Haupt- Schenkeln 21, 22, 23 entsprechen, so dass jeder Rückschluss- Schenkel 31 den 1,5-fachen Gleichfluss-Anteil führt. Jedem Schenkel 21, 22, 23 ist wieder jeweils ein außerhalb des
Kerns 4 angeordneter Magnetfeld-Detektor 8 zugeordnet. Jedes Messsignal dieser drei Magnetfeld-Detektoren 8 ist wieder der Signalverarbeitungseinheit 11 zugeführt, welche ausgangsseitig die Steuergrößen 14, 15 für die gesteuerten Stromquellen 12 und 13 bereitstellt, so dass der
Kompensationsstrom 16 bzw. 17 den Gleichflussanteil in den Rückschluss-Schenkeln 31 kompensieren kann.
In der Figur 4 ist eine Variante des Ausfuhrungsbeispiels gemäß Figur 3 dargestellt. Hier befinden sich die Kompensationswicklungen 3 auf den Hauptschenkeln 21, 22 und
23. Jeder dieser Kompensationswicklungen 3 ist wieder eine von drei Strom-Steuereinrichtung zugeordnet. Die Vorgabe des Kompensationsstroms erfolgt wie oben dargestellt durch die Signalverarbeitungseinheit 11.
Die Figur 5 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung eine mögliche Ausfuhrungsform der Signalverarbeitungseinheit 11, die als DC-Kompensationsregler wirkt. Wie oben bereits dargestellt, ermittelt die Signalverarbeitungseinheit 11 aus dem Spektrum der Oberschwingungen die zweite Harmonische, welche ein direktes Abbild des Gleichfluss-Anteils (DC- Komponente) ist.
Im Folgenden wird dies anhand der dargestellten Funktionsblocke naher erläutert: Eine Sensorspule 8 erfasst einen Streufluss des Transformators 20. Das Messsignal der Sensorspule 8 ist einem Differenzverstarker 19 zugeführt. Im dargestellten Signalpfad folgend gelangt das Ausgangssignal des Differenzverstarkers 19 auf ein Kerbfilter (Notchfilter)
24, das die Grundschwingung (50 Hz-Komponente) ausfiltert. über eine Tiefpass 25 und einem Bandpass 26 gelangt das Messsignal auf einen Integrator 27. Durch Integration entsteht ein, der magnetischen Flussanderung in der Messspule 8 proportionales Spannungssignal, das einem sehr selektiven Bandpass-Filter 26 zugeführt wird, um die zweite Harmonische, die den Gleichfluss-Anteil abbildet, herauszufiltern . Dieses Spannungssignal gelangt nach einem Abtast-Haltekreis 28 und einem Tiefpass 25 über Leitung 16 zur gesteuerten Stromquelle 12 mit integrierter Regeleinrichtung. Diese Stromquelle 12 und Regeleinrichtung ist in einem geschlossenen Stromkreis 33 mit einer Kompensationswicklung 3 verbunden. Sie gibt in der
Kompensationswicklung 3 einen Gleichstrom vor, der dem Gleichfluss-Anteil im Kern 4 entgegenwirkt. Da die Richtung des zu kompensierenden DC-Anteils a priori nicht bekannt ist, wird ein bipolarer Stromregler, im vorliegenden Experiment mit IGBT-Transistoren in einer Vollbrücke, eingesetzt. Ein Integrator 27 bewirkt bezüglich der 2. Harmonischen ein Nacheilen der Phase um 99 Grad. Der Reaktanzzweipol 18, bestehend aus einem Parallelschwingkreis, blockt die Netzrückwirkung der netzfrequenten Anteile.
In der Figur 5 ist noch eine Hilfswicklung 29 zu sehen, deren Signal über Filter und Gleichrichtung dem Abtast-Haltekreis 28 zugeführt ist. Sie dient in der dargestellten Schaltung zur Konditionierung des Abtastsignals, so dass ein phasenbezogenes Abtasten der zweiten harmonischen des
Messsignals möglich ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass diese Abtast-Halteschaltung letztlich nur für das phasenbezogene Abtasten des von der Induktionssonde 8 bereitgestellten Messsignals (zweite Harmonische 100 Hz) dient.
Die in Figur 5 dargestellte Signalaufbereitung zeigt nur beispielhaft eine mögliche Messmethode der zweiten Harmonischen auf. Dem kundigen Fachmann steht hierfür eine Reihe von analogen wie digitalen Funktionsbausteinen zur Verfügung. So könnte die Strom-Steuergröße 14, 15 beispielsweise auch durch ein geeignetes digitales Berechnungsverfahren in einem Mikrorechner oder einem frei programmierbaren Logikbaustein (FPGA) , welches aus der Fourier-Transformierten die zweite Harmonische (100 Hz) ermittelt, gewonnen werden.
In der Figur 6 ist eine Versuchsanordnung gezeigt, bei der die in Figur 5 dargestellte und oben erläuterte Signalaufbereitungseinheit 11 bei eine 4-MVA- Leistungstransformator dazu verwendet wurde, um den Zusammenhang zwischen dem Gleichfluss-Anteil und der ersten Oberschwingung (2. Harmonische) unter Realbedingungen messtechnisch zu ermitteln. Der 4-MVA-Leistungstransformator befand sich bei diesem Experiment im Leerlauf bei einer primären Spannung von 6 KV bzw. 30 KV. In den Sternenpunkten der primären bzw. sekundären Wicklungsanordnung (Figur 6) wurde mittels einer Stromquelle ein DC-Anteil zwischen 0,2 und 2 A eingespeist. Als Magnetfeld-Detektor 8 diente eine Sensorspule mit 200 Windungen, die außen am Kern des Transformators angeordnet war und den Streufluss erfasst.
In Figur 7 und in Figur 8 ist jeweils in einem Diagramm das Messergebnis der Versuchsanordnung gemäß Figur 6 protokolliert. In den Diagrammen der Figur 7 und 8 ist der im Sternpunkt eingespeiste Gleichstromanteil (IDC) auf der Ordinate aufgetragen; auf der Abszisse ist der Effektivwert der ersten Oberschwingung (UlOOHz) aufgetragen. Das Diagramm in Figur 7 zeigt den Zusammenhang bei einer Primärspannung von 6 KV, dass Diagramm in Figur 8 bei einer Primärspannung von 30 KV effektiv. Die beiden Diagramme in Figur 7 und 8 zeigen, dass der Zusammenhang zwischen dem Gleichstromanteil (IDC) und der damit einhergehenden Verzerrung (zweite harmonische UlOOHz) mit hinreichender Genauigkeit als linear angesehen werden kann. Im Ergebnis bedeutet dies, das die aus einer Magnetfeld- Messung eines Leistungstransformators ermittelte Kenngröße sehr gut geeignet ist, um eine Steuergröße zu bilden, die einen Gleichfluss-Anteil - unbeschadet seiner Ursache, d.h. auch wenn das Erdmagnetfeld daran beteiligt ist -
messtechnisch zu erfassen und zu kompensieren, so dass Betriebsgeräusche und Erwärmung des Transformators gering gehalten werden können.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Primärwicklung
2 Sekundärwicklung 3 Kompensationswicklung
4 Weichmagnetischen Kern
5 magnetischer Gleichfluss
6 magnetischer Kompensationsflussss
7 Transformatorgehäuse 8 Magnetfeld-Detektor
9 Messleitung, -signal
10 Messleitung, -signal
11 Signalverarbeitungseinheit
12 Strom-Steuereinrichtung 13 Strom-Steuereinrichtung
14 Steuersignal
15 Steuersignal
16 Kompensationsstroms
17 Kompensationsstroms 18 Reaktanzzweipol
19 Differenzverstärker
20 Transformator
21 erster Schenkel des Transformators
22 zweiter Schenkel des Transformators 23 dritter Schenkel des Transformators
24 Kerbfilter
25 Tiefpass
26 Bandpass
27 Integrator 28 Abtast-Haltekreis
29 Hilfswicklung
30 Magnetfeld-Messeinrichtung
31 Rückschluss-Schenkel
Joch Strompfad
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