專(zhuān)利名稱(chēng)：基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變壓器偏磁在線檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬變壓器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變壓器偏磁在 線檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
與小功率開(kāi)關(guān)變換器相比，大功率開(kāi)關(guān)變換器的技術(shù)含量高、市場(chǎng)化程度低和節(jié)能效 果明顯，具有更高的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。反激式變換器主要用于小功率變換器的設(shè)計(jì)，大功率 變換器的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要用正激式變換器。廣義而論，正激式變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有 單端正激、雙端正激、半橋、全橋和推挽，其中全橋變換器具有輸出功率最大的潛能。高 頻變壓器在正激式變換器中擔(dān)負(fù)著能量傳遞、電氣隔離和負(fù)載匹配的作用，是變換器中的 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(lèi)變換器如反激式變換器不 同的是，正激式變換器必須單獨(dú)設(shè)計(jì)高頻變壓器的磁復(fù)位系統(tǒng)一及時(shí)檢測(cè)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變換器。
現(xiàn)有技術(shù)中， 一般用差值法來(lái)檢測(cè)勵(lì)磁電流的大小。運(yùn)用的數(shù)學(xué)模型是變壓器T型等 值電路(附圖l所示)，運(yùn)算公式為<formula>formula see original document page 3</formula> - (式l)
式中^為勵(lì)磁電流，A為初級(jí)回路電流，A為次級(jí)回路電流，n為初次級(jí)繞組匝數(shù)比。
該方法包含兩個(gè)基本環(huán)節(jié)其一、用兩組電流傳感器分別檢測(cè)變壓器的初級(jí)與次級(jí)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(duì)所獲取兩電流進(jìn)行如上述公式所示運(yùn)算，得到勵(lì)磁電流值。
由于運(yùn)算誤差的存在，該方法在實(shí)際實(shí)施中往往出現(xiàn)檢測(cè)精度不夠，而且出現(xiàn)檢測(cè)信 號(hào)的時(shí)間延遲。但該方法致命的弱點(diǎn)在于，隨著變換器的輸出路數(shù)的增加，其電流檢測(cè)點(diǎn) 也需要線性增長(zhǎng)，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(duì)安規(guī)的設(shè)計(jì)和具體信 號(hào)的綜合、處理，增加了新的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)須經(jīng)過(guò)運(yùn)算的變壓器偏磁電流在線檢測(cè)方 法，該方法的原理是通過(guò)單個(gè)霍爾傳感器，來(lái)檢測(cè)變壓器的勵(lì)磁電流，檢測(cè)到信號(hào)用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變 壓器偏磁在線檢測(cè)方法，包括霍爾傳感器，在所述的霍爾電流傳感器的聚磁環(huán)處，繞制距 數(shù)比與被檢測(cè)變壓器的初級(jí)與次級(jí)的匝數(shù)比相等的第一輔助線圈和第二輔助線圈，所述的 兩個(gè)輔助線圈與主功率變壓器電氣連接方式采取串聯(lián)方式，即分別串接于變壓器初級(jí)與次 級(jí)回路，與變壓器初級(jí)回路串聯(lián)的線圈繞制K1匝，與變壓器次級(jí)回路串聯(lián)的線圈繞制K2 匝，Kl與K2數(shù)值選取為最簡(jiǎn)不可約的正整數(shù)；霍爾傳感器檢測(cè)所得的電壓信號(hào)即為勵(lì)磁 電流大小，檢測(cè)到信號(hào)用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。
所述的被檢測(cè)變壓器為多繞組變壓器，則根據(jù)輸出變壓器繞組個(gè)數(shù)比，相應(yīng)在霍爾傳 感器的聚磁環(huán)上繞制相同比值的輔助線圈。
所述的被檢測(cè)變壓器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單端正激電路、雙端正激電路、半橋電路、 全橋電路和推挽電路。 有益效果
1. 只釆用一個(gè)霍爾傳感器，且無(wú)需運(yùn)算電路，檢測(cè)速度主要取決于霍爾傳感器，故而 具有檢測(cè)精度高、檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
2. 該檢測(cè)裝置適合所有正激式電路的變壓器偏磁電流在線檢測(cè)，尤其對(duì)于多繞組結(jié)構(gòu) 型變壓器，僅需在聚磁環(huán)處繞制滿足相應(yīng)匝數(shù)比的輔助線圈個(gè)數(shù)即可，其安裝簡(jiǎn)單、擴(kuò)展 和通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)更加突出。


圖1為雙繞組變壓器T型電路等效圖。
其中Rt—次繞組內(nèi)部電阻；X廣次繞組漏電抗；R， 2折算至原邊二次繞組內(nèi)部電阻；
X，折算至原邊二次繞組漏電抗；Rm激磁回路等值電阻；Xm激磁電抗；L變壓器一次繞 組電流；I， 2折算至原邊二次繞組電流；Im激磁電流；Ul—次繞組電壓；U' 2折算至原邊
二次繞組電壓。
圖2為本發(fā)明設(shè)計(jì)中霍爾電流傳感器聚磁環(huán)繞制輔助線圈結(jié)構(gòu)圖。 其中1一輔助線圈U:2—輔助線圈L2;3—聚磁環(huán)；4一霍爾傳感器；聚磁環(huán)3與霍爾 傳感器4構(gòu)成一個(gè)完成的霍爾電流傳感器；L開(kāi)關(guān)電源變壓器初級(jí)回路電流；12開(kāi)關(guān)電源變 壓器次級(jí)回路電流；Ih霍爾傳感器控制電流；Uh霍爾傳感器輸出電壓。 圖3為本發(fā)明設(shè)計(jì)的勵(lì)磁電流檢測(cè)裝置應(yīng)用于全橋電路的實(shí)施例圖。 其中Sl、 S2 、 S3、S4橋式電路功率開(kāi)關(guān)管；T被測(cè)開(kāi)關(guān)電源變壓器；ft初級(jí)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度；H2次級(jí)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
圖4為本發(fā)明設(shè)計(jì)的勵(lì)磁電流檢測(cè)裝置應(yīng)用于半橋電路的實(shí)施例圖。
圖5為本發(fā)明設(shè)計(jì)的勵(lì)磁電流檢測(cè)裝置應(yīng)用于推挽電路的實(shí)施例圖。
圖6為本發(fā)明設(shè)計(jì)的勵(lì)磁電流檢測(cè)裝置應(yīng)用于單端正激式電路的實(shí)施例圖。
圖7為本發(fā)明設(shè)計(jì)的勵(lì)磁電流檢測(cè)裝置應(yīng)用于雙端正激式電路的實(shí)施例圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限 定的范圍。
該檢測(cè)裝置采用與被監(jiān)測(cè)的變壓器初級(jí)回路和次級(jí)回路串聯(lián)的方法實(shí)施。繞制于霍爾 傳感器聚磁環(huán)上輔助線圈匝數(shù)比與被檢測(cè)變壓器的初級(jí)與次級(jí)的匝數(shù)比相等為n，其中與 被測(cè)變壓器初級(jí)回路串聯(lián)的輔助線圈匝數(shù)為K匝，與被測(cè)變壓器次級(jí)回路串聯(lián)的輔助線圈 匝數(shù)為K2匝，輔助線圈的繞制方向一致。當(dāng)霍爾傳感器通以控制電流Ih時(shí)，該檢測(cè)裝置把 檢測(cè)所得的勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)Uh,，檢測(cè)到信號(hào)用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn) 中。
下面以在線監(jiān)測(cè)全橋式變壓器的偏磁電流檢測(cè)裝置為例，敘述具體實(shí)施要領(lǐng)，附圖3為 其實(shí)施例圖。
一. 離線計(jì)算輔助繞組匝數(shù)。根據(jù)索取功率變壓器初級(jí)與次級(jí)繞
組匝數(shù)比數(shù)據(jù)^^n，嚴(yán)格按照等式^^ = ^=11計(jì)算出各輔助繞組的匝數(shù)，Id與K2數(shù)值選 N2 N2 K2
取為最簡(jiǎn)不可約的正整數(shù)。
二. 根據(jù)計(jì)算所得數(shù)據(jù)，霍爾傳感器聚磁環(huán)處，繞制輔助繞組^與K2。
三. 電氣連接實(shí)施中，輔助繞組K與功率變壓器繞組N1串聯(lián)，輔助繞組與功率變壓器 繞組N2串聯(lián)。
四. 通入輔助繞組K1與K2的電流方向，必須保證二者在集磁環(huán)中形成的磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)相 互弱磁的效果，以符合表達(dá)式(l)的關(guān)系。
五. 霍爾傳感器輸出信號(hào)用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。
權(quán)利要求
1. 一種基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變壓器偏磁在線檢測(cè)方法，包括霍爾傳感器，其特征在于在所述的霍爾電流傳感器的聚磁環(huán)(3)處，繞制匝數(shù)比與被檢測(cè)變壓器的初級(jí)與次級(jí)的匝數(shù)比相等的第一輔助線圈(1)和第二輔助線圈(2)，所述的兩個(gè)輔助線圈與主功率變壓器電氣連接方式采取串聯(lián)方式，即分別串接于變壓器初級(jí)與次級(jí)回路，與變壓器初級(jí)回路串聯(lián)的線圈繞制K1匝，與變壓器次級(jí)回路串聯(lián)的線圈繞制K2匝，K1與K2數(shù)值選取為最簡(jiǎn)不可約的正整數(shù)；霍爾傳感器檢測(cè)所得的電壓信號(hào)即為勵(lì)磁電流大小，檢測(cè)到信號(hào)用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變壓器偏磁在線檢測(cè)方法，其特征在于所述的被檢測(cè)變壓器為擁有2個(gè)或2個(gè)以上的多繞組變壓器，則根據(jù)變壓器各繞組的匝數(shù)比，相應(yīng)在霍爾傳感器的聚磁環(huán)上繞制相同比值的輔助線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變壓器偏磁在線檢測(cè)方法，其特征在于所述的被檢測(cè)變壓器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括單端正激變換器、雙端正激變 換器、半橋正激式變換器、全橋正激式變換器和推挽正激式變換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于單個(gè)霍爾電流傳感器的變壓器偏磁在線檢測(cè)方法，在所述的霍爾電流傳感器的聚磁環(huán)處，繞制匝數(shù)比等于被檢測(cè)變壓器的初級(jí)與次級(jí)的匝數(shù)比的輔助線圈。與變壓器初級(jí)回路串聯(lián)的線圈繞制K₁匝，與變壓器次級(jí)回路串聯(lián)的線圈繞制K₂匝，K₁與K₂數(shù)值選取為最簡(jiǎn)不可約的正整數(shù)。輔助線圈與主功率變壓器電氣連接方式采取串聯(lián)方式，即分別串接于變壓器初級(jí)與次級(jí)回路，霍爾傳感器上的檢測(cè)所得的電壓信號(hào)即反映了勵(lì)磁電流大小，檢測(cè)到信號(hào)用于變壓器鐵芯磁復(fù)位的功能實(shí)現(xiàn)中。只采用一個(gè)霍爾傳感器，且無(wú)需運(yùn)算電路，檢測(cè)速度主要取決于霍爾傳感器，故而具有檢測(cè)精度高、檢測(cè)速度快的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK101520474SQ20091004812
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月24日
發(fā)明者張禎陽(yáng), 毛立民, 革 陳, 陳家新 申請(qǐng)人:東華大學(xué)