中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法與流程

本發(fā)明涉及電力電子化電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法。

背景技術(shù)：

在大容量直流變換器、電力電子變壓器等電力電子電能變換場合，隔離變壓器是關(guān)鍵組成部件之一。為了顯著提高變壓器的功率密度，應(yīng)盡可能提高其工作頻率，但由于逆變電路、整流電路中包含了較多大容量功率器件，其開關(guān)損耗隨著工作頻率的增加而線性增加。因此，工作頻率為100Hz～10kHz范圍的中頻隔離變壓器得到了越來越多的應(yīng)用。

但中頻變壓器工作時繞組處于交變電磁場中，內(nèi)部會產(chǎn)生渦流。在集膚、鄰近、端部效應(yīng)等因素影響下，繞組等效交流電阻(簡稱交流電阻)通常大于其直流電阻，而且隨著頻率變化而變化。

如果已知繞組交流電阻，乘以電流有效值的平方，即可得到繞組損耗，為了確保中頻變壓器散熱、效率等指標(biāo)的精細(xì)控制，需要進(jìn)行變壓器繞組交流電阻的精確提取。目前通常用阻抗分析儀、LCR參數(shù)測試儀等設(shè)備測量變壓器短路阻抗以得到繞組交流電阻，但是僅能得到繞組總的等效交流電阻，無法將初級、次級繞組的交流電阻分離，因此，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)初級、次級繞組交流電阻分離的測量方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對上述技術(shù)的不足，提供一種中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法，實現(xiàn)了初級、次級繞組交流電阻的分離測量。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法，包括以下步驟：

A.在繞組繞制過程中增加輔助繞組；

B.將初級繞組開路，對次級繞組施加正弦激勵電壓，分別測量初級繞組電壓U₁及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(1)計算初級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₁₃；將所述次級繞組開路，對所述初級繞組施加正弦激勵電壓，分別測量次級繞組電壓U₂及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(2)計算次級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₂₃；

C.在中頻變壓器負(fù)載工況下，測量初級繞組電壓U₁、初級繞組電流I₁以及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(3)計算初級繞組漏阻抗Z_1c；測量次級繞組電壓U₂、次級繞組電流I₂以及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(4)計算次級繞組漏阻抗Z_2c；

D.在中頻變壓器負(fù)載工況下，測量輔助繞組電壓U_3c與初級繞組電流I₁的比值(U_3c/I₁)，測量次級繞組電流I₂與初級繞組電流I₁的比值(I₂/I₁)，根據(jù)式(5)計算激磁阻抗Z_ic；

E.通過對所述步驟B中的初級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₁₃和次級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₂₃、所述步驟C中的初級繞組漏阻抗Z_1c和次級繞組漏阻抗Z_2c、所述步驟D中的激磁阻抗Z_ic根據(jù)式(6)進(jìn)行計算，得出中頻變壓器的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}；

F.測量中頻變壓器的初級繞組短路阻抗Z_short，計算所述步驟E中的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}與初級繞組短路阻抗Z_short的比值M，若0.8≤M≤1.2，則進(jìn)行步驟G，否則，重新從步驟B開始測量并計算；

G.初級繞組的交流電阻為所述初級繞組漏阻抗Z_1c的實部；次級繞組的交流電阻為所述次級繞組漏阻抗Z_2c的實部。

優(yōu)選地，若所述中頻變壓器的所述初級繞組與所述次級繞組匝數(shù)相等，則設(shè)置一套輔助繞組，所述輔助繞組匝數(shù)與所述初級繞組、所述次級繞組匝數(shù)相等。

優(yōu)選地，若所述中頻變壓器的所述初級繞組與所述次級繞組匝數(shù)不相等，則對應(yīng)所述初級繞組與所述次級繞組設(shè)置兩套輔助繞組，兩套所述輔助繞組匝數(shù)分別與所述初級繞組及所述次級繞組匝數(shù)相等。

優(yōu)選地，若所述中頻變壓器的所述初級繞組與所述次級繞組匝數(shù)不相等，則設(shè)置一套輔助繞組，所述輔助繞組匝數(shù)等于所述初級繞組與所述次級繞組匝數(shù)數(shù)量多的匝數(shù)，并在所述輔助繞組上增加抽頭，滿足所述輔助繞組與匝數(shù)數(shù)量少的繞組匝數(shù)相等的要求。

優(yōu)選地，所述輔助繞組與所述初級繞組對稱耦合，所述輔助繞組所述次級繞組對稱耦合，避免將鐵耗帶入所述初級繞組及所述次級繞組漏阻抗測量值，進(jìn)而提高所述初級繞組及所述次級繞組交流電阻的測量精度。

優(yōu)選地，所述輔助繞組的導(dǎo)線直徑不大于0.5倍的集膚深度，所述集膚深度與所述中頻變壓器工作頻率對應(yīng)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、可以分別計算出初級繞組和次級繞組的交流電阻。

2、通過使用與待測中頻變壓器繞組具有相同匝數(shù)的輔助繞組，減少電壓、電流測量誤差對交流電阻測量誤差的不利影響，提高交流電阻測量精度；

3、通過使用與初級繞組、次級繞組對稱耦合的輔助繞組，避免將鐵耗帶入初級繞組、次級繞組漏阻抗測量值，提高初級繞組、次級繞組交流電阻的測量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明含一個輔助繞組的中頻變壓器T型等效電路原理圖；

圖2為本發(fā)明變壓器三維1/2模型示意圖；

圖3為本發(fā)明變壓器二維1/4模型示意圖；

圖4為本發(fā)明變壓器負(fù)載工況的阻抗測量原理圖；

圖5為本發(fā)明含兩個輔助繞組的中頻變壓器T型等效電路原理圖。

圖中各部件標(biāo)號如下：

初級繞組1、次級繞組2、輔助繞組3、鐵心4、FRA5096頻率響應(yīng)分析儀5、NF4520A功率放大器6、中頻變壓器7、高頻電阻負(fù)載8、初級輔助繞組9、次級輔助繞組10。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

實施例1

如圖1所示含一個輔助繞組的中頻變壓器T型等效電路原理圖，其中，U₁為初級繞組電壓，I₁為初級繞組電流，U₂為次級繞組電壓，I₂為次級繞組電流，U_3c為輔助繞組電壓，Z_1c為初級繞組漏阻抗，Z_2c為次級繞組漏阻抗，Z_ic為激磁阻抗。

按照傳統(tǒng)變壓器設(shè)計方法，設(shè)計并制造了一臺2kW中頻變壓器，殼式鐵心結(jié)構(gòu)，鐵心材料使用鐵基非晶合晶，初級繞組1、次級繞組2均為銅箔，主要參數(shù)如下表所示：

此變壓器三維1/2模型示意如圖2，二維1/4模型示意如圖3。

此中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法，包括以下步驟：

A.此中頻變壓器7在繞組繞制過程中增加一套輔助繞組3，匝數(shù)為16匝，且輔助繞組3分別與初級繞組1、次級繞組2對稱耦合，即耦合系數(shù)相同，布置在初級繞組1與次級繞組2之間，根據(jù)此中頻變壓器7工作頻率對應(yīng)的集膚深度及系統(tǒng)絕緣要求，輔助繞組3的導(dǎo)線直徑取1.1mm。

B.將初級繞組1開路，對次級繞組2施加正弦激勵電壓，使用阻抗分析儀分別測量初級繞組電壓U₁及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(1)計算初級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₁₃；將次級繞組2開路，對初級繞組1施加正弦激勵電壓，分別測量次級繞組電壓U₂及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(2)計算次級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₂₃；

C.在中頻變壓器7負(fù)載工況下，如圖4的阻抗測量原理圖，F(xiàn)RA5096頻率響應(yīng)分析儀5驅(qū)動NF4520A精密功率放大器6作為激勵源，NF4520A精密功率放大器6輸出單次正弦電壓激勵中頻變壓器7，中頻變壓器7輸出側(cè)為高頻電阻負(fù)載8。Rs1和Rs2為兩個0.1歐姆的精密采樣電阻，用于測量中頻變壓器7初級繞組電流和次級繞組電流。測量初級繞組電壓U₁、初級繞組電流I₁以及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(3)計算初級繞組漏阻抗Z_1c；測量次級繞組電壓U₂、次級繞組電流I₂以及輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(4)計算次級繞組漏阻抗Z_2c；

D.在中頻變壓器7負(fù)載工況下，測量輔助繞組電壓U_3c與初級繞組電流I₁的比值，測量次級繞組電流I₂與初級繞組電流I₁的比值，根據(jù)式(5)計算激磁阻抗Z_ic；

E.通過對步驟B中的初級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₁₃和次級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₂₃、步驟C中的初級繞組漏阻抗Z_1c和次級繞組漏阻抗Z_2c、步驟D中的激磁阻抗Z_ic根據(jù)式(6)進(jìn)行計算，得出中頻變壓器7的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}；

F.使用阻抗分析儀測量中頻變壓器7的初級繞組短路阻抗Z_short，計算步驟E中的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}與初級繞組短路阻抗Z_short的比值M，若0.8≤M≤1.2，則進(jìn)行步驟G，否則，重新從步驟B開始測量并計算；

G.初級繞組1的交流電阻為初級繞組漏阻抗Z_1c的實部；次級繞組2的交流電阻為次級繞組漏阻抗Z_2c的實部。

實施例2

如圖1所示含一個輔助繞組的中頻變壓器T型等效電路原理圖，其中，U₁為初級繞組電壓，I₁為初級繞組電流，U₂為次級繞組電壓，I₂為次級繞組電流，U_3c為輔助繞組電壓，Z_1c為初級繞組漏阻抗，Z_2c為次級繞組漏阻抗，Z_ic為激磁阻抗。

按照傳統(tǒng)變壓器設(shè)計方法，設(shè)計并制造了一臺2kW中頻變壓器，殼式鐵心結(jié)構(gòu)，鐵心材料使用鐵基非晶合晶，初級繞組1、次級繞組2均為銅箔，主要參數(shù)如下表所示：

此變壓器三維1/2模型示意如圖2，二維1/4模型示意如圖3。

此中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法，包括以下步驟：

A.此中頻變壓器7在繞組繞制過程中增加一套輔助繞組3，匝數(shù)為16匝，與初級繞組1對應(yīng)，并對稱耦合，即耦合系數(shù)相同，另在輔助繞組3中間8匝增加抽頭，與次級繞組2對應(yīng)，并對稱耦合，即耦合系數(shù)相同，輔助繞組3布置在初級繞組1與次級繞組2之間，根據(jù)此中頻變壓器7工作頻率對應(yīng)的集膚深度及系統(tǒng)絕緣要求，輔助繞組3的導(dǎo)線直徑取1.2mm。

B.將初級繞組1開路，對次級繞組2施加正弦激勵電壓，使用阻抗分析儀分別測量初級繞組電壓U₁及與初級繞組1對應(yīng)的輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(1)計算初級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₁₃；將次級繞組2開路，對初級繞組1施加正弦激勵電壓，分別測量次級繞組電壓U₂及與次級繞組2對應(yīng)的輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(2)計算次級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₂₃；

C.在中頻變壓器7負(fù)載工況下，如圖4的阻抗測量原理圖，F(xiàn)RA5096頻率響應(yīng)分析儀5驅(qū)動NF4520A精密功率放大器6作為激勵源，NF4520A精密功率放大器6輸出單次正弦電壓激勵中頻變壓器7，中頻變壓器7輸出側(cè)為高頻電阻負(fù)載8。Rs1和Rs2為兩個0.1歐姆的精密采樣電阻，用于測量中頻變壓器7初級繞組電流和次級繞組電流。測量初級繞組電壓U₁、初級繞組電流I₁以及與初級繞組1對應(yīng)的輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(3)計算初級繞組漏阻抗Z_1c；測量次級繞組電壓U₂、次級繞組電流I₂以及與次級繞組2對應(yīng)的輔助繞組電壓U_3c，根據(jù)式(4)計算次級繞組漏阻抗Z_2c；

D.在中頻變壓器7負(fù)載工況下，測量與初級繞組1對應(yīng)的輔助繞組電壓U_3c與初級繞組電流I₁的比值，測量次級繞組電流I₂與初級繞組電流I₁的比值，根據(jù)式(5)計算激磁阻抗Z_ic；

E.通過對步驟B中的初級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₁₃和次級繞組與輔助繞組的開路電壓比n₂₃、步驟C中的初級繞組漏阻抗Z_1c和次級繞組漏阻抗Z_2c、步驟D中的激磁阻抗Z_ic根據(jù)式(6)進(jìn)行計算，得出中頻變壓器7的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}；

F.使用阻抗分析儀測量中頻變壓器7的初級繞組短路阻抗Z_short，計算步驟E中的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}與初級繞組短路阻抗Z_short的比值M，若0.8≤M≤1.2，則進(jìn)行步驟G，否則，重新從步驟B開始測量并計算；

G.初級繞組1的交流電阻為初級繞組漏阻抗Z_1c的實部；次級繞組2的交流電阻為次級繞組漏阻抗Z_2c的實部。

實施例3

如圖5所示含二個輔助繞組的中頻變壓器T型等效電路原理圖，其中，U₁為初級繞組電壓，I₁為初級繞組電流，U₂為次級繞組電壓，I₂為次級繞組電流，U_3e為初級輔助繞組電壓，U_3d為次級輔助繞組電壓，Z_1c為初級繞組漏阻抗，Z_2c為次級繞組漏阻抗，Z_ic為激磁阻抗。

按照傳統(tǒng)變壓器設(shè)計方法，設(shè)計并制造了一臺2kW中頻變壓器，殼式鐵心結(jié)構(gòu)，鐵心材料使用鐵基非晶合晶，初級繞組1、次級繞組2均為銅箔，主要參數(shù)如下表所示：

此中頻變壓器繞組交流電阻的輔助繞組測量方法，包括以下步驟：

A.此中頻變壓器7在繞組繞制過程中增加初級輔助繞組9和次級輔助繞組10，其中初級輔助繞組9匝數(shù)為16匝，次級輔助繞組10匝數(shù)為8匝，且初級輔助繞組9與初級繞組1對稱耦合，次級輔助繞組10與次級繞組2對稱耦合，即耦合系數(shù)相同，初級輔助繞組9和次級輔助繞組10均布置在初級繞組1與次級繞組2之間，根據(jù)此中頻變壓器7工作頻率對應(yīng)的集膚深度及系統(tǒng)絕緣要求，初級輔助繞組9和次級輔助繞組10的導(dǎo)線直徑均取1.1mm。

B.將初級繞組1開路，對次級繞組2施加正弦激勵電壓，使用阻抗分析儀分別測量初級繞組電壓U₁及初級輔助繞組電壓U_3e，根據(jù)式(1)計算初級繞組與初級輔助繞組的開路電壓比n₁₃；將次級繞組2開路，對初級繞組1施加正弦激勵電壓，分別測量次級繞組電壓U₂及次級輔助繞組電壓U_3d，根據(jù)式(2)計算次級繞組與次級輔助繞組的開路電壓比n₂₃；

C.在中頻變壓器7負(fù)載工況下，如圖4的阻抗測量原理圖，F(xiàn)RA5096頻率響應(yīng)分析儀5驅(qū)動NF4520A精密功率放大器6作為激勵源，NF4520A精密功率放大器6輸出單次正弦電壓激勵中頻變壓器7，中頻變壓器7輸出側(cè)為高頻電阻負(fù)載8。Rs1和Rs2為兩個0.1歐姆的精密采樣電阻，用于測量中頻變壓器7初級繞組電流和次級繞組電流。測量初級繞組電壓U₁、初級繞組電流I₁以及初級輔助繞組電壓U_3e，根據(jù)式(3)計算初級繞組漏阻抗Z_1c；測量次級繞組電壓U₂、次級繞組電流I₂以及次級輔助繞組電壓U_3d，根據(jù)式(4)計算次級繞組漏阻抗Z_2c；

D.在中頻變壓器7負(fù)載工況下，測量初級輔助繞組電壓U_3e與初級繞組電流I₁的比值，測量次級繞組電流I₂與初級繞組電流I₁的比值，根據(jù)式(5)計算激磁阻抗Z_ic；

E.通過對步驟B中的初級繞組與初級輔助繞組的開路電壓比n₁₃和次級繞組與次級輔助繞組的開路電壓比n₂₃、步驟C中的初級繞組漏阻抗Z_1c和次級繞組漏阻抗Z_2c、步驟D中的激磁阻抗Z_ic根據(jù)式(6)進(jìn)行計算，得出中頻變壓器7的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}；

F.使用阻抗分析儀測量中頻變壓器7的初級繞組短路阻抗Z_short，計算步驟E中的初級繞組短路阻抗Z_{short_c}與初級繞組短路阻抗Z_short的比值M，若0.8≤M≤1.2，則進(jìn)行下一步計算，否則，重新從步驟B開始測量并計算；

G.初級繞組1的交流電阻為初級繞組漏阻抗Z_1c的實部；次級繞組2的交流電阻為次級繞組漏阻抗Z_2c的實部。

本發(fā)明解決了中頻變壓器初級繞組及次級繞組交流電阻精確測量的難題，通過使用與待測中頻變壓器繞組具有相同匝數(shù)的輔助繞組，減少電壓、電流測量誤差對交流電阻測量誤差的不利影響；通過使用與初級繞組及次級繞組耦合系數(shù)相同的輔助繞組，避免將鐵耗帶入初級繞組及次級繞組漏阻抗測量值，提高初級繞組及次級繞組交流電阻的測量精度，實現(xiàn)了初級繞組及次級繞組交流電阻的分離，進(jìn)而便于進(jìn)行中頻變壓器繞組損耗、散熱等設(shè)計校核。