izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-1-52-57izmertech-1532Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSАнализ методов определения потерь в магнитопроводе трансформатораAnalysis of the methods for determining losses in the transformer magnetic corehttps://orcid.org/0000-0001-5280-6792ПлотниковС. М.PlotnikovS. M.

Сергей Михайлович Плотников

Красноярск

Sergey M. Plotnikov

Krasnoyarsk

smplotnikov@rambler.ruСибирский государственный университет науки и технологий имени М. Ф. Решетнёва; Красноярский институт железнодорожного транспортаРоссияReshetnev Siberian State University of Science and Technology; Krasnoyarsk Institute of Railway TransportRussian Federation202218042023015257Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1532

Для эффективной минимизации магнитных потерь и повышения коэффициента полезного действия машин, в частности трансформаторов, необходимо точно разделить полные потери в магнитопроводах электрических машин на гистерезисную и вихретоковую составляющие. Для решения указанной задачи предложены три варианта ваттметрового метода, основанные на разной зависимости вихретоковых и гистерезисных потерь от частоты перемагничивания, магнитного потока и температуры и названные методами двух частот, двух плотностей и двух температур. Для каждого из трёх методов при разных условиях проведено по два опыта. В опытах холостого хода на двух частотах, при двух плотностях магнитного потока и двух температурах магнитопровода измерены активные мощности, затраченные на нагрев сердечника, и получены выражения мощностей гистерезисных и вихретоковых потерь. Результаты экспериментов, проведённых разными методами, согласованы между собой. Проанализированы достоинства и трудности реализации каждого метода. Показано, что комбинация методов позволила определить показатель степени плотности магнитного потока в выражении мощности гистерезисных потерь (коэффициент Штейнмеца) для конкретного трансформатора.

Exact separation of total losses in the magnetic cores of electrical machines into hysteresis and eddy current is a serious technical problem, the solution of which is urgently needed to effectively minimise magnetic losses and, therefore, to increase the efficiency of machines, in particular transformers. To solve this problem, the author proposes the wattmeter method, which can be used in three variants. Each of the variants has its own characteristics. This uses the results of two no-load experiments carried out under different conditions. The methods are based on the fact that eddy current and hysteresis losses depend differently on magnetisation frequency, magnetic flux and temperature. Based on measurements in the no-load experiments at two frequencies, two magnetic flux densities and two magnetic core temperatures, expressions for hysteresis and eddy current losses are obtained. The experimental results obtained by the different methods are consistent with each other. The advantages and difficulties of each method are analysed. It is shown that the combination of methods makes it possible to determine the degree of density index for the magnetic flux in the hysteresis loss power expression (Steinmetz factor) in a particular transformer.

магнитопроводгистерезисвихревые токипотери в сталиопыт холостого ходаметод двух частотметод двух температурmagnetic corehysteresiseddy currentslosses in steelno-load experimenttwo-frequency methodtwo-temperature methodReferencesHajipour E., Vakilian M., Ghafouri M., International Transaction of Electrical and Computer Engineers System, 2014, vol. 2, no. 1, pp. 34–38. https://doi.org/10.12691/iteces-2-1-6Hajipour E., Vakilian M., Ghafouri M., International Transaction of Electrical and Computer Engineers System, 2014, vol. 2, no. 1, pp. 34–38. https://doi.org/10.12691/iteces-2-1-6Плотников С. М. Определение потерь на вихревые токи и на гистерезис в магнитопроводах электрических машин // Измерительная техника. 2020. № 11. С. 54–58. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-11-54-58Plotnikov S. M., Measurement Techniques, 2021, vol. 63, pp. 904–909. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01866-9Bertotti G., IEEE Transactions on Magnetics, 1988, vol. 24, no. 1, pp. 621–630. https://doi.org/10.1109/20.43994Bertotti G., IEEE Transactions on Magnetics, 1988, vol. 24, no. 1, pp. 621–630. https://doi.org/10.1109/20.43994Chen Y., Pillay P., Conference Record of the 2002 IEEE Industry Applications Conference. 37th IAS Annual Meeting, 2002, vol. 2, pp. 759–766. https://doi.org/10.1109/IAS.2002.10426455.Chen Y., Pillay P., Conference Record of the 2002 IEEE Industry Applications Conference. 37th IAS Annual Meeting, 2002, vol. 2, pp. 759–766. https://doi.org/10.1109/IAS.2002.1042645De Campos M. F., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 301, pp. 94–99. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.06.014De Campos M. F., Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 301, pp. 94–99. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2005.06.014Zirka S. E., Moroz Y. I., Marketos P., Moses A. J., IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 286–289. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2032858Zirka S. E., Moroz Y. I., Marketos P., Moses A. J., IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 286–289. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2032858Olivares-Galván J. C. et al., 7th Mediterranean Conference and Exhibition on Power Generation, Transmission, Distribution and Energy Conversion (MedPower 2010), 2010, pp. 1–5. https://doi.org/10.1049/cp.2010.0900Olivares-Galván J. C. et al., 7th Mediterranean Conference and Exhibition on Power Generation, Transmission, Distribution and Energy Conversion (MedPower 2010), 2010, pp. 1–5. https://doi.org/10.1049/cp.2010.0900Popescu M., Miller T. J. E., McGilp M., Ionel D. M., Dellinger S. J., Heidemann R. J., 2007 IEEE Industry Applications Annual Meeting, 2007, pp. 60–66. https://doi.org/10.1109/07IAS.2007.14Popescu M., Miller T. J. E., McGilp M., Ionel D. M., Dellinger S. J., Heidemann R. J., 2007 IEEE Industry Applications Annual Meeting, 2007, pp. 60–66. https://doi.org/10.1109/07IAS.2007.14Najgebauer M., Models for Prediction of Energy Loss in Soft Magnetic Materials, Conference: XII International PhD Workshop OWD, Wisla, Poland, 23–26 October 2010, pp. 487–482.Najgebauer M., Models for Prediction of Energy Loss in Soft Magnetic Materials, Conference: XII International PhD Workshop OWD, Wisla, Poland, 23–26 October 2010, pp. 487–482.Ibrahim M., Pillay P., IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012, рр. 1–8. https://doi.org/10.1109/ECCE.2012.6342536Ibrahim M., Pillay P., IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2012, рр. 1–8. https://doi.org/10.1109/ECCE.2012.6342536Parthasaradhy P., Ranganayakulu S. V., Hysteresis and eddy current losses of magnetic material by Epstein frame methodnovel approach, The International Journal Of Engineering And Science (IJES), 2014, pp. 85–93.Parthasaradhy P., Ranganayakulu S. V., Hysteresis and eddy current losses of magnetic material by Epstein frame method-novel approach, The International Journal Of Engineering And Science (IJES), 2014, pp. 85–93.Пат. № 2755053 РФ / С. М. Плотников // Изобретения. Полезные модели. 2021. № 26.Plotnikov S. M., RF Patent no. 2755053, Byull. Izobret., no. 26 (2021).Xue S., Feng J., Guo S., Peng J., Chu W. Q., Zhu Z. Q., IEEE Transactions on Magnetics, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 1–10. https://doi.org/10.1109/TMAG.2017.2755593Xue S., Feng J., Guo S., Peng J., Chu W. Q., Zhu Z. Q., IEEE Transactions on Magnetics, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 1–10. https://doi.org/10.1109/TMAG.2017.2755593Chen J., Wang D., Cheng S., Wang Y., Zhu Y., Liu Q., IEEE Transactions on Magnetics, 2015, vol. 51, no. 11, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2432081Chen J., Wang D., Cheng S., Wang Y., Zhu Y., Liu Q., IEEE Transactions on Magnetics, 2015, vol. 51, no. 11, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/TMAG.2015.2432081Takahashi N., Morishita M., Miyagi D., Nakano M., IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 548–551. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2033122Takahashi N., Morishita M., Miyagi D., Nakano M., IEEE Transactions on Magnetics, 2010, vol. 46, no. 2, pp. 548–551. https://doi.org/10.1109/TMAG.2009.2033122Марочник сталей и сплавов / Под общей ред. А. С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2003. 784 с.Marochnik staley i splavov [Grade of steels and alloys], ed. A. S. Zubchenko, Moscow, Mashinostroenie, 2003, 784 p. (In Russ.)Дружинин В. В. Магнитные свойства электротехнической стали. М.: Энергия, 1974. 238 с.Druzhinin V. V., Magnitnyye svoystva elektrotekhnicheskoy stali [Magnetic properties of electrical steel], Moscow, Energiya, 1974, 238 p. (In Russ.)Пат. № 2743902 РФ / С. М. Плотников // Изобретения. Полезные модели. 2021. № 7.Plotnikov S. M., RF Patent no. 2743902, Byull. Izobret., no. 7 (2021).Иванов И. И., Равдоник В. С. Электротехника. М.: Высш. школа, 1984. 375 с.Ivanov I. I., Ravdonik V. S., Elektrotekhnika [Electrical engineering], Moscow, Vysshaya shkola, 1984, 375 p. (In Russ.)Плотников С. М. Оценка погрешностей ваттметрового метода определения магнитных потерь в трансформаторах // Измерительная техника. 2021. № 3. С.40–44. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-3-40-44Plotnikov S. M., Measurement Techniques, 2021, vol. 64, pp. 217–222. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01921-5Пат. № 2764780 РФ / С. М. Плотников // Изобретения. Полезные модели. 2022. № 3.Plotnikov S. M., RF Patent no. 2764780, Byull. Izobret., no. 3 (2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.