CN102804294A - 通用配电变压器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种通用配电变压器(10)，其具有电磁变压器(12)和电力电子模块(14)。袋状部件(100)安装在电磁变压器(12)之上，该袋状部件具有电连接到电磁变压器(12)的至少一个绕组结构(22)的连接器。电力电子模块(14)可拆装地安装在袋状部件(100)的腔体中。电力电子模块(14)包括多个半导体切换装置和适于滑动接合袋状部件的连接器的多个连接器。电力电子模块(14)可在移除位置和安装位置之间移动，其中在移除位置，该电力电子模块(14)位于袋状部件(100)外部，以及在安装位置，该电力电子模块(14)布置在袋状部件(100)的腔体中，并且电力电子模块(14)的连接器接合袋状部件(100)的连接器，从而将电力电子模块(14)电连接到该至少一个绕组结构(22)。

Description

通用配电变压器
相关申请的交叉引用
本申请主张于2009年6月11日提交的美国临时专利申请No.61/186,140的权益，其通过引用方式全文结合于此。
技术领域
本发明涉及变压器，并且更具体而言涉及使用电力电子器件的通用配电变压器。
现代社会到数字时代的转变使得需要发展更可靠高质量电力供应。在向终端用户供应电力时不可或缺的部件是配电变压器。传统配电变压器将一个电压的电力转换为另一电压的电力，该另一电压具有更高或者更低的值。变压器使用初级线圈和次级线圈实现这种电压变换，初级线圈和次级线圈的每一个缠绕在铁磁芯上并且包括许多匝的电导体。在当今配电系统中采用的传统配电变压器无法针对诸如骤降/陡升/畸变的不良电力质量来保护数字负载。据估计，电压扰动每年耗费世界上各产业数百万美元。
有时将系统连接到配电线路以提高电力质量。这种系统的实例包括动态电压恢复器(DVR)和静态VAR补偿器(SVC)。DVR在电源电压骤降或尖峰期间维持或恢复操作电气负载，而SVC在电力网络上提供快速作用的无功功率补偿。DVR和SVC经常为“附加”系统，其连接到传统配电变压器并且与传统配电变压器一起使用。
在更近期，已经提出将电力电子器件与传统配电变压器集成以提高电力质量。本发明涉及这种变压器的实际实施。
发明内容
根据本发明，提供了一种通用配电变压器，其具有用于从源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧。该配电变压器包括铁磁芯和至少一个绕组结构。每个绕组结构包括用于连接到源的初级绕组以及用于连接到负载的次级绕组。提供袋状部件，其限定腔体并且具有电连接到该至少一个绕组结构的连接器。连接器布置在腔体中。电力电子模块可拆装地安装在袋状部件的腔体中。电力电子模块可操作以减小配电变压器的输出电压中的变动，并且包括多个半导体切换装置以及适于滑动接合袋状部件的连接器的多个连接器。电力电子模块可在移除位置和安装位置之间移动，其中在移除位置，该电力电子模块位于袋状部件外部，以及在安装位置，该电力电子模块布置在袋状部件的腔体中并且电力电子模块的连接器接合袋状部件的连接器，从而将电力电子模块电连接到该至少一个绕组结构。
根据本发明，还提供了一种配电变压器系统，其具有用于从源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧。该配电变压器系统包括铁磁芯和至少一个绕组结构。每个绕组结构包括用于连接到源的初级绕组以及用于连接到负载的次级绕组。电力电子模块连接到该至少一个绕组结构并且可操作以减小配电变压器的输出电压中的变动。电力电子模块包括多个半导体切换装置。外壳围住该芯、该至少一个绕组结构和该电力电子模块。外壳包括：一个或多个壁，隔声材料紧固到其内表面；以及多个通风口，用以允许空气通过外壳流动。
附图说明
参考下述描述、所附权利要求书以及附图，将更好地理解本发明的特征、方面和优点，在附图中：
图1示出第一通用变压器的前视图，其前壁被移除以示出第一通用变压器的内部；
图2示出第一通用变压器的俯视平面图；
图3示出其连接有AC-AC变换器的第一通用变压器的示意性电路；
图4示出AC-AC变换器的示意性电路；
图5示出其连接有电压源变换器的第一通用变压器的示意性电路；
图6示出电压源变换器的示意性电路；
图7示出电力电子模块的截面前视图，其含有安装在袋状部件内部的AC-AC变换器；
图8示出第二通用变压器的前视图，其前壁被移除以示出第二通用变压器的内部；
图9示出第二通用变压器的俯视平面图；
图10示出第三通用变压器的前视图；
图11示出第三通用变压器的侧视图；
图12示出第四通用变压器的前视图；
图13示出第五通用变压器的前视图；
图14示出第五通用变压器的侧视图；以及
图15示出包围在外壳中的第六通用变压器的前视图，一部分外壳被移除以示出其内部。
具体实施方式
应指出，在下文的详细描述中，相同部件具有相同附图标记，不管它们是否是在本发明的不同实施例中示出。还应指出，为了清楚简明地公开本发明，附图可能并非必定按比例绘制，并且本发明的某些特征可以以略微示意性的形式示出。
现在参考图1和2，示出了根据本发明实施的通用变压器10。通用变压器10为三相、液体冷却的配电变压器，其具有从约112.5kVA至约15,000kVA的范围中的kVA额定值。通用变压器10的高压侧具有范围从约600V至约35kV的电压，而通用变压器10的低压侧具有范围从约120V至约15kV的电压。通用变压器10通常包括电磁变压器12、电力电子模块(PEM)14以及箱体或外壳18。
电磁变压器12包括铁磁芯20和三个绕组结构22，每个相一个绕组结构。芯20包括铁磁金属(诸如硅晶粒取向钢)并且通常可以为矩形形状。芯20和绕组结构22浸在外壳18内部的电介质流体26中。每个绕组结构22包括初级绕组结构和次级绕组结构，初级绕组结构和次级绕组结构的每个缠绕在铁磁芯20上。初级绕组结构包括一个或多个初级绕组并且次级绕组结构包括一个或多个次级绕组。初级绕组结构和次级绕组结构可以同心地安装到芯20的芯柱，次级绕组结构布置在初级绕组结构内并且从初级绕组结构向内放射状布置。初级绕组结构可以连接成Y或Δ(德尔塔)配置，并且次级绕组结构可以连接成Y或Δ配置。因而，电磁变压器12可以具有Y-Y，Y-Δ，Δ-Y或Δ-Δ配置。
在图3所示一个实施例中，每个绕组结构22包括单个初级绕组30以及包括两个次级绕组34，36的次级绕组结构32。在另一实施例中，每个绕组结构22可具有单个初级绕组和单个次级绕组，次级绕组具有抽头以帮助形成两个次级绕组部分。用于三相的初级绕组30连接到高压套管38，该高压套管安装到外壳18的顶壁40。PEM 14连接到低压套管44，该低压套管安装到顶壁40。中性点套管45安装到顶壁40靠近低压套管44。高压套管38以直线布置，靠近顶壁40的前边缘。中性点套管45和低压套管44以直线布置，靠近顶壁40的后边缘。
PEM 14可操作以控制在通用变压器10的初级侧上的功率因数以及减小在输入电压变化情况下输出电压中的变动。PEM 14可具有多种不同配置其中之一。例如，PEM 14可以是AC-AC变换器或电压源变换器(VSC)，其可操作以在DC和AC电压之间转换，即，将DC电压转换为AC电压，且反之依然。在任一这些通常配置中，PEM 14可具有模块化构造。
图3和4示出了一实施例，其中PEM 14包括AC-AC变换器。在此实施例中(其中PEM表示为14a)，AC-AC变换器包括分别用于三相的AC-AC变换器46a，46b，46c。在每个次级绕组结构32中，AC-AC变换器46连接到次级绕组36的各端部并且与次级绕组34串联连接。次级绕组结构32两端的电压Vout等于次级绕组34两端的电压Vout1加上AC-AC变换器46两端的电压Vout2。在正常工作条件下，次级绕组34产生从次级绕组结构32到负载的输出电压的100％。在需要时，连接到次级绕组36的AC-AC变换器46可以产生高至从次级绕组结构32到负载的输出电压的20％。
每个AC-AC变换器46可以是具有图4所示结构的AC-DC-AC变换器。在此实施例中，AC-AC变换器46包括第一切换桥50，其通过DC母线或桥52连接到第二切换桥54。第一切换桥50连接到次级绕组36的各端部。第一和第二切换桥50，54中的每个均连接到控制器56并且由控制器56控制。此外，第一和第二切换桥50，54中的每个包括多个切换装置58。如图4所示，第一和第二切换桥50，54中的每个可包括并联连接的一对臂，每个臂具有串联连接的一对切换装置58。每个切换装置58可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和反并联二极管。DC桥52可包括串联连接的多个电容器。电容器可具有相同或不同的电容。如图4所示，DC桥52可具有四个电容器60，62，64，66。多个DC抽头连接到DC桥52并且提供不同的维持DC电压水平。更具体而言，三个DC抽头68，70，72可以分别连接在各对电容器60，62，64，66之间，并且可具有12伏特、24伏特和100伏特的维持的电压。这些抽头68，70，72的组合可以用于获得36，112，123和136伏特DC。也可以实施其它电压水平。
应理解，其它AC-AC变换器拓扑可以用于AC-AC变换器46a，46b，46c。例如，可以使用具有3、4、5个等水平的中性点AC-AC变换器。对于不需要DC输出的那些应用，可以使用没有DC桥的AC-AC变换器。
图5和6示出另一实施例，其中PEM(具有标识14b)包括VSC90，如所示，其可以连接成德尔塔或Y型配置。如果次级绕组36连接成德尔塔配置，VSC 90具有三个切换支路91，92，93。如果次级绕组36连接成Y型配置，可以另外包括第四支路94。切换支路91-94中的每个均包括串联连接的一对切换装置58，每个切换装置可以是IGBT和反并联二极管。控制器56控制切换装置95的操作。切换支路91-94与DC母线96并联连接，该DC母线包括电容器98。来自DC母线96的DC电压通过切换支路被转换为不同相的正弦AC电压。滤波器97连接在次级绕组36和VSC 90之间。滤波器97帮助防止由于切换装置95的切换引起高频谐波被引入通用变压器10的输出电压以及初级和次级绕组30，34，36的电流中。滤波器97包括电感器以及可选电容器。
控制器56包括用于执行存储在关联存储器中的程序的处理器。控制器56使用脉冲宽度调制(PWM)分别控制AC-AC变换器46a，46b，46c或者控制VSC 90(实际情况可能如此)，其中切换装置58被断开或接通以形成一系列电压脉冲，其中平均电压为峰值电压乘以占空比，即脉冲的“接通”和“断开”时间。以此方式，可以使用一系列可变宽度的正和负电压脉冲来近似正弦波。通过改变PWM模式，可以改变正弦波的相位和振幅。
控制器56可以是智能电气装置(IED)或者可以与IED接口连接，其中IED控制并且监视AC-AC变换器46以外的通用变压器10的各操作方面。这种IED 80可以安装到通用变压器10的外壳18的外侧壁。IED 80可包括用户接口、处理器、存储器和通信端口。除了控制AC-AC变换器46或VSC 90(实际情况可能如此)，IED 80监视通用变压器10的操作并且将操作信息通过通信链接通信传送到远程定位的控制中心，该通信链接可以是物理硬连线链接、卫星链接、蜂窝链路、调制解调器或电话线路链路、因特网链路或者任何其它无线或广域或共享局域网链接。例如，绕组结构22的电流和电压可以通过连接用于与IED 80通信的传感器来测量。此外，电介质流体26的温度及其湿度和气体含量可以通过连接用于与IED 80通信的传感器来测量。IED 80可以通过通信链接将这些电流、电压以及其它变量的值周期性地或连续地发送到控制中心，和/或可以在值超过某些预定极限时，通过通信链接向控制中心发送警报。除了发送关于绕组的信息之外，IED 80还可以通过通信链接向控制中心发送关于AC-AC变换器46的操作的信息。再者，IED 80可以接收和实施来自控制中心的控制命令，以用于改变AC-AC变换器46的操作。
尽管在上述描述中，PEM 14被示为且描述为连接到电磁变压器12的次级绕组结构，应理解，PEM 14可以连接到初级绕组结构。PEM14如何可以连接到初级绕组结构的实例在下述文献示出：美国专利申请No.12/701,235，题为“Hybrid Distribution Transformer with AC&DC Power Capabilities”，申请日为2010年2月5日，以及美国专利申请No.12/713,766，题为“A Hybrid Distribution Transformer with anIntegrated Voltage Source Converter”，申请日为2010年2月26日，这两个美国专利申请通过引用全文结合于此。这两个专利申请还提供PEM 14可以如何构造和连接到次级绕组结构的另外实例。
现在参考图1，2和7，PEM 14可拆装地安装在外壳18的袋状部件100的腔体中。袋状部件100在顶壁40中的开口周围紧固到外壳18的顶壁40。开口和袋状部件100位于低压套管44和高压套管38之间，但是更朝向低压套管44。开口和袋状部件100位于顶壁40的端边缘之间大约中间处。袋状部件100可以通常为矩形形状并且由金属构造。延伸到外壳18中的袋状部件100的部分被密封以防止任何电介质流体26进入袋状部件100的内部。袋状部件100的部分可以浸在电介质流体26中。例如，如图1所示，袋状部件100的端102以及侧壁104和前、后壁的下部可以浸在电介质流体26中。可替代地，袋状部件100可以安装在电介质流体26的顶部水平上方，从而不与其接触。在其内部侧面上的端壁102中可以形成多个凹部110。在凹部110之间，多个连接器112可以分别安装到端壁102并且从端壁向上延伸。连接器112通过汇流条114电连接到电磁变压器12和低压套管44。一系列间隔开的冷却鳍116可以紧固到袋状部件100的下部并且从其向外延伸。冷却鳍116也浸在电介质流体26中，并且帮助将热量从PEM 14传递且耗散到电介质流体26中。
除了上述电路系统之外，PEM 14包括外壳120，其由金属构成，并且具有底壁、顶壁124和侧壁126。外壳120围住切换装置58和上述其它电路系统。一系列间隔开的冷却鳍128可以紧固到顶壁124并且从顶壁向上延伸。在顶壁124的中心，手柄130安装到顶壁124。手柄130可以固定成直立(竖直)位置，或者可以在水平的存放位置与竖直的使用位置之间枢转。多个散热器132可以延伸穿过底壁122并且从其外表面突出。在散热器132之间，多个连接器136可以分别延伸穿过底壁122并且也从其外表面突出。切换装置58安装在外壳120内部从而与散热器132接触，以便在切换装置58操作时将热量传导至散热器132。许多切换装置58也可以接触侧壁126的底部部分，从而将热量传导到底部部分。金属板138可以紧固到侧壁126的底部部分的外表面，从而将热量传导到袋状部件100并且因此传导到电介质流体26。
PEM 14可以竖直地移入和移出袋状部件100。更具体而言，PEM14可以在安装位置和移除位置之间移动，其中在移除位置，PEM 14完全从袋状部件100移除。在安装位置，除了顶壁124、冷却鳍128和手柄130，所有PEM 14布置在袋状部件100中。此外，PEM 14的连接器136接收在袋状部件100的连接器112内部并且与其形成电连接，由此以图3所示和上文所述的方式，将PEM 14电连接到电磁变压器12和低压套管44。此外，散热器132被分别接收在凹部110中，由此允许热量从PEM 14的散热器132传导到袋状部件100的端壁102。PEM 14在安装位置和移除位置之间的移动可以手动或利用诸如起重机的升降装置来者机械地实现，这取决于PEM 14的重量。手柄130可以用于促进PEM 14的移动，无论该移动是手动地还是机械地执行。
应理解，将PEM 14的连接器136接收在袋状部件100的连接器112内部提供了PEM 14和袋状部件100之间的滑动装配电连接，其允许PEM 14轻便地与电磁变压器12连接和断开。
可以通过通信链接提供IED 80和PEM 14之间的通信，当PEM14移动到移除位置时，该通信连接断开。例如，通信链接可包括安装在袋状部件100的腔体内部的USB连接器以及安装在PEM 14上的配对USB连接器。当PEM 14位于安装位置时，两个USB连接器彼此配合，以建立跨过通信链接的IED 80和PEM 14之间的通信。可替代地，通信链接可以是即使当PEM 14移出安装位置时仍可以维持的无线链接，诸如蓝牙链接。如前文所叙述，控制器56可以安装在PEM 14中，并且与IED 80接口连接，或者控制器56可以是IED80的一部分。
为了防止在通用变压器10操作期间PEM 14移入或移出安装位置，可以提供互锁系统。互锁系统可包括多个电磁致动器150，其布置在紧固到袋状部件100的侧壁104的外壳152中。每个致动器150包括螺线管线圈和电枢。在每个致动器150中，止动销154紧固到电枢并且可以与电枢一起移动。止动销154可在伸出位置和缩回位置之间穿过袋状部件100的侧壁104中的开口移动。弹簧偏置电枢并且因此将止动销154偏置到缩回位置。每个螺线管线圈从电流变压器(未示出)接收功率，该电流变压器连接到初级绕组30其中之一的引线。当功率被提供到初级绕组30时，电流变压器激励螺线管线圈，由此致使电枢将止动销154移动到伸出位置。当未将功率提供到初级绕组30时，螺线管被去激励并且止动销154被偏置到缩回位置。
当PEM 14位于安装位置时，止动销152与阻挡板160中的孔对齐，阻挡板紧固到侧壁126的外部。当致动器150的螺线管被激励并且PEM 14位于安装位置时，止动销152延伸到阻挡板160的孔中，由此防止PEM 14移出安装位置。当致动器150的螺线管被激励并且PEM 14位于移除位置时，止动销152延伸到袋状部件100的内部中并且防止PEM 14移入安装位置。由于致动器150的螺线管仅仅在初级绕组30提供有功率时被激励，所以当向初级绕组30提供功率时，即在通用变压器10的操作期间，止动销152防止PEM 14被移入或移出安装位置。
现在参考图8和9，示出了根据本发明的第二实施例构造的第二通用配电变压器200。除了下述差异之外，第二通用变压器200具有与通用变压器10基本上相同的构造。低压套管44安装到侧壁160(而不是安装到外壳18的顶壁40)，并且袋状部件100和PEM 14可以置为靠近侧壁160(而不是在中心，朝向顶壁40的后边缘)。低压套管44可以通过隔板162安装到侧壁160，该隔板紧固在侧壁160中的开口之上。
现在参考图10和11，示出了根据本发明的第三实施例构造的第三通用配电变压器220。第三通用变压器220为干式变压器，并且通常包括电磁变压器222和电力电子模块(PEM)14。
电磁变压器222包括铁磁芯20和三个绕组结构226，每个相一个绕组结构。
芯20包括三个均等地间隔开的芯柱，其在顶部磁轭和底部磁轭之间延伸。每个芯柱可以由具有不同宽度的多个板形成，所述板布置成为芯柱提供十字形截面。顶部磁轭夹在一对顶部夹板228之间，而底部磁轭夹在一对底部夹板230之间。顶部和底部夹板228，230保持芯20并且帮助维持其结构完整性。
除了下述差异之外，绕组结构226具有与绕组结构22基本上相同的构造。绕组结构226通常为圆柱形形状并且覆盖有清漆(诸如聚酯清漆)或树脂(诸如环氧树脂)。更具体而言，绕组结构226可以用清漆真空浸渍或者简单地在清漆中浸渍。可替代地，绕组结构226可以在使用或不使用模具以及应用或不应用真空的情况，封装在树脂中。每个初级绕组30具有多个抽头232，所述抽头定位为朝向初级绕组30的中心并且从其前侧延伸。
板242紧固到一个或多个顶部夹板228，位于第三通用配电变压器220各侧之间的中间。袋状部件240安装到板242。如图9所示，板242可以从最后面一个顶部夹板228向后延伸，以使得袋状部件240和PEM 14从中间一个绕组结构226向后布置。可替代地，板242可以布置在顶部夹板228之间，以使得袋状部件240和PEM 14直接布置在中间一个绕组结构226上方。除了下述差异之外，袋状部件240具有与袋状部件100基本上相同的构造。袋状部件240可具有通风开口以允许冷却空气通过袋状部件240。此外，次级连接器244紧固到袋状部件240的一个侧壁104并且延伸离开该侧壁。次级连接器244用于连接到负载。袋状部件240的连接器112通过汇流条246电连接到电磁变压器222以及次级连接器244。
使用手柄130，PEM 14可竖直地移入和移出袋状部件240。具有电磁致动器150的互锁系统防止在第三通用配电变压器220操作期间PEM 14移入或移出安装位置。PEM 14和袋状部件240之间的滑动装配电连接允许PEM 14轻便地与电磁变压器222连接和断开。
现在参考图12，示出了根据本发明的第四实施例构造的第四通用配电变压器300。除了下述差异之外，第四通用配电变压器300具有与第三通用配电变压器220基本上相同的构造。板242紧固到一个或多个顶部夹板228，朝向第四通用配电变压器300的一侧。板242可以从最后面一个顶部夹板228向后延伸，使得袋状部件240和PEM 14从绕组结构226中的端部那个向后布置。可替代地，板242可以布置在顶部夹板228之间，使得袋状部件240和PEM 14直接布置在绕组结构226中的端部那个之上。
现在参考图13和14，示出了根据本发明的第五实施例构造的第五通用配电变压器320。除了下述差异之外，第五通用配电变压器320具有与第三通用配电变压器220基本上相同的构造。第五通用配电变压器320具有袋状部件330，除了下述差异之外，袋状部件330具有与袋状部件240基本上相同的构造。袋状部件330取向为使得袋状部件330中的开口指向前。次级连接器244紧固到顶部壁并且竖直地从顶部壁延伸，如图13所示。可替代地，次级连接器244可以紧固到侧壁104并且水平地从侧壁104延伸。
板242紧固到一个或多个顶部夹板228，位于第五通用配电变压器320的各侧之间的中间。板242可以从最后面一个顶部夹板228向后延伸，使得袋状部件330和PEM 14从绕组结构226中的中间一个向后布置。可替代地，板242可以布置在顶部夹板228之间，使得袋状部件330和PEM 14直接布置在绕组结构226中的中间一个之上，如图14中所示。使用手柄130，PEM 14可水平地移入和移出袋状部件330。
现在参考图15，示出了根据本发明的第六实施例构造的第六通用配电变压器350。除了下述差异之外，第六通用配电变压器350具有与第三通用配电变压器220基本上相同的构造。袋状部件240并未安装到在顶部夹板228的顶部上的板242。相反，袋状部件240安装在衬垫上，紧挨着电磁变压器222。
外壳360布置在电磁变压器222和袋状部件240周围，PEM 14布置在该袋状部件中。外壳360包括侧壁362和顶板364，该顶板可以由板状金属构造。下入口通风口366位于每个侧壁362中，并且可以覆盖有罩。上出口通风口368可以形成于顶板364的悬垂部分(如所示)，从而允许空气以向下方式从外壳360离开。可替代地，上出口通风口可以分别形成于侧壁362的上部分中。当第六通用配电变压器350操作时，冷的外部空气被吸入下入口通风口366，以及利用对流被向上携带通过并且遍及电磁变压器222、袋状部件240和PEM 14，并且从上出口通风口368出去。电风扇369可以安装在出口通风口368中或靠近该通风口以增加空气向上流动到以及离开上出口通风口368。可以从PEM 14的DC桥52或DC母线96(实际情况可能如此)为风扇369提供DC功率。
为了衰减由第六通用配电变压器35产生的声音，将隔声材料370紧固到侧壁362和顶板364的内表面。隔声材料370可以包括玻璃纤维，或者成型聚合物泡沫，诸如开孔聚氨酯声学泡沫。
尽管未示出，第三、第四和第五通用配电变压器220，300，320也可以被包围在外壳360中。
应理解，上述通用配电变压器可以利用具有与上述不同的构造的PEM和袋状部件。例如，除了切换装置58的取向之外，干式变压器220，300，320可以利用构造基本上与PEM 14相同的PEM。切换装置58可以安装为倚着竖直延伸的壁(以及顶壁，如果PEM可水平地移动)以更好地散热。
应理解，上述的通用配电变压器，特别是包围在外壳(诸如外壳360)中的那些通用配电变压器可以被修改从而不使用袋状部件。在这些修改的通用配电变压器中，PEM可以不被包围住，或者可以布置在其它封装中，且可具有到电磁变压器的固定连接。
还应理解，尽管本发明已经在三相变压器的上下文中予以描述，本发明也可以单相变压器中使用。
将理解，对前述示例性(多个)实施例的描述意在仅仅是说明本发明而非穷举本发明。普通技术人员将能够对所公开主题的(多个)实施例进行某些添加、删除和/或修改，而不背离如所附权利要求书限定的本发明的精神及其范围。

Claims (20)

1.一种配电变压器，其具有用于从源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧，该配电变压器包括：
铁磁芯；
至少一个绕组结构，每个绕组结构包括用于连接到所述源的初级绕组以及用于连接到所述负载的次级绕组；
袋状部件，其限定腔体并且具有电连接到所述至少一个绕组结构的连接器，该连接器布置在所述腔体中；
电力电子模块，其可操作以减小所述配电变压器的输出电压中的变动，所述电力电子模块可拆装地安装在所述袋状部件的腔体中，所述电力电子模块包括多个半导体切换装置和适于滑动接合所述袋状部件的连接器的多个连接器，所述电力电子模块在移除位置和安装位置之间移动，其中在所述移除位置，所述电力电子模块位于所述袋状部件外部，以及其中在所述安装位置，所述电力电子模块布置在所述袋状部件的腔体中，并且所述电力电子模块的连接器接合所述袋状部件的连接器，从而将所述电力电子模块电连接到所述至少一个绕组结构。
2.根据权利要求1所述的配电变压器，其中所述电力电子模块还可操作以控制配电变压器的初级侧上的功率因数。
3.根据权利要求1所述的配电变压器，其中所述袋状部件安装在所述芯和所述至少一个绕组结构之上。
4.根据权利要求1所述的配电变压器，其中所述配电变压器还包括：
箱体，其限定含有所述芯和所述至少一个绕组结构的内部空间；
电介质流体，其布置在箱体的内部空间中，使得所述芯和所述至少一个绕组结构浸在所述电介质流体中。
5.根据权利要求4所述的配电变压器，其中所述袋状部件延伸到所述箱体的内部空间中。
6.根据权利要求5所述的配电变压器，其中所述袋状部件的至少一部分浸在所述电介质流体中。
7.根据权利要求6所述的配电变压器，其中所述袋状部件紧固到所述箱体的顶壁，并且所述电力电子模块竖直地移入和移出所述袋状部件的腔体。
8.根据权利要求1所述的配电变压器，其中所述配电变压器为干式变压器并且还包括用于保持所述芯的结构。
9.根据权利要求8所述的配电变压器，其中所述袋状部件被支撑在所述结构上，位于所述芯和所述至少一个绕组结构之上。
10.根据权利要求9所述的配电变压器，其中所述电力电子模块可竖直地移入和移出所述袋状部件的腔体。
11.根据权利要求1所述的配电变压器，还包括互锁系统，当向所述至少一个绕组结构提供功率时，所述互锁系统防止电力电子模块被移到或移离所述安装位置。
12.根据权利要求10所述的配电变压器，其中所述互锁系统包括至少一个电磁致动器，该电磁致动器可操作以在伸出位置和缩回位置之间移动止动销，其中当所述止动销位于伸出位置时，所述止动销防止所述电力电子模块从所述移除位置移动到所述安装位置以及从所述安装位置移动到所述移除位置。
13.根据权利要求1所述的配电变压器，其中该至少一个绕组结构包括分别用于功率的三相的三个绕组结构。
14.根据权利要求13所述的配电变压器，其中每个绕组结构还包括辅助次级绕组。
15.根据权利要求14所述的配电变压器，其中该电力电子模块包括分别用于三个绕组结构的三个AC-AC变换器，每个AC-AC变换器包括：
第一切换桥，其连接到对应于AC-AC变换器的绕组结构的辅助次级绕组，所述第一切换桥包括多个半导体切换装置；
第二切换桥，其与对应于AC-AC变换器的绕组结构的次级绕组串联连接，所述第二切换桥包括多个半导体切换装置；
DC母线，其连接在所述第一切换桥和所述第二切换桥之间；以及
控制器，其可操作以控制所述第一切换桥和所述第二切换桥。
16.根据权利要求15所述的配电变压器，其中该半导体切换装置包括绝缘栅双极晶体管。
17.根据权利要求14所述的配电变压器，其中所述电力电子模块包括电压源变换器，该电压源变换器包括并联连接的DC母线和三个切换电路，该切换电路分别连接到辅助次级绕组，并且包括半导体切换装置。
18.一种配电变压器系统，其具有用于从源接收输入电压和电流的初级侧以及用于向负载提供输出电压和电流的次级侧，该配电变压器系统包括：
铁磁芯；
至少一个绕组结构，每个绕组结构包括用于连接到所述源的初级绕组以及用于连接到所述负载的次级绕组；
电力电子模块，其连接到所述至少一个绕组结构并且可操作以减小所述配电变压器的输出电压中的变动，该电力电子模块包括多个半导体切换装置；以及
外壳，其包围所述芯、所述至少一个绕组结构和所述电力电子模块，所述外壳包括：一个或多个壁，其具有紧固到其内表面的隔声材料；以及多个通风口，用以允许空气流动通过所述外壳。
19.根据权利要求18所述的配电变压器系统，其中所述电力电子模块包括并联连接的DC母线和多个切换电路，所述切换电路连接到所述至少一个绕组结构并且包括半导体切换装置。
20.根据权利要求19所述的配电变压器系统，还包括至少一个风扇，其靠近所述通风口之一安装，以增加空气流动通过所述外壳，所述至少一个风扇由来自DC母线的DC功率供电。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110912421A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 通用电气航空系统有限责任公司 电力覆盖架构
US11757264B2 (en) 2018-09-14 2023-09-12 Ge Aviation Systems Llc Power overlay architecture

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010144805A1 (en) 2009-06-11 2010-12-16 Abb Research Ltd. A versatile distribution transformer
US9099890B2 (en) * 2011-07-19 2015-08-04 General Electric Company Apparatus for decentralized coordinated Volt/Var control (CVVC)
CA2859655A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-27 Abb Technology Ag Apparatus and method for cooling a transformer having a non-linear core
DE102012103490B4 (de) 2012-04-20 2015-11-12 Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh Verteiltransformator zur Spannungsregelung von Ortsnetzen
US10014791B2 (en) 2012-08-24 2018-07-03 Abb Schweiz Ag Distribution transformer
US20140177293A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 GridBridge Distribution transformer interface apparatus and methods
US10700597B1 (en) 2012-12-21 2020-06-30 Gridbridge, Inc. Distribution transformer power flow controller
US10116204B1 (en) * 2012-12-21 2018-10-30 Gridbridge, Inc. Distribution transformer interface apparatus and methods
US20140176088A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 GridBridge Distribution transformer power flow controller
EP2838094B1 (en) * 2013-08-12 2016-05-25 ABB Technology Ltd Method of manufacturing an electromagnetic induction device and an electromagnetic induction device
US9451719B2 (en) * 2013-08-29 2016-09-20 Abb Technology Ag U form-factor intelligent electronic device (IED) hardware platform with matching of IED wiring, from a non U form-factor IED hardware platform using adapter structure
US20150243428A1 (en) * 2014-02-21 2015-08-27 Varentec, Inc. Methods and systems of field upgradeable transformers
EP3748469A1 (en) 2014-06-23 2020-12-09 Gridbridge, Inc. Highly flexible, electrical distribution grid edge energy manager and router
WO2017103296A1 (es) * 2015-12-18 2017-06-22 Inael Electrical Sytems, S.A. Regulador de tensión automático en carga
US20180047499A1 (en) * 2016-08-11 2018-02-15 Cooper Technologies Company Distribution transformer and integrated power conditioning device
DE102016221114A1 (de) * 2016-10-26 2018-04-26 Siemens Aktiengesellschaft Elektrisches Gerät mit dynamischer Wicklungspressung
US11835392B2 (en) * 2018-01-19 2023-12-05 Hitachi Energy Ltd Apparatus, system and method for temperature measurement for dry-type transformer
WO2020108736A1 (en) * 2018-11-27 2020-06-04 Abb Schweiz Ag Statcom arrangement without phase reactors
MX2022000676A (es) 2019-07-17 2022-06-08 Ubicquia Inc Monitor de transformador de distribucion.
CN110517873B (zh) * 2019-09-30 2024-03-26 西南交通大学 一种牵引-补偿变压器
CN114944760A (zh) * 2021-02-17 2022-08-26 百富(澳门离岸商业服务)有限公司 具有承载次级侧整流器组件的pcb的功率转换器变压器模块
CN118264128A (zh) * 2022-12-19 2024-06-28 日立能源有限公司 用于向dc负载供电的系统和方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3668351A (en) * 1969-07-30 1972-06-06 Kearney National Inc Sectionalizing and protective apparatus for single house transformer
JPS60167409A (ja) * 1984-02-10 1985-08-30 Hitachi Ltd 力率改善装置付油入変圧器
CN1142116A (zh) * 1995-08-02 1997-02-05 山本诚 组合式受电变电设备功能变压器
CN2374957Y (zh) * 1999-05-19 2000-04-19 罗文周 自补偿变压器
US20050040924A1 (en) * 2003-08-21 2005-02-24 Laboube Timothy Apparatus and method for cooling electrical transformers
US20050111245A1 (en) * 2003-11-25 2005-05-26 Jih-Sheng Lai Multifunction hybrid intelligent universal transformer

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB584818A (en) * 1944-12-18 1947-01-23 David Reginald Davies Improvements relating to voltage transformers
US3634798A (en) * 1970-03-06 1972-01-11 Westinghouse Electric Corp Distribution transformer
US3636798A (en) * 1970-07-22 1972-01-25 Seaboard Fabricators Inc Wire stripper and cutter
US4772999A (en) * 1986-12-16 1988-09-20 Merlin Gerin Static converter, especially for an uninterruptible electrical power supply system
US4901182A (en) * 1987-11-27 1990-02-13 Westinghouse Electric Corp. Electrical transformer component mounting assembly
US5170336A (en) * 1990-03-05 1992-12-08 Dimensions Unlimited, Inc. DC to AC inverter with improved forced air cooling method and apparatus
AU646957B2 (en) * 1991-07-01 1994-03-10 Superconductivity, Inc. Shunt connected superconducting energy stabilizing system
US5329222A (en) * 1992-11-30 1994-07-12 Westinghouse Electric Corporation Apparatus and method for dynamic voltage restoration of utility distribution networks
US5321379A (en) * 1993-01-11 1994-06-14 General Electric Company Transformer with amorphous alloy core having chip containment means
US5726617A (en) * 1995-07-31 1998-03-10 General Electric Company Electrical transformer with reduced core noise
JP3784541B2 (ja) * 1997-07-31 2006-06-14 三菱電機株式会社 交流グリッドシステムへの無効電力の供給方法およびこの方法に用いるインバータ
AU777509B2 (en) * 1999-01-29 2004-10-21 American Superconductor Corporation Electric utility system with superconducting magnetic energy storage
US6909349B1 (en) * 1999-11-17 2005-06-21 Trexco, Llc Apparatus and method for cooling power transformers
US6147581A (en) * 1999-11-17 2000-11-14 Asea Brown Boveri Inc. Universal transformer tank for pole-mounted distribution transformers
NO313068B1 (no) * 2000-11-14 2002-08-05 Abb As Undersjoisk transformator - distribusjonssystem med et forste og et andre kammer
US6545453B2 (en) * 2001-04-03 2003-04-08 Abb Inc. Systems and methods for providing voltage regulation externally to a power transformer
CA2375584C (en) * 2002-03-07 2009-01-06 Ernst H. Wiebe High voltage electrical handling device enclosure
CA2427333C (en) * 2003-04-30 2008-12-16 Va Tech Transformateurs Ferranti-Packard (Quebec) Inc. Distribution transformer
US20060120001A1 (en) * 2004-12-03 2006-06-08 Weber William J Modular power supply assembly
JP4959937B2 (ja) * 2004-12-27 2012-06-27 株式会社日立産機システム 腐食診断部品を設けてなる配電用変圧器
DE102004063508B4 (de) * 2004-12-27 2008-10-16 Siemens Ag Elektrisches Bauteil mit Kühlkreislauf für den Unterwasserbetrieb
US7397653B2 (en) * 2005-04-07 2008-07-08 Pv Powered, Inc. Inverter design
AU2006314089B2 (en) * 2005-11-16 2009-07-16 Ctr Manufacturing Industries Limited Method and device for prevention and protection of electrical transformer against explosion and fire
WO2010144805A1 (en) 2009-06-11 2010-12-16 Abb Research Ltd. A versatile distribution transformer

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3668351A (en) * 1969-07-30 1972-06-06 Kearney National Inc Sectionalizing and protective apparatus for single house transformer
JPS60167409A (ja) * 1984-02-10 1985-08-30 Hitachi Ltd 力率改善装置付油入変圧器
CN1142116A (zh) * 1995-08-02 1997-02-05 山本诚 组合式受电变电设备功能变压器
CN2374957Y (zh) * 1999-05-19 2000-04-19 罗文周 自补偿变压器
US20050040924A1 (en) * 2003-08-21 2005-02-24 Laboube Timothy Apparatus and method for cooling electrical transformers
US20050111245A1 (en) * 2003-11-25 2005-05-26 Jih-Sheng Lai Multifunction hybrid intelligent universal transformer

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110912421A (zh) * 2018-09-14 2020-03-24 通用电气航空系统有限责任公司 电力覆盖架构
CN110912421B (zh) * 2018-09-14 2023-04-14 通用电气航空系统有限责任公司 电力覆盖架构
US11757264B2 (en) 2018-09-14 2023-09-12 Ge Aviation Systems Llc Power overlay architecture

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