CN103001453A - 一种变频变压器 - Google Patents

Abstract

一种变频变压器，包括定子、转子和转轴，所述定子包括定子铁芯、定子线槽、放置在定子线槽上层的定子三相功率绕组和放置在定子线槽下层的定子三相控制绕组；所述转子包括转子铁芯、转子线槽、永磁体槽、转子三相功率绕组和永磁体；所述转轴上固定安装有一组三相滑环，在上述三相滑环上对应安装有三相电刷；定子三相功率绕组与三相电网一连接，转子三相功率绕组与三相电网二连接，定子三相控制绕组与可逆变频器连接。将变频变压电机和驱动电机集于一体的共用铁芯的变频变压器，大大地简化了变频变压器的结构，同时也减小了变频变压器的体积，可以节省变频变压器的制造成本，方便现场装配和维护，提高了变频变压器的运行可靠性。

Description

一种变频变压器

技术领域

本发明涉及一种变频变压器，尤其是一种适用于电工技术领域中的变频变压器。

背景技术

对于不同频率的两个电网不能够直接连接，需要通过变频变压器进行频率和电压的转换，再进行并网连接。在风力发电系统、电网间的联络系统等领域中，变频变压器有广泛的应用前景。目前的变频变压器有电力电子变频变压器和机械式变频变压器两种形式。电力电子变频变压器存在体积大、控制复杂、容量有限等不足。目前的机械式变频变压器由变频变压电机(即绕线异步电机)和驱动电机两个同轴相连的电机组成。该系统由于需要一个单独的驱动电机与绕线异步电机同轴相连，系统结构复杂；另外，机组轴系长，轴承座多，使轴振和瓦振幅值较高，对轴系稳定和机组的安全运行不利。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术中的不足之处，提出一种结构简单、操作方便、将变频变压电机和驱动电机集于一体的共用铁芯的变频变压器。

技术方案：本发明的变频变压器，包括定子铁芯、定子线槽、转子和转轴，在所述的定子线槽上层设有定子三相功率绕组，下层设有定子三相控制绕组，所述的定子三相功率绕组与三相电网一相连接，所述的定子三相控制绕组与可逆变频器相连接；所述转子的转子铁芯表面开凿有转子线槽，转子线槽中设有星形连接的转子三相功率绕组；转子铁芯内部开凿有永磁体槽，永磁体槽中放置有永磁体；所述的转轴上固定安装有三相滑环，三相滑环分别与转子三相功率绕组的首端连接，三相滑环上对应安装有三相电刷，三相电刷与三相电网二相连接。

所述的定子三相功率绕组的极对数p_p与转子三相功率绕组的极对数p_p相同；所述定子三相控制绕组的极对数p_c和所述转子中永磁体的极对数p_c相同；所述的极对数p_c>>p_p，并且p_c=2×k×p_p,(k=1、2、3……)。

有益效果：本发明弥补了现有机械式变频变压器的缺陷，与现有技术相比，具有如下优点：

1、变频变压器没有同轴连接的单独驱动电机，变压变频电机和驱动电机共用一套铁芯，变压变频电机和驱动电机的绕组都安放在同一个铁芯中，这样就大大地简化了变频变压器的结构，同时也减小了变频变压器的体积，可以节省变频变压器的制造成本，方便现场装配和维护，提高了变频变压器的运行可靠性；

2、极对数p_c>>p_p，并且p_c=2×k×p_p,(k=1、2、3……)的设计使得新结构变频变压器的功率绕组和控制绕组之间的耦合可以基本消除，使电机的效率更优。

附图说明

图1是本发明的变频变压器纵剖面图；

图2是本发明的变频变压器B-B剖截面图；

图3是本发明的变频变压器的电路结构图。

其中：1-定子铁芯；2-定子线槽；3-定子三相功率绕组；4-定子三相控制绕组；5-转子铁芯；6-转子线槽；7-永磁体槽；8-转子三相功率绕组；9-永磁体；10-三相滑环；11-三相电刷；12-转轴。GRID1-三相电网一；GRID2-三相电网二；RPC-可逆变频器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

如图1、图2和图3所示，变频变压器包括定子、转子和转轴12，所述定子包括定子铁芯1、定子线槽2、放置在上述定子线槽2上层的定子三相功率绕组3和放置在上述定子线槽2下层的定子三相控制绕组4，所述定子三相功率绕组3与三相电网一GRID1相连接，所述定子三相控制绕组4与可逆变频器RPC相连接。所述转子包括转子铁芯5、转子线槽6、永磁体槽7、转子三相功率绕组8和永磁体9；在所述转子铁芯5表面开凿有转子线槽6，在所述转子线槽6中放置星形连接的转子三相功率绕组8；在所述转子铁芯5内部开凿有永磁体槽7，在所述永磁体槽7中放置永磁体9。所述转轴12上固定安装有一组三相滑环10，所述三相滑环10分别与所述转子三相功率绕组8的首端连接，在所述三相滑环10上对应安装有三相电刷11，所述三相电刷11与三相电网二GRID2相连接。所述的定子三相功率绕组3的极对数p_p与转子三相功率绕组8的极对数p_p相同；所述定子三相控制绕组4的极对数p_c和所述转子中永磁体9的极对数p_c相同；所述的极对数p_c>>p_p，并且p_c=2×k×p_p,(k=1、2、3……)。

工作原理及工作过程：本发明的变频变压器包括变频变压子系统(即绕线异步电机子系统)和永磁同步驱动子系统。例如，定子三相功率绕组3的极对数和所述转子三相功率绕组8的极对数相同，都为p_p=1；定子三相控制绕组4的极对数和所述转子中的永磁体9的极对数相同，都为p_c=6。变频变压子系统由定子铁芯1、转子铁芯5、极对数p_p=1的定子三相功率绕组3、极对数p_p=1的转子三相功率绕组8、三相滑环10和三相电刷11组成；永磁同步驱动子系统由定子铁芯1、转子铁芯5、极对数为p_c=6的定子三相控制绕组4和极对数为p_c=6的转子永磁体9组成。本发明的变频变压器的定子三相功率绕组3与三相电网一GRID1连接，转子三相功率绕组8通过三相滑环10和三相电刷11与三相电网二GRID2相连接；可逆变频器RPC与定子三相控制绕组4连接，为永磁同步驱动子系统提供变频电源。

如果三相电网一GRID1的频率为f₁，三相电网二GRID2的频率为f₂，定子三相功率绕组3的匝数为N₁,绕组系数为k_w1，转子三相功率绕组8的匝数为N₂,绕组系数为k_w2，定子三相功率绕组3和转子三相功率绕组8极对数都相同，由电机学知识可知，定子三相功率绕组3和转子三相功率绕组8之间可以实现交流电能的传输，并且定子三相功率绕组3相电压U₁和转子三相功率绕组8相电压U₂满足关系为：

$U_1=\frac{N_1{f}_1{k}_{w1}}{N_2{f}_2{k}_{w2}}\·U_2---\left(1\right)$

由公式(1)可知道，设计不同的定子三相功率绕组3和转子三相功率绕组8匝数就可以得到不同的输出电压等级，从而实现了变电压功能。

当三相电网一GRID1的频率为f₁，三相电网二GRID2的频率为f₂，由电机学知识可知，变频变压器稳定运行时它转子的转速n_r必须满足公式(2)，即：

$n_r=\frac{60(f_1-f_2)}{p_p}---\left(2\right)$

通过可逆变频器控制永磁同步驱动子系统来驱动本发明变频变压器，使其转子速度满足公式2的转速，这样定子三相功率绕组3和转子三相功率绕组8感应出的电势频率就会分别与它们连接的电网频率相同，实现了三相电网一GRID1和三相电网二GRID2之间的变频能量传输。

当定子三相功率绕3组和定子三相控制绕组4的极对数满足：p_c>>p_p，并且p_c=2×k×Pp,(k=1、2、3……)时，定子三相功率绕组3和定子三相控制绕组4之间的直接耦合可以消除，极大地降低了功率绕组和控制绕组间的损耗功率。

Claims (2)

1.一种变频变压器，包括定子铁芯（1）、定子线槽（2）、转子和转轴（12），其特征在于：在所述的定子线槽（2）上层设有定子三相功率绕组（3），下层设有定子三相控制绕组（4），所述的定子三相功率绕组（3）与三相电网一（GRID1）相连接，所述的定子三相控制绕组（4）与可逆变频器（RPC）相连接；所述转子的转子铁芯（5）表面开凿有转子线槽（6），转子线槽（6）中设有星形连接的转子三相功率绕组（8）；转子铁芯（5）内部开凿有永磁体槽（7），永磁体槽（7）中放置有永磁体（9）；所述的转轴（12）上固定安装有三相滑环（10），三相滑环（10）分别与转子三相功率绕组（8）的首端连接，三相滑环（10）上对应安装有三相电刷（11），三相电刷（11）与三相电网二（GRID2）相连接。

2.根据权利要求1所述的变频变压器，其特征在于：所述的定子三相功率绕组（3）的极对数p_p与转子三相功率绕组（8）的极对数p_p相同；所述定子三相控制绕组（4）的极对数p_c和所述转子中永磁体（9）的极对数p_c相同；所述的极对数p_c>>p_p，并且p_c=2×k×p_p,(k=1、2、3……)。

Images