CN103680876A - 一种双频通用的电力变压器 - Google Patents

Abstract

本发明一种双频通用的电力变压器，包括对应设置在同一铁心上的高压线圈、低压线圈和调压线圈；所述的高压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接；所述的调压线圈对应高压线圈的各部分分裂间隔排布且一一对应串联连接。优选的，调压线圈中调压段的线径截面积，随调压段串入高压线圈的先后顺序依次逐渐减小。本发明通过将高压线圈和对应的调压线圈进行分裂后间隔布置，利用串联或并联的调节控制匹配，从而组合出多种运行方式，高压线圈和对应调压线圈分隔的越多，其能够提供的运行方式就越多，从而能够适应极宽的电压调节范围。

Description

一种双频通用的电力变压器

技术领域

本发明涉及电力变压器应用领域，具体涉及一种双频通用的电力变压器。

背景技术

现有技术中，电力变压器的应用均为定向式的应用，在设计建造电厂和电站时就固定了频率、固定了电压。现有常用的频率有50Hz和60Hz两种，而且电网电压也有非常大的差异，为某个电压等级或某个项目设计制造好的一台变压器无法直接适用在其它项目上；同时当某台变压器发生损坏或某地区需要应急供电时，由于一台变压器的制造至少需要一个月的时间，无法满足维护更换和应急供电的需求，这都会产生巨大的经济损失甚至严重的政治影响。因此，现有技术中的电力变压器都无法满足各种不同的电源频率、不同的输入电压等各种情况因素下的电力供应。

发明内容

针对以上所述的技术问题，本发明提供一种双频通用的电力变压器，其通用性强，电压适用范围极宽，能够适用于全球各种电压等级。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种双频通用的电力变压器，包括对应设置在同一铁心上的高压线圈、低压线圈和调压线圈；所述的高压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接；所述的调压线圈对应高压线圈的各部分分裂间隔排布且一一对应串联连接。

优选的，调压线圈中调压段的线径截面积，随调压段串入高压线圈的先后顺序依次逐渐减小。

进一步，低压线圈、高压线圈和调压线圈延铁心径向依次向外排列。

再进一步，调压线圈呈螺旋式排列；不同调压段内导线的轴向尺寸相同，通过径向尺寸改变形成线径截面积的变化。

进一步，调压线圈呈层式排列；不同调压段内导线的径向尺寸相同，通过轴向尺寸改变形成线径截面积的变化。

优选的，调压线圈采用粗细调压方式连接或线性调压方式连接。

优选的，低压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，低压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接。

进一步，高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接，以及低压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接分别通过成套的串并联开关选择连接。

优选的，当高压线圈接入电压频率为60Hz时，高压线圈上施加的电压最大为50Hz时施加电压的1.2倍，双频通用的电力变压器的选择容量最大为50Hz时选择容量的1.2倍。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过将高压线圈和对应的调压线圈进行分裂后间隔布置，利用串联或并联的调节控制匹配，从而组合出多种运行方式，高压线圈和对应调压线圈分隔的越多，其能够提供的运行方式就越多，从而能够适应极宽的电压调节范围。

进一步的，通过将调压线圈中调压段内线径呈变截面设置，使其能够在满足极宽电压范围的情况下，保证在随着高压线圈中串入的调压线圈内调压段数的增加，串入的调压段线径的截面积也相应的逐渐减小；从而使得调压线圈中随着调节电压的逐渐增加，电流逐渐减小的同时，调压段内绕制线线径随之减小，使调压段能够得到充分利用，而且极大的降低了变压器的体积和生产成本的消耗，同时保证了使用的可靠性。由于其宽度适应范围大、体积小，调整灵活性大，因此能够将其用于移动型的应急电力变压器使用。

进一步的，针对本发明中低压线圈、高压线圈和调压线圈的排布特点，优选排布结构，并针对不同类型调压线圈的排布调整调压段设置结构，更好的减小了变压器体积，提高了变压器的适应能力，降低了制造加工的难度。

进一步的，调压开关采用粗细调压方式或线性调压方式，能够保证所有分接的负载损耗都相差不大，实现所有分接电压的经济运行。

进一步的，通过串并联开关的选择连接，使得变压器能够在不同的应用调件下，根据需求和电压调节范围实现不同方式的连接和组合。

进一步的，通过控制60Hz接入电压的电压和容量参数，保证了接入电压在50Hz和60Hz的条件下，能够有相同的磁密，电密和电阻损耗，以及能够在串联或并联条件下由相同的短路阻抗，简化了双频率下转换应用的操作，降低了操作难度，提高了应急能力。

附图说明

图1为本发明实施例中的各线圈排列示意图。

图2为本发明实施例中所述的调压线圈呈螺旋时排列时的变截面图。

图3为本发明实施例中所述的调压线圈呈层式排列时的变截面图。

图4为本发明实施例中高压线圈和调压线圈的连接原理图。

图中：1为铁心，21为上低压线圈，22为下低压线圈，31为上高压线圈，32为下高压线圈，41为上调压线圈，42为下调压线圈，51为上粗调压线圈，52为下粗调压线圈，61为上细调压线圈，62为下细调压线圈，7为串并联开关，8为粗细调开关，K为极性选择开关；①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧、⑨、⑩分别为不同线径截面的调压段；O1、O2、X1、X2为A相的串并联开关触头，P1、P2、Y1、Y2为B相的串并联开关触头，Q1、Q2、Z1、Z2为C相的串并联开关触头。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种双频通用的电力变压器，包括对应设置在同一铁心上的高压线圈、低压线圈和调压线圈；所述的高压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接；所述的调压线圈对应高压线圈的各部分分裂间隔排布且一一对应串联连接。低压线圈可以不分裂，也可以分裂为两个或多个。

其中优选的，调压线圈中调压段的线径截面积，随调压段串入高压线圈的先后顺序依次逐渐减小。低压线圈、高压线圈和调压线圈延铁心径向依次向外排列。当调压线圈呈螺旋式排列，不同调压段内导线的轴向尺寸相同，通过径向尺寸改变形成线径截面积的变化；不同调压段内导线的径向尺寸相同，通过轴向尺寸改变形成线径截面积的变化；调压线圈的排列不受变截面积大小的影响，在考虑其他因素的情况下，能够进行优化排布，但是变截面调压段之间的连接关系依然是随着串入电路的先后顺序，线径截面积逐渐减小，调压线圈采用粗细调压方式连接或线性调压方式连接。

优选的，低压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，低压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接。高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接，以及低压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接分别通过成套的串并联开关选择连接。当高压线圈接入电压频率为60Hz时，在高压线圈上施加的电压最大为50Hz时施加电压的1.2倍，双频通用的电力变压器的选择容量最大为50Hz时选择容量的1.2倍。

优选的，将60Hz时施加电压设置为50Hz时的1.2倍，能够保持磁密不变，60Hz时的容量也为50Hz时的1.2倍，线圈中的电密在50Hz和60Hz时相同，绕组中电密、电阻损耗也相同，短路阻抗（基于满容量）无论是串联还是并联时均相同。减少了组合调整时考虑因素，极大的简化了调节使用时的操作。

具体的，如图1所示，本优选实施例以高压线圈、低压线圈和调压线圈分别分为两部分并间隔排列，沿铁心径向依次向外排列；如此本发明就拥有了四种运行方式，分别为上低压线圈与下低压线圈并联，上高压线圈串联上调节线圈后与下高压线圈串联下调节线圈后并联；上低压线圈与下低压线圈并联，上高压线圈串联上调节线圈后与下高压线圈串联下调节线圈后串联；上低压线圈与下低压线圈串联，上高压线圈串联上调节线圈后与下高压线圈串联下调节线圈后并联；上低压线圈与下低压线圈串联，上高压线圈串联上调节线圈后与下高压线圈串联下调节线圈后串联。

当调压线圈采用螺旋式排列时，如图2所示，不同调压段内导线的轴向尺寸相同，通过径向尺寸改变形成线径截面积的变化，实现调压线圈内线径的变截面设置，以单匝为例，形成连接关系时，最先接入的调压段内的导线⑩线径最大，向外依次到最后接入的导线①的线径最小；调压段的排布按标号为蛇形排布，也可以呈其他排布方式；当调压线圈采用层式排列时，如图3所示，不同调压段内导线的径向尺寸相同，通过轴向尺寸改变形成线径截面积的变化，实现调压线圈内线径的变截面设置，以单匝为例，形成连接关系时，最先接入的调压段内的导线⑩线径最大，向两侧依次到最后接入的导线①的线径最小；调压段的排布按标号为往复排布，也可以呈其他排布方式。从而极大的减小了本发明变压器的体积和成本，提高了工作的稳定性，能够配置GIS、保护设备等组成移动式变电站，由于其极宽的调节范围，从而能达到更快的响应速度和更广的响应范围。

其中，当调压线圈采用粗细调压方式时，高压线圈与粗细调压线圈的连接原理，如图4所示，其中，上高压线圈31对应与上调压线圈串联，下高压线圈32与下调压线圈串联；上高压线圈31依次串联上粗调压线圈51和上细调压线圈61经对应的粗细调开关8连接到零线，下高压线圈32依次串联下粗调压线圈52和下细调压线圈62经对应的粗细调开关8连接到零线；其中高压线圈包括分别连接A、B、C三相电的线圈，并对应的连接粗细调压线圈，在同一相的上高压线圈51和下高压线圈52分别通过对应的串并联开关实现各种组合的调节。如图4所示，粗调线圈中采用正负向的双向选择调节，细调线圈中，采用共11档的选择调节；如图4所示，O1-O2-X1-X2为A相的串并联开关，P1-P2-Y1-Y2为B相的串并联开关，Q1-Q2-Z1-Z2为C相的串并联开关，各串并联开关8的触头均设置为常开状态，当使用时按需求连通。图4中所示的触头连接关系时，即O1-O2连通，X1-X2连通，P1-P2连通，Y1-Y2连通，Q1-Q2连通，Z1-Z2连通，A、B、C三相的上高压线圈31和下高压线圈32分别并联；当O1-X2连通，P1-Y2连通，Q1-Z2连通，其余触头断开时，A、B、C三相的上高压线圈31和下高压线圈32分别串联。

在此基础上，在50Hz和60Hz的双频下，形成高电压的一种电压组合如表一所示，形成中等电压的一种电压组合如表二所示；显示出本发明在本优选实例结构上得到的极宽的电压调节范围，本实施例未列举出的高压线圈、调压线圈和低压线圈均分为若干个间隔设置的部分时，其能够调节的电压范围呈几何级数的增长，能够用于不同电压等级的电网或不同电压发电机组的升压使用。

同时，在使用时将变压器磁密设计的较低，如1.55T，再利用改变磁通的方式调压，这样电压适用范围更可以扩展到原各分接电压×（0.7～1.15倍），其中0.7并不是下限可以更小，从而在此数量级上相当于实现了变压器的无级调压，能够在全球范围内得到良好的应用，在不同国家、不同地区的电力应急、电力设备互换、救灾应急等方面发挥重要作用，在保证设备可靠性的同时使应急的成本降到最低。

表一

表二

Claims (9)

1.一种双频通用的电力变压器，其特征在于，包括对应设置在同一铁心上的高压线圈、低压线圈和调压线圈；所述的高压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接；所述的调压线圈对应高压线圈的各部分分裂间隔排布且一一对应串联连接。

2.根据权利要求1所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，调压线圈中调压段的线径截面积，随调压段串入高压线圈的先后顺序依次逐渐减小。

3.根据权利要求2的任意一项所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，所述的低压线圈、高压线圈和调压线圈延铁心径向依次向外排列。

4.根据权利要求3所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，所述的调压线圈呈螺旋式排列；不同调压段内导线的轴向尺寸相同，通过径向尺寸改变形成线径截面积的变化。

5.根据权利要求3所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，所述的调压线圈呈层式排列；不同调压段内导线的径向尺寸相同，通过轴向尺寸改变形成线径截面积的变化。

6.根据权利要求1-5的任意一项所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，所述的调压线圈采用粗细调压方式连接或线性调压方式连接。

7.根据权利要求1-5的任意一项所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，所述的低压线圈沿铁心轴向至少分为两部分间隔排布的线圈，低压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接。

8.根据权利要求7所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，所述的高压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接，以及低压线圈各部分线圈之间并联连接或串联连接分别通过成套的串并联开关选择连接。

9.根据权利要求1所述的一种双频通用的电力变压器，其特征在于，当高压线圈接入电压频率为60Hz时，高压线圈上施加的电压最大为50Hz时施加电压的1.2倍，双频通用的电力变压器的选择容量最大为50Hz时选择容量的1.2倍。

Images