CN104184335A - 一种双变压器串联的多功能变压器 - Google Patents

一种双变压器串联的多功能变压器 Download PDF

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李晓明
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Abstract

本发明涉及一种具有变压器功能、并联电抗器功能的，双变压器串联的多功能变压器。总体体积小、成本低。它包括变压器I，变压器II，交流饱和电抗器调节器；变压器I一次交流线圈L1与变压器II一次交流线圈L3正向串联，剩余的两个端子作为多功能变压器一次线圈的两个端子；变压器I二次交流线圈L2与变压器II二次交流线圈L4正向串联，剩余的两个端子作为多功能变压器二次线圈的两个端子；变压器II一次交流线圈L3两端并联交流饱和电抗器调节器。

Description

一种双变压器串联的多功能变压器
技术领域
本发明涉及电力系统送变电技术领域，特别涉及一种双变压器串联的多功能变压器。
背景技术
电力变压器在电力系统中的应用非常广泛。电力变压器可把高电压变换为低电压，也可把低电压变换为高电压。
并联电抗器在电力系统中的应用也很广泛。并联电抗器可限制过电压；电抗器与电容联合可构成电力系统无功调节电路。在一些应用领域，并联电抗器的电抗值是固定不变的；在一些应用领域，电抗器的电抗值应随着电力系统运行方式的变化而不断调节。电抗值可以连续调节的可控饱和电抗器简称为饱和电抗器或磁控电抗器。
至今，电力变压器、并联电抗器这两种设备都是分别研究，分别制造。两种设备分别都有较大的铁芯，都需要匝数较多的线圈。如果一座变电站同时需要电力变压器、并联电抗器这两种设备，则两台设备的总和，体积大、铁芯重、价格高、占地面积大。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种具有变压器功能并兼有并联电抗器功能的双变压器串联的多功能变压器。
为实现上述目的，本发明采用如下方法：
一种双变压器串联的多功能变压器，它为单相的多功能变压器，包括变压器I，变压器II，交流饱和电抗器调节器；变压器I一次交流线圈L1与变压器II一次交流线圈L3正向串联，变压器I一次交流线圈L1与变压器II一次交流线圈L3剩余的两个端子作为多功能变压器一次线圈的两个端子；变压器I二次交流线圈L2与变压器II二次交流线圈L4正向串联，变压器I二次交流线圈L2与变压器II二次交流线圈L4剩余的两个端子作为多功能变压器二次线圈的另外两个端子；变压器II一次交流线圈L3两端并联交流饱和电抗器调节器；通过连续调节交流饱和电抗器调节器两端电压，调节一次交流线圈电抗值的大小；通过调整二次交流线圈和一次交流线圈的匝数比，改变多功能变压器的电压变比。
一种双变压器串联的多功能变压器，它为三相的多功能变压器，包括三相变压器I，三相变压器II，三相交流饱和电抗器调节器；三相变压器I的A、B、C相一次交流线圈与三相变压器II的A、B、C相一次交流线圈正向串联，三相变压器I一次交流线圈与三相变压器II一次交流线圈剩余的端子分别作为三相多功能变压器A、B、C一次线圈的两个端子；三相变压器I的A、B、C相二次交流线圈与三相变压器II的A、B、C相二次交流线圈正向串联，三相变压器I二次交流线圈与三相变压器II二次交流线圈剩余的端子分别作为三相多功能变压器A、B、C二次线圈的另外的端子；三相变压器II的A、B、C一次交流线圈两端分别并联三相交流饱和电抗器调节器；
连续调节三相交流饱和电抗器调节器的A、B、C相两端电压，连续调节A、B、C相一次交流线圈电抗值的大小；通过改变二次交流线圈与一次交流线圈的匝数比，改变三相多功能变压器的电压变比。
所述多功能变压器的额定电压为U1；变压器II一次交流线圈额定电压U2，变压器I一次交流线圈额定电压(U1-U2)，U2小于U1。
所述变压器I二次交流线圈匝数是一次交流线圈匝数的N倍；变压器II二次交流线圈匝数是一次交流线圈匝数的N倍。
所述交流饱和电抗器调节器是一种分压与调节装置，当交流饱和电抗器调节器的控制电路不工作时，交流饱和电抗器调节器两端为额定电压U2；当交流饱和电抗器调节器工作时，交流饱和电抗器调节器调节交流饱和电抗器调节器两端电压小于额定电压U2；当调节交流电压减小时，交流电流自动增大；调节交流电压增大时，交流电流自动减小；调节交流电流增大时，交流电压自动减小；调节交流电流减小时，交流电压自动增大。
所述交流饱和电抗器调节器包括压敏电阻R2，电容C1与电阻R1串联后并联于压敏电阻R2两端；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联，且并联在交流饱和电抗器调节器的两端，晶闸管D1和晶闸管D2的触发端子连接控制电路。
所述交流饱和电抗器调节器采用静止同步补偿器。
本发明的有益效果是：双变压器串联的多功能变压器可实现变压器功能、并联电抗器功能。减小了设备总体体积、减轻了设备总体铁芯重量、减低了设备总体价格、减小了设备总体占地面积。
附图说明
图1表示一种双变压器串联的单相多功能变压器。
图2表示一种交流饱和电抗器调节器。
图3一种双变压器串联的三相多功能变压器。
其中，1.一次线圈端子I，2.一次线圈端子II，3.二次线圈端子I，4.二次线圈端子II，5.交流饱和电抗器调节器，6.变压器I，7.变压器II，8.控制电路，9.三相交流饱和电抗器调节器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
一种双变压器串联的单相多功能变压器的结构与连接方式如图1所示。它包括：变压器I6，变压器II7，交流饱和电抗器调节器5。单相多功能变压器的额定电压为U1，变压器II7一次交流线圈L3额定电压U2，变压器I6一次交流线圈L1额定电压(U1-U2)，U2小于U1。变压器I6二次交流线圈L2线圈匝数是一次交流线圈L1的N倍；变压器II7二次交流线圈L4线圈匝数是一次交流线圈L3的N倍。变压器I6一次交流线圈L1与变压器II7一次交流线圈L3正向串联，变压器I6一次交流线圈L1与变压器II7一次交流线圈L3剩余的两个端子作为单相多功能变压器一次线圈的两个端子。变压器I6二次交流线圈L2与变压器II7二次交流线圈L4正向串联，变压器I6二次交流线圈L2与变压器II7二次交流线圈L4剩余的两个端子作为单相多功能变压器二次线圈的两个端子。变压器II7一次交流线圈L3两端并联交流饱和电抗器调节器5。
交流饱和电抗器调节器5是一种分压与调节装置，当交流饱和电抗器调节器5的控制电路不工作时，交流饱和电抗器调节器5获得交流饱和电抗器调节器的额定电压U2；当交流饱和电抗器调节器5控制电路工作时，调节交流饱和电抗器调节器5两端电压小于额定电压U2。当调节交流电压减小时，交流电流自动增大；调节交流电压增大时，交流电流自动减小；调节交流电流增大时，交流电压自动减小；调节交流电流减小时，交流电压自动增大。
为实现上述目标的交流饱和电抗器调节器5可以有多种方式。一种交流饱和电抗器调节器5如图2所示。交流饱和电抗器调节器5两端并联压敏电阻R2，电容C1与电阻R1串联后并联于压敏电阻R2两端。晶闸管D1与晶闸管D2反向并联，且并联在交流饱和电抗器调节器的两端，晶闸管D1和晶闸管D2的触发端子连接控制电路8；控制电路8控制晶闸管D1和晶闸管D2触发角的大小，可控制晶闸管D1和晶闸管D2导通量的大小，从而实现控制与调节交流饱和电抗器调节器5两端对称交流电压与电流的大小。控制电路8的方法是公共知识，可参阅相关教科书与论文。交流饱和电抗器调节器5采用半控型电力电子器件实现，具有简单、投资少的优点，但产生的对称交流电压与电流波形较差，调控效果不理想。交流饱和电抗器调节器5产生的对称交流电压与电流如果以工频交流电压与电流为主要成分，比较理想。因此，交流饱和电抗器调节器5采用全控型电力电子器件实现(例如：静止同步补偿器)，可以得到更好的调控效果；缺点是：控制技术复杂，投资大。这些是公开知识，不再累赘。
电容C1与电阻R1用于缓冲与阻尼突变脉冲。压敏电阻R2削低高压干扰脉冲，保护电力电子器件。
一种双变压器串联的单相多功能变压器接入额定电压为U1的电力系统，且交流饱和电抗器调节器5全截止时，一次交流线圈L3获得电压U2，一次交流线圈L1获得电压(U1-U2)。此时变压器I6没有饱和，变压器II7没有饱和，一次交流线圈L1与一次交流线圈L3呈现最大电抗。
当交流饱和电抗器调节器5交全导通时，变压器II7一次交流线圈L3两端电压等于零，变压器I6一次交流线圈L1两端电压上升为U1。该电压超过变压器I6一次交流线圈L1饱和电压，变压器I6一次交流线圈L1流过过饱和电流。一种双变压器串联的单相多功能变压器一次交流线圈L1的交流电流达到设计最大值。
连续调节交流饱和电抗器调节器5两端电压减小，变压器II7一次交流线圈L3两端电压从U2连续减小，变压器I6一次交流线圈L1两端电压随之从(U1-U2)连续增大，变压器I6铁芯从没有饱和逐渐加大饱和程度，变压器I6一次交流线圈L1逐渐加大。可见，连续调节交流饱和电抗器调节器5两端电压，可连续调节一种双变压器串联的单相多功能变压器一次交流线圈L1的交流电流的大小，也就实现调节一种双变压器串联的单相多功能变压器一次交流线圈电抗值的大小。
不难看出，如果忽略变压器I6的二次交流线圈与变压器II7的二次交流线圈，一种双变压器串联的单相多功能变压器实际上就是单相交流饱和电抗器。单相交流饱和电抗器的详细描述与分析，参阅CN201410227523.X，不再累赘。
变压器I6二次交流线圈L2的匝数是变压器I6一次交流线圈L1的N倍。变压器II7二次交流线圈L4的匝数是变压器II7一次交流线圈L3的N倍。二次交流线圈L2与二次交流线圈L4正向串连，二次交流线圈L2与二次交流线圈L4剩余的两个端子分别连接二次线圈端子I3与二次线圈端子II4，作为二次交流线圈单相输出电压，输出电压等于NU1。
一种双变压器串联的单相多功能变压器作为并联交流饱和电抗器时，不论一种双变压器串联的单相多功能变压器一次交流线圈L1与一次交流线圈L3电抗值如何变化，第二种单相双变压器串联的多功能变压器一次交流线圈L1与一次交流线圈L3电压之和不变，等于电力系统额定电压U1。变压器I6与变压器II7二次交流线圈与一次交流线圈之间的匝数比都一样，都是N，则一种双变压器串联的单相多功能变压器二次线圈端子I3与二次线圈端子II4向负荷提供的额定电压为NU1。改变二次交流线圈与一次交流线圈之间的匝数比N，则可改变一种双变压器串联的单相多功能变压器二次线圈端子I3与二次线圈端子II4之间的额定电压。由于一次交流线圈L1与二次交流线圈L2是变压器I6的一、二次线圈，一次交流线圈L1与二次交流线圈L2之间的漏抗比较小。由于一次交流线圈L3与二次交流线圈L4是变压器II7的一、二次线圈，一次交流线圈L3与二次交流线圈L4之间的漏抗比较小。一种双变压器串联的单相多功能变压器二次线圈的负荷变化时，一种双变压器串联的单相多功能变压器二次线圈端子I3与二次线圈端子II4之间的电压变化较小，即负荷大小变化时，负荷两端电压变化较小。
一种双变压器串联的单相多功能变压器具有变压器功能。
从以上描述不难看出，一种双变压器串联的单相多功能变压器是在单相并联交流饱和电抗器的基础上，增加二次交流线圈L2与二次交流线圈L4，两个二次交流线圈正向串联；两个二次交流线圈剩余的两个端子作为一种双变压器串联的单相多功能变压器二次线圈单相电压输出端子。实现双变压器串联的单相多功能变压器的变压器功能。单相并联交流饱和电抗器的种类有许多，如：CN201410227523.X所示。每一种单相并联交流饱和电抗器都可对应一种双变压器串联的单相多功能变压器；双变压器串联的单相多功能变压器的种类也有许多。
实施例2：
一种双变压器串联的单相多功能变压器的工作原理可以推广到一种双变压器串联的三相多功能变压器。一种双变压器串联的三相多功能变压器是在三相并联交流饱和电抗器的基础上，A、B、C三相分别各增加两个二次交流线圈实现三相变压器功能。一种双变压器串联的三相多功能变压器如图3所示。包括三相变压器I，三相变压器II，三相交流饱和电抗器调节器9。三相变压器I包括A、B、C相一次交流线圈L1A、L1B、L1C，A、B、C相二次交流线圈L2A、L2B、L2C；三相变压器II包括A、B、C相一次交流线圈L3A、L3B、L3C，A、B、C相二次交流线圈L4A、L4B、L4C。
三相变压器I的A、B、C相一次交流线圈与三相变压器II的A、B、C相一次交流线圈正向串联，三相变压器I一次交流线圈与三相变压器II一次交流线圈剩余的端子分别作为三相多功能变压器A、B、C一次线圈的两个端子；三相变压器I的A、B、C相二次交流线圈与三相变压器II的A、B、C相二次交流线圈正向串联，三相变压器I二次交流线圈与三相变压器II二次交流线圈剩余的端子分别作为三相多功能变压器A、B、C二次线圈的端子；三相变压器II的A、B、C一次交流线圈两端分别并联三相交流饱和电抗器调节器9；三相交流饱和电抗器调节器9可以由三套单相交流饱和电抗器调节器5组合构成，也可以是融合为一体的三相交流饱和电抗器调节器9。
通过连续调节三相交流饱和电抗器调节器9的A、B、C相两端电压，连续调节A、B、C相一次交流线圈电抗值的大小；改变二次交流线圈与一次交流线圈的匝数比，改变三相多功能变压器的电压变比。具体电路与分析，不再累赘。
三相多功能变压器A、B、C一次线圈的其中一个端子可以连接在一起，作为三相变压器星形连接的中性点2N。中性点2N可以接地、也可以不接地。三相多功能变压器A、B、C二次线圈可以三角形连接，以改善三相变压器电压、电流波形。
三相多功能变压器与单相多功能变压器相同的部分，不再累赘。
本发明的一种双变压器串联的多功能变压器可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。

Claims (7)

1.一种双变压器串联的多功能变压器，其特征是，它为单相的多功能变压器，包括变压器I，变压器II，交流饱和电抗器调节器；变压器I一次交流线圈L1与变压器II一次交流线圈L3正向串联，变压器I一次交流线圈L1与变压器II一次交流线圈L3剩余的两个端子作为多功能变压器一次线圈的两个端子；变压器I二次交流线圈L2与变压器II二次交流线圈L4正向串联，变压器I二次交流线圈L2与变压器II二次交流线圈L4剩余的两个端子作为多功能变压器二次线圈的另外两个端子；变压器II一次交流线圈L3两端并联交流饱和电抗器调节器；通过连续调节交流饱和电抗器调节器两端电压，调节一次交流线圈电抗值的大小；通过调整二次交流线圈和一次交流线圈的匝数比，改变多功能变压器的电压变比。
2.一种双变压器串联的多功能变压器，其特征是，它为三相的多功能变压器，包括三相变压器I，三相变压器II，三相交流饱和电抗器调节器；三相变压器I的A、B、C相一次交流线圈与三相变压器II的A、B、C相一次交流线圈正向串联，三相变压器I一次交流线圈与三相变压器II一次交流线圈剩余的端子分别作为三相多功能变压器A、B、C一次线圈的两个端子；三相变压器I的A、B、C相二次交流线圈与三相变压器II的A、B、C相二次交流线圈正向串联，三相变压器I二次交流线圈与三相变压器II二次交流线圈剩余的端子分别作为三相多功能变压器A、B、C二次线圈的另外的端子；三相变压器II的A、B、C一次交流线圈两端分别并联三相交流饱和电抗器调节器；
连续调节三相交流饱和电抗器调节器的A、B、C相两端电压，连续调节A、B、C相一次交流线圈电抗值的大小；通过改变二次交流线圈与一次交流线圈的匝数比，改变三相多功能变压器的电压变比。
3.如权利要求1或2所述的双变压器串联的多功能变压器，其特征是，所述多功能变压器的额定电压为U1；变压器II一次交流线圈额定电压U2，变压器I一次交流线圈额定电压(U1-U2)，U2小于U1。
4.如权利要求1或2所述的双变压器串联的多功能变压器，其特征是，所述变压器I二次交流线圈匝数是一次交流线圈匝数的N倍；变压器II二次交流线圈匝数是一次交流线圈匝数的N倍。
5.如权利要求1或2所述的双变压器串联的多功能变压器，其特征是，所述交流饱和电抗器调节器是一种分压与调节装置，当交流饱和电抗器调节器的控制电路不工作时，交流饱和电抗器调节器两端为额定电压U2；当交流饱和电抗器调节器工作时，交流饱和电抗器调节器调节交流饱和电抗器调节器两端电压小于额定电压U2；当调节交流电压减小时，交流电流自动增大；调节交流电压增大时，交流电流自动减小；调节交流电流增大时，交流电压自动减小；调节交流电流减小时，交流电压自动增大。
6.如权利要求5所述的双变压器串联的多功能变压器，其特征是，所述交流饱和电抗器调节器包括压敏电阻R2，电容C1与电阻R1串联后并联于压敏电阻R2两端；晶闸管D1与晶闸管D2反向并联，且并联在交流饱和电抗器调节器的两端，晶闸管D1和晶闸管D2的触发端子连接控制电路。
7.如权利要求5所述的双变压器串联的多功能变压器，其特征是，所述交流饱和电抗器调节器采用静止同步补偿器。
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CN104795839A (zh) * 2015-04-24 2015-07-22 国家电网公司 用磁控电抗器提高风力发电系统低电压穿越的系统及方法
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