CN104246927B - 一种具有强制连接磁通的三相‑两相固定式变压器 - Google Patents
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Abstract
一种三相‑两相变压器(1),其包括磁路(2)、三相绕组和两相绕组,其中磁路包括被磁性连接在一起第一柱(3)、第二柱(4)和第三柱(5),三相绕组包括第一绕组(6)、第二绕组(7)和第三绕组(8)。该变压器卓越之处在于,所述两相绕组包括围绕第一柱(3)的第四绕组(9)、围绕第一柱(3)的第五绕组(10)、围绕第三柱(5)的第六绕组(11)和围绕第三柱(5)的第七绕组(12)。第四绕组(9)和第七绕组(12)是串联连接的,并且构成第一两相相位,而第五绕组(10)和第六绕组(11)是串联链接的,并且构成第二两相相位。
Description
技术领域
本发明涉及变压器的一般领域。特别地,本发明涉及一种具有强制连接磁通的三相-两相固定式变压器。
背景技术
在某些情况下,它可能有必要以均衡的方式从三相电源向两相电源传送能量。三相-两相固定式变压器是众所周知的,并且,特别地,一种被称为“斯科特连接”,而另一种被称为“勒布朗连接”。
斯科特连接变压器利用了两个单相变压器。第一(变压器)有其n1匝初级(线圈),其连接在三相网络的A端子和B端子之间。第二变压器的初级线圈有n1'匝数,并且它被安装在三相网络的C端子和第一变压器的初级线圈的中点M之间。这两个次级相都有相同数量n2的匝数。该初级电压是正交的,由此同样适用于次级电压。为了确保次级电压有相同的数值并且是正交的,它要满足下式:
n1'=√3n1/2
斯科特接线存在若干缺陷。这两个单相变压器的磁路存在相当大的重量和体积。此外,这两个变压器的绕组需要在三相侧上有所不同,因为它们不具有相同数量的匝数。因为用于三相相位的匝数数量不同,电导体部分需要有所不同以便为每一个相位保障平衡阻抗。这就要求星形连接,因而它不可能对具有Δ(delta)连接或Z形(zigzag)连接的电压比起作用。最后,在一种具有强制连接磁通的三相变压器中,相位的正耦合没有优势能利用,所述耦合可以使得其降低所需磁化电流。
勒布朗连接使用一种具有三柱、四柱或五柱的磁路。在三柱磁路中,该变压器是强制连接磁通的变压器,由此可以使得其限制磁化电流。
勒布朗连接也存在缺陷。在二相侧上的相位的绕组需要有所不同,因为它们不具有相同数量的匝数。在二相侧上的绕组以非对称的方式分布在三柱上,从而产生不同的磁漏电感。因为,在每一相中的匝数数量在二相侧上不同,它有必要使用不同部分的电导体以便平衡每一相的阻抗。
由此,同样地存在一种对改进解决方案的需求,其使能量能够以平衡的方式从一个三相源向一个两相源传送。
发明内容
本发明提供了一种三相-两相变压器,其包括磁路,三相绕组和两相绕组,其中:
该磁路包括被磁性连接在一起的一个第一柱,一个第二柱和一个第三柱;和
该三相绕组包括一个围绕第一柱的n1匝数的第一绕组,一个围绕第二柱的n1匝数的第二绕组和一个围绕第三柱的n1匝数的第三绕组;
该变压器特征在于:
该两相绕组包括一个围绕第一柱的n2匝数的第四绕组,一个围绕第一柱的n'2匝数的第五绕组,一个围绕第三柱的n2匝数的第六绕组和一个围绕第三柱的n'2匝数的第七绕组;
该第四绕组和该第七绕组是串联连接的,并且构成一个第一两相相位,而第四和第七绕组中的每一组存在一个相应的缠绕方向,用以电流在第一两相相位中流动,在相同方向具有磁势;和
该第五绕组与该第六绕组是串联连接的,并且构成一个第二两相相位,而第五和第六绕组中的每一组各自存在一个相应的缠绕方向,用以电流在第二两相相位中流动,在相同方向具有磁势。
在三相侧上,该变压器呈现出一个与三柱勒布朗型变换器相当的结构。由此,与使用两个单相变压器相比较,它可以使得磁通耦合,从而使磁路的重量和体积能够减少,并且能使磁化电流受到限制。此外,因为在两相侧上的相位都存在相同数量的匝数(即n2+n'2),没有必要使用不同部分的导体用以平衡阻抗。
在一个实施例中,n2=(2+√3)n'2。
对于比值n2=(2+√3)n'2,该变压器可以使得它在两相侧上获得具有相同数值的,并且是正交的电压。
在一个实施例中,第二柱为中心柱,其位于第一柱和第三柱之间。在这种情况下,该三相绕组和该两相绕组被对称地安装在侧柱上,从而使磁漏电感能够被平衡。
在另一个实施例中,第一柱为中心柱,其位于第二柱和第三柱之间。
优选地,该磁路呈现出关于一个包含在中心柱中的旋转轴线的对称性,和/或关于一个含有所述中心柱的对称平面的对称性。
由于三相绕组和两相绕组的磁路的对称性,相位电感和阻抗是平衡的。
在一个实施例中,变压器还具有至少一套附加的三相绕组或两相绕组。
则该变压器可以使得它以平衡的方式为除1以外的任意数量的负载提供功率。
附图说明
参考附图,本发明的其他特征和优点从如下描述中呈现出来,其示出实施例没有限制性。在附图中:
·图1示出了在本发明的第一实施例中的变压器;
·图2和图3为电路示意图,其示出了图1变压器中的运算;
·图4为相量示意图,其示出了图1变压器中的电流;
·图5示出了本发明的第二实施例中的变压器;
·图6为电路示意图,其示出了图5变压器中的运算;和
·图7和8为根据本发明的可用于制作相应变压器的三柱磁路的透视图。
具体实施方式
图1为本发明实施例中的变压器的主视图。变压器1为一种具有强制连接磁通的三相-两相固定式变压器。
该变压器1包括磁路2,三相绕组和两相绕组。在如下描述中,三相绕组相当于变压器1的初级线圈,而两相绕组相当于次级变压器1。虽然如此,操作的相反模式是完全可能的。
该磁路2包括被磁性连接在一起的三个柱:一个侧柱3,一个中心柱4和一个侧柱5;所述柱通过横梁13被连接在一起。磁路2是关于一个包含在中心柱4的旋转轴线对称的,和/或关于一个含有中心柱4的对称平面对称的。
该三相绕组包括一个围绕侧柱3的绕组6,一个围绕中心柱4的绕组7和一个围绕侧柱5的绕组8。
该两相绕组包括围绕侧柱3的绕组9和绕组10,以及围绕侧柱5的绕组11和绕组12。
在图1中,可以看出绕组9、10和6是沿侧柱3一个挨着一个的,然而任何其它定位是可能的。相同的注释适用于绕组11、12和8。
图2为图1的变压器1的电路示意图。
三相绕组6、7和8中的每一组具有n1匝数。在所示实施例中,它们是星形连接的。虽然如此,任何其他连接配置是可能的:Δ、Z形...。分别在绕组中6、7和8中流动的电流被记为Ia、Ib和Ic。每个绕组6、7和8的缠绕方向由黑点表示。同向电流Ia、Ib和Ic对应于在柱3、4和5中的同向磁性电位。
对两相侧面,绕组9具有n2匝数并与具有n'2匝数的绕组12串联连接。绕组9和12对应于第一两相相位。第一两相相位的电流和电压被记为I1和V1。绕组9和12的缠绕方向由黑点表示。对给定电流I1,缠绕方向对应于柱3和5的相同方向的磁性电位n2I1和n'2I1。
按相应的方式,绕组11具有n2匝数并与具有n'2匝数的绕组10是串联连接的。绕组10和11对应于第二两相相位。在第二两相相位中的电流和电压被记为I2和V2。绕组10和11的缠绕方向同样用黑点表示。对给定电流I2,缠绕方向对应于在柱5和3中的相同方向的磁势n2I2和n'2I2。这个方向可以与第一两相相位的磁性电位n2I1和n'2I1的方向一样(如图2所示);或它可以是相反的方向,如在图3的电路中,其示出了一种变型实施例。
在它的三相侧上,变压器1呈现出一个与三柱勒布朗型变换器相当的结构。与使用两个单相变压器相比较,它由此可以使得磁通耦合,从而使磁路的重量和体积能够减少,并且使磁化电流能够受到限制。
此外,由于磁路的对称性、三相绕组的对称性和两相绕组的对称性,相位电感和阻抗是平衡的。
由于在两相侧上的相位都存在相同数量的匝数(即n2+n'2),没有必要使用不同部分的导体用以平衡阻抗。
此外,对一个比值n2=(2+√3)n'2,变压器1使相同数值的次级电压V1和V2能够获得正交。
电流之比值由下式给出:
电压之比值由下式给出:
由此,该变压器1作用于初级与次级之间的相位差,但输送了被偏移了±π/2相位的次级电流I1和I2,和被偏移了±π/2相位的次级电压V1和V2。
这可以表示成如下形式:
由此得出:
对V2,应用下式:
由此得出:
由此,的确求出了V2=jV1,即,电压具有相同数值并且它们是正交的。
若次级电流是平衡的(I2=jI),则对三柱类型的强制连接磁通的变压器,在每个核上的安培-匝数代偿示出该初级电流也是平衡的。具体地:
为了简化表示法,以下记为:
这样得出具有三个未知数IA、IB和IC的系统方程:
由于(1)+(2)+(3)等于0,系统受到约束,由此具有无穷多解。然而,基尔霍夫节点规则(对一个Δ连接或一个星形连接)给出:
因此使用上述方程,系统方程变为:
如在图4中所示,这的确是一个具有2π/3相位的偏移的平衡的三相系统,,其中可以看出上述电流比。图4为相量示意图,其示出了图1的变压器1的三相电流和两相电流。
按照已知的方式,变压器可具有多个次级。由此,在未示出的变体中,该变压器1包括不仅由绕组9到12所构成的次级,而且至少一种其它两相次级,和/或至少一种三相次级,它们可以按照与绕组9到12的相同方式来实现。在该变型中,变压器1可以以平衡方式被用于为除1以外的任意数量的负载提供功率。例如,针对十一个负载,它可以在九个负载上使用相应的三相次级,和在两个负载上使用相应的两相次级:11=3*3+2。
图5和6分别与图1和图2相似,并且它们示出了在本发明的第二实施例中的变压器20。与图2的变压器1的元器件相同或相似的元器件,被赋予了相同的参考标号,而不再详细描述。
在变压器20中,绕组6、9和10的位置和绕组7的位置相对于变压器1被对换∶绕组6,9和10围绕着中心柱4,并且绕组7围绕着侧柱3。除了这个差别之外,变换器20与变压器1是基本相同的。
变压器20具有与变压器1相同的上述优点。特别地,该变压器20具有在相位正交状态的电流和电压。上述电流和电压比是守恒的。虽然如此,变压器20在其两相侧上不再具有相同的设备对称性,这意味着可能在两个两相相位的磁漏电感方面存在差异。
在图1和5的变压器1和20中,柱3、4和5是彼此平行地位于一个公共平面内,当制作具有强制连接磁通和三芯的平衡三相变压器时,其相当于共同用于磁路的拓扑结构。虽然如此,在变型实施例中,根据本发明的变压器可以包括具有三个柱的磁路,该三个柱以其他拓扑结构被磁性连接在一起。
因此,图7和8为三柱磁路的各自透视图,该三柱磁路可以根据本发明被用于制造变压器。在图7和8中,使用了与图1和5中的相同的参考标号,用以表示对应的元器件,而没有混淆的风险。
Claims (7)
1.一种三相-两相变压器,其包括:磁路(2)、三相绕组和两相绕组,其中:
该磁路由下面部件组成:被磁性连接在一起的第一柱、第二柱和第三柱(5);和
该三相绕组由下面部件组成:围绕第一柱的n1匝数的第一绕组(6)、围绕第二柱的n1匝数的第二绕组(7)和围绕第三柱(5)的n1匝数的第三绕组(8);
该变压器特征在于:
该两相绕组由下面部件组成:围绕第一柱的n2匝数的第四绕组(9),围绕第一柱的n'2匝数的第五绕组(10),围绕第三柱(5)的n2匝数的第六绕组(11)和围绕第三柱(5)的n'2匝数的第七绕组(12);
该第四绕组(9)与该第七绕组(12)是串联连接的,并且构成第一两相相位,而第四和第七绕组(9、12)中的每一绕组存在相应的缠绕方向,用以电流(I1)在第一两相相位中流动,在相同方向具有磁势(n2I1,n'2I1);和
该第五绕组(10)和该第六绕组(11)是串联连接的,并且构成第二两相相位,而第五和第六绕组(10、11)中的每一绕组存在相应的缠绕方向,用以电流(I2)在第二两相相位中流动,在相同方向具有磁势(n2I2,n'2I2)。
2.根据权利要求1所述的三相-两相变压器,其中
n2=(2+√3)n'2。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的三相-两相变压器,其中所述第二柱为中心柱,该中心柱位于第一柱和第三柱(5)之间。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的三相-两相变压器,其中所述第一柱为中心柱,其位于第二柱和第三柱(5)之间。
5.根据权利要求3所述的三相-两相变压器,其中磁路(2)呈现出关于一个包含在中心柱(4)中的旋转轴线的对称性,和/或关于一个含有所述中心柱(4)的对称平面的对称性。
6.根据权利要求4所述的三相-两相变压器,其中磁路(2)呈现出关于一个包含在中心柱(4)中的旋转轴线的对称性,和/或关于一个含有所述中心柱(4)的对称平面的对称性。
7.根据权利要求1所述的三相-两相变压器,进一步包括至少一组额外的三相或两相绕组。
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CN104246927A (zh) | 2014-12-24 |
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PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
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GR01 | Patent grant | ||
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