CN104247251A - 调节变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调节变压器，所述调节变压器构造成移相变压器，其中，对于每相，在具有多个分绕组(W1、W2、W3)的调节绕组(2、W1、W2、W3)上设置半导体开关元件。根据本发明在每相(U、V、W)中设有具有附加的电子的开关元件(S1、S2)附加的连接导线(L1、L2)，每个所述连接导线将相应相的一个模块(M3)与相邻相的主绕组(2)连接。

Description

调节变压器
技术领域
本发明涉及一种调节变压器，具体而言涉及一种移相变压器。
背景技术
移相变压器，也称为正交调节变压器是一种特殊的功率变压器，所述功率变压器在交流电网的领域中用于有目的地控制电的负载流。变压器的常见应用是将交流电压转换到不同的电压水平，与此不同，移相变压器，如其名称所表现的那样，用作移相器，以便通过电导线有目的地影响能流(Lastfluss)。例如当在两个配电设备或变电站之间在不同的路径上分布多条导线，则可以通过移相变压器影响所传输的功率的分配。在常见的应用场合中，现有的导线具有不同的传输能力。
这种移相变压器的结构和调节可能性在所著专业图书：On-Load Tap-Changers for Power Transformers,2000,第196页起中有详细的说明。所示的具有高通过功率的移相变压器是两部分的并且包括一个串联变压器和一个用于进行实际的调节的激励变压器(“并联变压器(Shunt-Transformer)”)，通过所述激励变压器利用分级开关可以调整到确定的相移。对于常用的三相交流电，对于每个外导体都存在串联变压器以及激励变压器，即调节变压器。通过所述调节变压器，对于每个相都通过分级开关分接出一个电压，所述电压相对于外导体电压向地线偏移90°，并且通过所述的串联变压器利用矢量加法实现相位移动的电压。
相对于标准变压器的同相调节，这种对于移相变压器常见的负荷控制也称为正交调节。通过移相变压器的能流这里同样可以沿两个方向发生。相位角的调整范围根据设计方案可以是不同的。通常所述相位角在±10°的范围内，并且在特殊的实施形式中可以达到30°。这里可以实现不同的开关方案，其中在上面所述的专业书籍的第197页示出了一个开关方案作为例子。除了90°的正交调节也可以已知其他方法，这些方法称为60°或30°相位角调节。
60°相位角调节的方法基于以下事实，即必需的激励电压通过变压器铁芯的相邻铁芯臂的绕组部分产生并且该激励电压与主绕组的电压矢量地叠加。这里相移的程度同样可以通过分级开关调整。这种绕组的互连(Verschaltung)通常在变压器容器的内部进行，因为通常没有设置变压器工作模式的切换。仅设置了连接转换装置，利用该连接转换装置可以将绕组的互连关系改变到无电压状态。
这种已知的具有其内部的变压器绕组的互连的调节变压器因此由于结构限定地仅允许固定在变压器的一个具体的运行方式，例如用作移相器或在最简单的情况下用作用于供电网的电压调节的同相调节器。在这种已知的调节变压器中不能设置变换的运行方式，并且在变压器正在进行的工作中只能以非常高的耗费实现，因为不能这样控制开关元件，使得所述开关元件能够在切换路段的最低负荷下进行变压器的运行模式切换。
发明内容
因此，本发明的目的是，给出一种调节变压器，其中以简单的方式利用少数几个开关元件就能设置在相同的变压同相调节运行、即电压调节和移相运行，即输入和输出电压的相位旋转之间的运行切换。
所述目的通过一种具有半导体开关元件的调节变压器来实现，它具有两个并列独立权利要求的特征。权利要求1这里涉及一种调节变压器，它具有主和调节绕组，权利要求2涉及一种具有能附加地同向接通和反向接通的粗调级(Grobstufe)。
对于两个实施形式，共同的发明构思在于，就有半导体开关元件的调节变压器通过另外的电连接导线和与电连接导线连接的另外的半导体元件这样改进，使得所述调节变压器能够以简单的方式既设定为用于作为同相调节器的功能，也设置成用于作为移相器、即相位角调节器的功能。
具有半导体开关元件的模块式的调节变压器在原理上已经由Demirci、Torrey、Degenef、Schaeffer、Frazer所著的以下出版物已知，：“A new approach to solid-state on load tap changing transformers”，IEEE Transactions on Power Delivery,Vol.12,Nr.3，1998年7月。这种调节变压器能够用于同相调节并还将在下面详细说明。
附图说明
下面根据附图举例详细说明本发明。
其中：
图1示出已知的用作同相调节器的调节变压器，
图2示出根据本发明的第一调节变压器，其构造成27级的60°调节器，
图3示出根据本发明的第二调节变压器，其构造成具有线性粗调级的60°调节器，
图4示出在图2中示出的视图，其中扩展了几个附图标记，
图5示出根据本发明的按图2和4的示例性调节变压器的矢量图。
具体实施方式
图1示出三相的用于调节的已知变压器，如已经建议的那样，所述变压器包括低压绕组1和高压绕组2，这里具有三个单独的分绕组W1……W3，在所述分绕组上连接模块式的分级开关，所述分级开关这里包括三个单独的模块M1、M2、M3。
所有三相构造成相同的。第一模块M1包括第一分绕组W1以及在第一分绕组两侧包括两个旁路线路，这两个旁路线路包括由两个半导体开关元件组成的串联电路。分别在两个串联的开关元件之间设有一个中心抽头。各个半导体开关元件这里以及也在后面的附图中仅示意性地作为简单的开关示出。所述开关元件在实践中包括并联的晶闸管对、IGBT’s或其他半导体开关元件。所述开关元件可以分别包括一个由多个所述单个的半导体开关元件组成的串联或并联电路。一个中心抽头与星形接点3电连接。另一个中心抽头与第二模块M2的一个中心抽头连接。所述第二模块M2构造成相同的；它同样包括分绕组W2以及分别由两个半导体开关元件组成的两个串联电路。同样在相应的串联电路之间也设有中心抽头。前面已经解释了所述中心抽头与第一模块M1的连接；第二中心抽头本身与第三模块M3的中心抽头连接。所述第三模块M3也构造成相同的。它也包括分绕组W3以及分别由半导体开关元件组成的两个串联电路，以及位于这两个串联电路之间的中心抽头。这里最后一个即第三模块M3的目前为止还未提及的中心抽头与高压绕组2的末端电连接。
这里所述的三个模块M1……M3的区别仅在于相应分绕组W1……W3的尺寸。第二模块M2中的分绕组W2例如具有为第一模块M1中的分绕组W1的三倍的匝数。第三模块M3中的分绕组W3例如具有为第一模块M1中的分绕组W1的六倍或者九倍的匝数。这里所示的调节变压器作为传统的用于调节电压的电压调节器工作，它具有总共21个电压级。通过不同地接通、反接或跨接各个绕组部分W1……W3来得到各个分电压。
图2示出作为具有27个可实现的电压级的60°调节器的根据本发明的第一调节变压器。这里附加地分别设有连接导线L1和L2。在每个连接导线L1中设有电子的开关元件S1。每个连接导线L1这里将每个相的模块M3的中心抽头分别与相邻的相的主绕组2的末端连接。另一个连接导线L2中分别设有另一个电子的开关元件S2，该连接导线分别将模块M3的中心抽头与自己的相的主绕组2的末端连接。就是说，所有三相的主绕组2的末端通过连接导线L1相互电连接成类似于“环形线路”；每个相的位于该“环形线路”中的开关元件S1和S2根据其开关位置建立电连接，可选地建立与相应相的相应模块M3的各自的中心抽头的电连接。待叠加的电压矢量的相位由变压器的相邻铁芯臂，即相邻的相位规定。由此得到60°的相位角。
图3示出作为具有线性粗调级的60°调节器的根据本发明的第二调节变压器。粗调级这里分别通过每个相的分绕组W3构成，所述分绕组能通过相应的模块M3与主绕组2同向接通或反向接通。换而言之，所述模块M3这里操作所述粗调级并且没有参与实际的电压调节，在该实施例中，电压调节由模块M2和M1实现。这里也分别设有电连接导线L1和L2。在每个连接导线L1中与第一实施例完全类似地设有电子的开关元件S1。每个连接导线L1这里将每个相的模块M2的中心抽头与相应另外的相的模块M2的中心抽头连接，而不是如上面所述，与主绕组的末端连接。另一个连接导线L2中这里同样分别设有另一个电子的开关元件S2，该连接导线分别将模块M2的中心抽头与相同相的相应的模块M3的中心抽头连接。就是说，所有三相的模块M3的中心抽头这里通过连接导线L1也相互电连接成类似于“环形线路”，每个相的位于该“环形线路”中的开关元件S1和S2根据其开关位置建立电连接。
在图4中在原理上示出在图2中已经说明的实施形式，在图4中，补充了以下附图标记：存在于各个相上的总电压Ua、Ub和Uc、在主绕组2上下降的电压U2、此外还有分别在调节部件上下降的电压UU2、UV2、UW2，所述调节部件在每个相中由相应的模块M1……M3组成。
图5示出相应的矢量图，该矢量图示出相位移动。这里示出电压UV2，该电压作为调节电压由各分绕组W1、W2和W3上的分电压得到，此外还示出在图4中标注的电压U2。结果是，得到相移的电压Ua＝U2+UV2。这里便是相位旋转角，即U2的相位移动的角度。
总体上，所示具有所述布置形式的调节变压器允许快速地改变变压器中的匝数比例并由此允许快速地改变变压器的电压比。这里一个前提条件是检测电流和电压的相位，以便能够在正确的时刻控制启动半导体开关。通过根据本发明在每一个相中所扩展的所述导线L1和L2以及嵌入所述导线中的开关S1和S2，所述开关起类似于换向开关的作用，以及通过利用已经存在于半导体分级开关的控制装置中的关于相邻相的电流的信息，可以在调节变压器的进行中的运行中对主绕组和调节绕组的绕组连接关系进行切换，从而能够在相同的变压器的同相调节运行(电压调节)以及移相运行(输入电压和输出电压的相位旋转)之间切换。
各个半导体开关元件这里只是示意性地作为简单的开关示出。所述半导体开关元件在实际中可以包括并联的晶闸管对、IGBT或其他半导体开关元件。所述半导体开关元件也可以分别包括具有多个这种单个半导体开关元件的串联或并联电路。

Claims (3)

1.一种具有半导体开关元件的用于进行电压调节的调节变压器，对于每个相具有主绕组(2)和调节绕组，所述调节绕组具有多个分绕组(W1、W2、W3)，其中每个相设有多个模块M1、M2、M3，每个模块M1、M2、M3分别包括调节绕组的一个分绕组(W1、W2、W3)以及在分绕组的两侧具有两个旁路线路，每个旁路线路分别包括一个具有两个半导体开关元件的串联电路，在每个桥接电路的两个串联的半导体开关元件之间分别设有一个中心抽头，各分绕组(W1、W2、W3)具有不同的匝数，每个模块M1、M2、M3的两个中心抽头之一分别与相邻模块的一个中心抽头连接，并且第一个模块M1的剩余的中心抽头与负载引线(4)电连接，而最后一个模块M3的剩余的中心抽头与调节变压器的主绕组(2)的末端电连接，其特征在于，在每个相中设有一个附加的连接导线(L1)，在每个连接导线(L1)中嵌入一个电子的开关元件(S1)，每个连接导线(L1)将相应的相的模块M3的中心抽头与相应相邻的相的主绕组(2)的末端电连接，在每个相中设有另一个连接导线(L2)，在所述另一个连接导线中嵌入另一个电子的开关元件(S2)，并且每个所述另一个连接导线(L2)分别将模块M3的中心抽头与本相的主绕组(2)的末端连接。
2.一种具有半导体开关元件的用于进行电压调节的调节变压器，对于每个相具有粗调级绕组(W3)的主绕组(2)和调节绕组，所述调节绕组具有多个分绕组(W1、W2)，其中每个相设有多个模块M1、M2、M3，其中一个模块M3包括所述粗调级绕组(W3)和在粗调级绕组两侧包括两个旁路线路，其他模块M1、M2分别包括调节绕组的一个分绕组(W1、W2)以及在分绕组的两侧包括两个旁路线路，每个旁路线路分别包括一个具有两个半导体开关元件的串联电路，在每个桥接电路的两个串联的半导体开关元件之间分别设有一个中心抽头，各分绕组(W1、W2)具有不同的匝数，每个模块M1、M2、M3的两个中心抽头之一分别与相邻模块的一个中心抽头连接，并且第一个模块M1的剩余的中心抽头与负载引线(4)电连接，而最后一个模块M3的剩余的中心抽头与调节变压器的主绕组(2)的末端电连接，其特征在于，在每个相中设有一个附加的连接导线(L1)，在每个连接导线(L1)中嵌入一个电子的开关元件(S1)，每个连接导线(L1)将每个相的模块M2的中心抽头与相应另外的各相的模块M3的中心抽头连接，在每个相中设有另一个连接导线(L2)，在所述另一个连接导线中嵌入另一个电子的开关元件(S2)，并且所述另一个连接导线(L2)分别将模块M2的中心抽头与本相的相应的模块M3的中心抽头连接。
3.根据权利要求1或2所述的调节变压器，其特征在于，电子的开关元件(S1、S2)分别包括反并联的晶闸管对、IGBT或其他半导体开关元件或者分别包括由多个所述单个的半导体开关元件组成的串联或并联电路。
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