CN1074201C - 一种串联式降压/升压电压调节系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种串联式降压/升压电压调节装置和系统，该装置还具有一个与交流电源相连接的输入端子，而且包括有：分别具有第一、第二和第三横截面积的第一、第二和第三铁磁互感器芯体；这些横截面积分别具有相应的X面积基元、Y面积基元和Z面积基元。该装置还具有分别设置在第一、第二和第三芯体上的、与各自的芯体电磁偶合的第一、第二和第三调压绕组。

Description

一种串联式降压/升压电压调节系统和装置

本发明属于用于要施加至负载的电力电压的调节领域，它涉及用于单相和三相电力的串联式降压/升压电压调节系统，更具体地，涉及一种用于调节交流电流电压的串联式调节的装置、一种串联式电压调节互感器、一种用于交流的互感器和一种用于三相交流的三相互感器。

截止到目前，原有的电压调节系统和装置均是将全部电力施加至负载，因此必须用调节设备控制全部电压的调节。换句话说就是，这种原有的电压调节系统和装置，均需要对将要施加至负载的电力的“全部量”实施调节。

因此，原有的电压调节设备通常均要设计的相当大，以便具有足够的电气容量，来处理全部量的千伏安(KVA)，并适当的将其施加至电压需要被调节的某个标定千伏安负载上。由于需要对全部电力进行调节控制，所以这种原有的电压调节装置相当的大，而且相当昂贵，并且会产生与电力量和所要调节的电压百分比成正比的相当大的电力损失。

而且，许多原有的电压调节系统和装置还具有许多机械移动式部件，这类部件包括用于使电磁元件的机械移动定位部件，而这些电磁元件是用于改变初级绕组和次级绕组之间的有效偶合的；以及用于改变初级一次级匝数比率的可移动式电接触部件等等。这类原有的电压调节设备由于包括有需要机械驱动的可移动部件，所以使得它们更加复杂，成本较高，还增大了其尺寸和重量，而且还增加了对相当重的可移动部分进行附加的维修和润滑的操作。

本发明的目的在于提供一种串联式降压/升压电压调节系统及装置，其中仅处理降压电力的一部分，该部分电力的电压由改调节系统及装置控制。

本发明的再一个目的在于提供一种串联式降压/升压电压调节系统及装置，它们与输出电力的数量及被调节的电压的范围成比例地比传统的系统及装置更小、更经济并具有更小的电力损失。

本发明给出了一种串联式降压/升压电压调节系统和装置，其优点包括它仅需要对全部电力中的一部分进行调节控制处理，便可以用调节系统和装置对全部电力的电压进行控制。如举例来说，根据本发明构造的系统和装置，可以仅仅对额定千伏安输出功率的大约15％进行降压或升压，便可以提供出为额定输出电压的正负15％的范围内的电压调节，而输出电力的绝大部分将通过直接连接在电源和负载之间的、具有相当高的阻抗的主要绕组通道流过该系统和装置。这一高阻抗连接通道包括有匝数相对较少的主要电气绕组。在交流电源电压与预期的输出电压相等而不需要进行电压调节的时间里，不进行任何降压和升压操作，使全部电力在未使用该系统和装置进行任何电力处理的状态下，流过该系统和装置，从而可以消除往往会伴随处理而发生的磁滞，涡流电流和阻抗损失。而且，这种系统和装置相对比较小，更加经济，与输出的电力量和被调节的电压范围成正比的电损耗也比较小。

根据本发明构造的一个实施例，是一种串联式降压/升压电压调节装置，该装置用于将调节后的交流电源的电压由输出端子输出至电气负载，而且该装置还具有一个与交流供电电源相连接的输入端子，所述的装置还包括有：至少为分别具有第一、第二和第三横截面积的第一、第二和第三铁磁互感器芯体；这些横截面积分别具有相应的X面积基元、Y面积基元和Z面积基元。该装置还具有分别设置在第一、第二和第三芯体上的、与各自的芯体电磁偶合的第一、第二和第三调压绕组。第一、第二和第三调压绕组分别具有第一、第二和第三数目的匝数，其匝数分别具有相对应的值N1、N2和N3，其中N1、N2和N3是预先确定的数值。该装置的开关组件用于有选择的将第一、第二和/或第三绕组与交流电源相连接，并且用于有选择的将处于“未被激励”的状态下的、即不与交流电源相连接的第一、第二和/或第三调压绕组电路，设置在短路状态。它还具有设置在第一、第二和第三芯体上的、与所有这些芯体电磁偶合的主要绕组。主要绕组具有用于与交流电源相连接的输入端子，并且具有用于将调节后的交流电源电压由输出端子施加至电气负载的输出端子。

根据本发明构造的装置的一个优点是，在降压或升压状态下，通过使该开关组件有选择性的将第一、第二和/或第三调压绕组与主要绕组相连接的方式，便可以降低或升高传递至该主要绕组的输出端子处的电压。

根据本发明构造的装置的另一个优点是，它具有第一、第二和第三电阻组件，后者通常并不与任何处于激励状态的第一、第二和/或第三调压绕组的电路的相连接。当第一、第二和第三调压绕组分别被有选择的由短路连接状态切换至与交流电源相连接的状态时，这些电阻组件可以分别临时的提供通过第一、第二和第三调压绕组的过渡电流流通通道，而且当第一、第二和第三调压绕组分别被有选择的由与交流电源相连接的状态切换至短路连接状态时，这些电阻组件亦可以分别临时的提供这种过渡电流流通通道。

根据本发明构造的装置的再一个优点是，它设置有控制组件，后者可以在每一个开关组件处产生了通过过零点的电压时，实施快速响应，从而可以在切换操作的过程中，立刻有选择性的触发相应的开关组件，从而可以减小在切换操作的过程中在开关组件中的电应力，进而可以减小电磁干扰。

在本发明的一种具体的实施例中，它具有主要绕组，后者具有一个用于与交流电源相连接的输入端子，并且具有一个用于与电气负载相连接的输出端子，以将主要绕组串联连接在交流电源和电气负载之间。该装置包括有至少为分别具有第一、第二和第三横截面积的第一、第二和第三铁磁互感器芯体，而这些横截面积分别具有相应的X面积基元、Y面积基元和Z面积基元。该主要绕组与所有这些芯体相偶合。装置还可以包括有分别与各自的芯体电磁偶合的第一、第二和第三调压绕组，而这些调压绕组分别具有第一、第二和第三数目的匝数，其匝数分别具有相对应的值N1、N2和N3，其中N1、N2和N3是预先确定的数值。开关组件用于有选择的将第一、第二和/或第三绕组与交流电源相连接，并且用于有选择的使不与交流电源相连接的第一、第二和/或第三调压绕组电路，处于短路状态。

简要的说就是，第一、第二和第三调压绕组的匝数的相对数值，与相应的与这些调压绕组电磁偶合的第一、第二和第三铁磁芯体的横截面积的相对比率成反比。

根据本发明构造的一个实施例，是一种电压调节互感器装置，包括有：至少为第一、第二和第三的铁磁互感器芯体；各个铁磁互感器芯体具有基本上相同的高度和宽度；第一、第二和第三铁磁互感器芯体具有依次增大的厚度；第一、第二和第三互感器芯体分别具有第一、第二和第三绕组窗口；窗口具有基本上相同的高度和宽度；第一、第二和第三互感器芯体呈彼此空间分离的方式设置，而且与彼此空间分离设置的所述的窗口平行设置；一个主要绕组，它具有许多匝，穿过第一、第二和第三窗口，并且通过所有芯体的位置；第一、第二和第三调压绕组；第一调压绕组具有第一数目的匝数，穿过第一窗口，并且通过第一芯体的位置；第二调压绕组具有第二数目的匝数，穿过第二窗口，并且通过所述的第二芯体的位置；第三调压绕组具有第三数目的匝数，穿过第三窗口，并且通过第三芯体的位置。

根据本发明构造的一个实施例，是一种电压调节互感器装置，包括：至少为第一、第二和第三铁磁互感器芯体；各个铁磁互感器芯体具有基本上相同的高度和宽度；第一、第二和第三铁磁互感器芯体具有依次增大的厚度；第一、第二和第三互感器芯体分别具有一对第一、一对第二和一对第三绕组窗口；各个窗口具有基本上相同的高度和宽度；第一、第二和第三互感器芯体呈彼此空间分离的方式设置，而且与彼此空间分离设置的一对第一、一对第二和一对第三窗口平行设置；一个“A”相主要绕组，它具有许多匝；“A”相主要绕组至少穿过第一、第二和第三窗口中的一个，并且通过第一、第二和第三芯体的位置，与第一、第二和第三芯体电磁偶合；一个“B”相主要绕组，它具有的匝数与“A”相主要绕组的匝数相等；“B”相主要绕组至少穿过第一、第二和第三窗口中的一个，并且通过第一、第二和第三芯体的位置，与第一、第二和第三芯体电磁偶合；一个“C”相主要绕组，它具有的匝数与“A”相主要绕组的匝数相等，而且还与“B”相主要绕组的匝数相等；“C”相主要绕组至少穿过第一、第二和第三窗口中的一个，并且通过第一、第二和第三芯体的位置，与第一、第二和第三芯体电磁偶合；第一、第二和第三“A”相调压绕组分别具有第一、第二和第三匝数；“A”相调压绕组的第一、第二和第三的匝数的值分别为N1、N2和N3；第一、第二和第三“B”相调压绕组分别具有第一、第二和第三匝数；“B”相调压绕组的第一、第二和第三的匝数的值分别为N1、N2和N3；第一、第二和第三“C”相调压绕组分别具有第一、第二和第三匝数；“C”相调压绕组的第一、第二和第三的匝数的值分别为N1、N2和N3；第一、第二和第三“A”相调压绕组分别穿过第一、第二和第三窗口，并且通过第一、第二和第三芯体的位置，分别仅与第一、第二和第三芯体电磁偶合；第一、第二和第三“B”相调压绕组分别穿过第一、第二和第三窗口，并且通过第一、第二和第三芯体的位置，分别仅与第一、第二和第三芯体电磁偶合；第一、第二和第三“C”相调压绕组分别穿过第一、第二和第三窗口，并且通过第一、第二和第三芯体的位置，分别仅与第一、第二和第三芯体电磁偶合；值N1、N2和N3与第一、第二和第三芯体的厚度基本上成反比。

在另一个实施例中，设置有四个用于提供1％、2％、4％和8％的电压调节的调压绕组。通过将它们中的一个或多个切换至升压状态，可以在步长为百分之一的条件下，在总共为正的百分之十五的范围内，进行该正的百分之十五的范围内的电压调节。类似的，通过将它们中的一个或多个切换至降压状态，可以在步长为百分之一的条件下，在总共为负的百分之十五的范围内，进行该负的百分之十五的范围内的电压调节。在这一1％、2％、4％和8％的实施例中，所有的绕组均可以在任何时间里在相同的模式下被激励，也就是说，所有的绕组均可以在其升压状态下实施激励运行，也可以在其降压状态下实施激励运行。如果输入的电压正好处于预期的电位，则不进行升压和降压操作。

在一种1％、2％和7％的装置中，开关组件可以在相同的模式下或不同的模式下，同时将选定的调压绕组连接至交流电源，从而可以在正负百分之十的范围内，以百分之一的步进步长，进行总共为正或负的百分之十的范围内的电压调节。

其它种可以采用的在各个调压绕组之间的适当的百分比分布可以是，2％、4％和14％，它可以在步长为2％的条件下，同时在不同的模式下激励各个绕组，从而可以在正的和负的百分之二十的范围内实施电压调节；或者是3％、6％和12％，它可以在步长为3％的条件下，在相同的模式下激励各个绕组，从而可以在正的和负的百分之二十一的范围内实施三相的电压调节。其它的实例为1％、2％、4％、8％和16％，它可以在步长为1％的条件下，在相同的模式下激励各个绕组，从而可以在正的和负的百分之三十一的范围内实施电压调节。而且还可以为1％、2％、7％和21％，它可以在步长为1％的条件下，在不同的模式下激励各个绕组，从而可以在正的和负的百分之三十一的范围内实施电压调节。

可以从下面参考附图给出的最佳实施例，更清楚的获知本发明，以及它的其它的目的、特征和优点，然而，这些实施例仅仅是用来更清楚的说明本发明用的。在不同的附图中，相同的参考标号表示相同的部件和相类似的部件。

与说明书相结合的、作为说明书一部分的参考附图，说明着本发明的最佳实施例，而且与上述的概要说明部分和下述的最佳实施例详细说明部分一起，解释说明着本发明的主题。这些附图包括：

图1为表示一种具有四个铁磁互感器芯体的串联式降压/升压电压调节装置的顶视平面图。如图所示的这四个芯体具有不同的横截面积，其相对尺度，即相对“结构尺度”的比率为1比2比4比8。

图2为表示如图1所示的电压调节互感器装置的、沿线2-2剖开的平面剖面图。

图3为表示由图1的右侧观察时的端面透视图。

图4为表示可以与根据本发明构造的电压调节系统协调偶合的、如图1、2、3所示的串联式降压/升压电压调节装置的概要性电路示意图。

图5为表示根据本发明构造的一种单相自动电压调节系统的示意性方框图。

图6为用于说明如图5所示的单相系统的运行的示意性曲线图，它表示在交流电源的过零点处对每一个相应的开关产生控制功能的切换。

图7为说明单相时间轨迹曲线用的曲线图，它表示在这种过零点处产生的控制功能的切换。

图8为表示根据本发明构造的一种三相串联式降压/升压电压调节装置的透视图。

图9为表示沿如图8所示的三相串联式降压/升压电压调节装置中的线9-9剖开的平面剖面图。

图10为表示根据本发明构造的一种三相电压调节系统的概要性电路示意图。

下面参考附图说明本发明的最佳实施例。

在图1、图2和图3中示出了根据本发明构造的互感器总体，它通常由参考标号20表示，并具有分别由叠层的互感器钢片(也称为“互感器铁芯”)构成的第一、第二、第三和第四铁磁芯体21、22、23和24。正如图2和图3所示，每一个芯体均具有一个中心腿柱25和一对外侧芯体腿柱26，并具有形状基本上相同的绕组窗口27。正如图2所示，相应于每一个芯体21、22、23和24的每一对外侧腿柱26-1、26-2、26-3和26-4，均具有基本上相同的横截面积，而相应的中心腿柱25-1、25-2、25-3和25-4的横截面积，基本上为相应的外侧腿柱26-1、26-2、26-3和26-4的横截面积的两倍。

正如图3中的双点划曲线28所示，在这四个芯体21、22、23和24中的每一个中的磁通，通常分别沿环绕着绕组窗口27的一对椭圆通道行进。在每一个芯体中，通过中心腿柱25的磁通量大体为通过每一个外侧腿柱26的磁通量的两倍。因此，如果忽略掉少量边缘磁通效应，每一个芯体21、22、23和24的中心腿柱包含的磁通密度，与同一芯体的两个外侧腿柱的磁通密度大体相等。因此，在每一个芯体中的中心腿柱中的磁通量和磁通密度是特定芯体的整体的特征量。

在本说明书中，是取各个芯体21、22、23和24的横截面积为基准的。不难理解，由于在中心腿柱中的磁通状态是该相应芯体的作为整体的同一状态的特征参数，所以也可以取每一个芯体的中心腿柱25作为这一基准。而且，如果取通常被视作为每一个芯体的主要部分的中心芯体腿柱的横截面积，而不是取通常被视作为相对于每一个芯体的主要部分的一半的相应的外侧腿柱的横截面积，作为其特征量，在解释上可以更清楚些。不仅如此，在中心芯体腿柱和环绕着该中心芯体腿柱的相应的绕组之间，还存在着更直截了当的电磁关系。

为了方便在下面将要进行的详细说明，将芯体21、22、23和24中的组装叠层体中的、如图1中的尺度箭头“B”所示的“构造尺度”，即整个叠积厚度，分别定为1B、2B、4B和8B。因此，这四个芯体的该横截面积的相对比率，为1比2比4比8。

可以采用在制造铁磁互感器芯体结构的领域中所熟知的、可以适当的减小涡流电流损失的适当的固定技术，将每一个芯体21、22、23和24中的叠层结构安装在一起。

也可以不采用互感器铁芯层状结构来形成该芯体，而是采用其它的诸如铁氧体等等的铁磁材料来叠层构造出这种芯体。重要的是所有的芯体都应该使用同一种铁磁材料制作，以便使各个芯体都可以形成基本上相同的诸如导磁率、抗磁率、磁滞变等等的磁特性，以及基本上相同的、诸如抑制涡流电流损失的比电阻率等等的电特性。

包绕安装在四个相应的中心芯体腿柱25-1、25-2、25-3和25-4上的是四个调压绕组1、2、3和4。正如图2所示，每一个调压绕组均穿过芯体21、22、23和24中的两个绕组窗口。由于每一个调压绕组均仅包绕着相应芯体的中心腿柱，所以每一个绕组1、2、3或4均基本上仅仅与各自的芯体21、22、23和24电磁偶合，也就是说，可以忽略由杂散电磁通量产生的相关偶合的影响。

正如下面所详细说明的那样，为了提供预期的输出电压增量调节，当在所有的四个芯体21、22、23和24中产生有基本上相同的通量状态时，各个调压绕组1、2、3和4的各自的匝数，应该与各个芯体21、22、23和24的横截面积的比率成反比，而四个芯体21、22、23和24分别与相应的互感器芯体电磁偶合。

主要绕组30具有输入和输出端子31和32，且环绕着所有四个中心芯体腿柱25-1、25-2、25-3和25-4，并且穿过所有的绕组窗口27。由于该主要绕组环绕着所有的中心腿柱，所以它与所有四个芯体21、22、23和24电磁偶合。

在这个电压调节互感器20中，采用了下述的参数。芯体21、22、23和24的横截面积的比率为1比2比4比8，而相应的调压绕组1、2、3和4的绕组匝数的比率为8比4比2比1，即匝数与各个芯体21、22、23和24的横截面积的相对尺寸成反比，而芯体21、22、23和24是与这些调压绕组电磁偶合的。装置20的额定功率为12千伏安，即在120伏特和60赫兹的条件下，为100安培。将要由输出端子32提供出的预期的交流输出电压，相对于零线或称中线或称“地线”为120伏特。当由输入端子31输入的交流输入电压相对于地线为120伏特(与预期的120伏特的输出电压相等)，则调压绕组1、2、3或4均不处于“激励”状态，也就是说，相对于此时的输出电压，不发生调节关系。

“电气中心”的含义如下：它表示在输入电压为120伏特，输出电压为与该输入电压相等的120伏特的状态下，各个调压绕组均处于未被激励的状态。这些调压绕组具有成对的调压端子34-1、34-2、34-3和34-4(参见图1)。正如图4所示，这些成对的端子可以通过切换电路的切换与交流电源36相连接，以使其处于与主要绕组30在输出端子32处提供的电压相关联的升压模式和降压模式。

电压调节装置20具有为1％的输出电压转换率，而且可以在120伏特的电气中心状态的正或负15％的范围下操作运行。因此，在装置20的额定输出端子38处的电压可以保持在120伏特时，可以由交流电源36输入的最高电压，为在输出电压等于该输入电压的85％时，它等于120伏特时的输入电压。类似的，在装置20的额定输出端子38处的电压可以保持在120伏特时，可以由交流电源36输入的最低电压，为在输出电压等于该输入电压的115％时，它等于120伏特时的输入电压。

因此，对于这一电压调节装置，可以保持特定的120伏特的输出电压的运行(输入)范围可以表示为：

(1)1/(1+R)至1/(1-R)

其中R=一个百分数的范围。

在这一个实施例中，如果R=0.15，则当输入电压为120伏特的输出电压的87％至118％的范围内时，即当输入电压在大约104.4伏特至大约141.6伏特的范围内时，该电压调节装置可以保持特定的额定输出电压。描述这种运行能力的一种更常用的方式是，相对于120伏特的“电气中心”输入电压，它具有-13％至+18％的运行能力。

由于使用了相对匝数比率为1比2比4比8的调压绕组，所以当改变通过如上所述的“电气中心”状态时，仅仅需要改变这些绕组(不论它们是在降压模式下被激励，还是在升压模式下被激励)的极性(方向性)。当按照下述的方式利用各个调压绕组时，可以在预期的正或负的15％的范围内获得预期的1％的转换率。实例1所需提供的调节动作：       所使用的调节绕组：

0％             0          没有激励调节绕组

±1％           1          1％绕组

±2％           2          2％绕组

±3％           2和1       2％和1％绕组

±4％           3          4％绕组

±5％           3和1       4％和1％绕组

±6％     3和2       4％和2％绕组

±7％     3和2和1    4％、2％和1％绕组

±8％     4          8％绕组

±9％     4和1       8％和1％绕组

±10％    4和2       8％和2％绕组

±11％    4和2和1    8％、2％和1％绕组

±12％    4和3       8％和4％绕组

±13％    4和3和1    8％、4％和1％绕组

±14％    4和3和2    8％、4％和2％绕组

±15％    4和3和2和1 8％、4％、2％和1％绕组

根据楞次定律(如果忽略了任何激磁电流)，主要绕组30与四个铁磁芯体21、22、23和24中的每一个的电磁偶合，所以将对于每一个芯体产生安培匝数积(“AT”)，且该安培匝数积等于主要绕组30的安培匝数积(AT)。

应该注意到，主要绕组30是与如图4所示的电气负载串联连接在电路中的，即该主要绕组30与负载是“串联”连接的，进而将电压调节后的交流电源提供给该负载。

基于120伏特的“电气中心”，主要绕组在它的输出端子32处可以提供出达18伏特(15％)的升压或降压。

根据法拉第电磁感应定律可以获得下述的认识，即在主要绕组30上感应出的每匝电压(V/T)，与在这一时刻被激励以提供调压作用的调压绕组中产生的每匝电压(V/T’s)的和基本上相等。

根据法拉第电磁感应定律还可以获得下述的认识，即每一个芯体21、22、23和24的磁通28，均与主要绕组30相偶合。每一个芯体的磁通密度是相同的。每一个芯体中的总磁通正比于该芯体的横截面积。因此，由第一、第二、第三和第四芯体21、22、23和24提供的、与主要绕组相偶合的相对磁通量的比率，为1比2比4比8。换句话说就是，第四芯体向主要绕组提供总磁通量的8/15。第三芯体向主要绕组提供总磁通量的4/15，第二芯体向主要绕组提供总磁通量的2/15，而第一芯体向主要绕组提供总磁通量的1/15。因此如举例来说，该8％调压绕组4将向主要绕组30提供每匝电压的8/15,4％调压绕组4将向主要绕组30提供每匝电压的4/15，如此等等。

由于各个调压绕组均是由同一个电压源36驱动的，所以施加在各对端子上的电压是相同的，各个调压绕组的相对匝数比应该与步长成反比；这也就是说，8％绕组4的八分之一的绕组应与一个1％绕组1的绕组相等，4％绕组3的四分之一的绕组应与一个1％绕组1的绕组相等，如此等等。根据楞次定律，由于每一个芯体21、22、23和24的安培匝数积(AT)，与主要绕组30的安培匝数积相等，所以匝数比较少的调压绕组，将在该调压绕组中产生比较大的电流，进而可以相对于特定的调压绕组产生比较大的千伏安。比较大的千伏安需要比较大的芯体的横截面积。

简要的说就是，对调压绕组选定的步长，即1％、2％、4％和8％，按比率分摊着各个互感器芯体21、22、23和24，以及各个调压绕组1、2、3和4的相对千伏安的比率。

对于常规的数据表，该1％、2％、4％和8％调压绕组，可以分别的表示为1％、2％、4％和8％“线圈”，而在21、22、23和24处的芯体可以分别表示为1％、2％、4％和8％芯体。对于上述描述的这种关系，由实例1中所例举的参数如下：实例 1-续

绕组数据表

线圈	匝数	安培	A.T.
				1％	896	1.00	900
2％	448	2.01	900
				4％	224	4.02	900
8％	112	8.04	900
				主要线圈	9	100.00	900

芯体数据表(60赫兹基频)
				芯体	构造(英寸)	所施加的电压	V/T
1％	1/4	120	0.134
				2％	1/2	120	0.268
4％	1	120	0.536
				8％	2	120	1.072

这种电压调节装置20还具有另一个优点，即由于调压绕组具有相同的安培匝数积，所以它们需要相同的绕组窗口27的面积。从可以具有相同的窗口面积这一点来看，它还具有可以采用相同的芯体框架尺寸和相同的芯体形状的优点(参见图3的前视图)。因此，可以通过采用不同的结构尺寸：1B、2B、4B和8B，即采用不同的芯体厚度的方式，来获得各个芯体的不同的千伏安比率。正如上所述，这些个结构尺寸可以为1/4英寸、1/2英寸、1英寸和2英寸。在如图所示的互感器装置中，当为120伏特，100安和60赫兹时，额定功率为12千伏安，而各个芯体的“结构尺度”尺寸可以如上述的数据表所示，如举例来说，如图3所示的芯体21、22、23和24的高度可为大约5英寸，宽度大约为6英寸。

图4示出了一个串联式升压/降压电压调节系统，它通常由参考标号50所示，而且与图1、图2和图3所示的电压调节互感器装置20相类似。如图所示，在输入端子31和主要绕组30之间设置有一个系统切断开关42。交流电源36在主要输入端子31和输入“地线”端子46之间连接入电路中，而输入“地线”端子46通过导线44直接与输出“地线”端子39相连接。

连接在一对第一调压绕组1的端子34-1之间的，是与过渡电阻器R相串联的过渡开关S1。绕组中性开关S2(短路开关)也连接在这一对端子34-1之间。

类似的，一个与过渡电阻器R串联连接的过渡开关S1，连接在一对第二调压绕组2的端子34-2之间。绕组中性开关S2连接在一对端子34-2之间。第三和第四调压绕组3和4也类似的配置有与过渡电阻器R和绕组中性开关S2串联连接的过渡开关S1。

每一个绕组的端子34-1、34-2、34-3和34-4中的一个端子，均通过绕组选择开关S3与第一绕组选择连接器47相连接，进而与“降压”绕组选择开关S7相连接。每一个调压绕组的另一个端子与第二绕组选择连接器48相连接，进而与“升压”绕组选择开关S6相连接，还与“降压”绕组选择开关S4相连接。

为了说明如图4所示的系统50的运行方式，在这儿假定这一串联式降压/升压电压调节系统的运行是在电气负载40满负载的条件下运行的。在这种满负载的状态下，系统50在60赫兹的条件下，将120伏特的调节后的输出电压下施加给负载40，即将120千伏安的输出功率施加在负载40上。

由于它是一个满负载系统50，所以可以假定由交流电源36给出的功率的基本部分，将在端子31和46之间产生远小于120伏特的输入电压。因此，可以假定该调压系统50是在升压模式下运行。

在这一升压模式下，假定8％、2％和1％被激励，从而提供出总共为11％的升压。仅仅有4％绕组3是未被激励的。这三个激励绕组(4、2和1)是通过它们各自的闭合着的选择开关S3，通过两个连接器47和48，并且通过升压开关S5和S6的闭合，来与交流电源36相连接的。用于激励绕组4、2和1的三个相应的过渡和中性开关S1和S2是开放的。

未被激励的绕组3是不与交流电源36相连接的；它的选择开关S3是打开的；它的用于使该未被激励的绕组短路的中性开关S2是闭合的。使任意的未被激励的绕组处于短路状态的原因，将参考上述的绕组数据表作出说明。不难理解，当未被激励的4％绕组3具有224匝时，主要绕组30仅具有9匝。因此，如果绕组3呈开路状态(而不是有意的使其短路)，它的开路电压为主要绕组的电压的224/9倍，而此时是在11％升压的状态下运行的。正如下面将要说明的那样，在11％的升压状态下，跨接在主要绕组上的电压为11.9伏特。因此，如果绕组3处于开路状态，则在它的一对端子34-3上的电压将为11.9伏特的224/9倍(即24.9倍)，等于296伏特。这种相对较高的开路电压是不能接受的；因此要闭合用于未被激励的绕组3的中性开关S2。相应的中性开关的这种闭合，可以在任何时间对任何未被激励的调压绕组实施。

如果象假定的那样处于满负载状态下，主要绕组30将把100安培送入与其串联的负载40，或称吸收入100安培。所有这四个芯体21、22、23和24与主要绕组的9匝电磁偶合；因此，所有这四个芯体在900安培匝数下被激励。因此，所有这四个调压绕组1、2、3和4将在其中产生感应电流，其大小与各自的匝数成反比。如举例来说，在这种情况下的8％绕组4将产生900AT除以112匝的电流，即8.04安培。类似的，4％绕组3将产生900AT除以224匝的电流，即4.02安培，如此等等。

由于任何未被激励的绕组总是处于短路状态，所以不难理解电流总是存在于四个调压绕组中，而不论它们是处于激励状态还是处于未被激励状态。在调压绕组中的这种电流的大小是直接于负载电流的大小相关的，而且于各自的调压绕组的匝数成反比。

正如上面所假定的那样，满负载的系统50的输出为120伏特，由于在该升压模式下，有三个绕组4、2和1处于激励状态，而给出11％的升压，所以在端子31和46之间的输入电压可以由下式计算出来：

(2)1/(1+0.11)×120v=0.90×120v=108.1伏特

因此，跨接在主要绕组30上的电压为120减去108.1伏特，即等于11.9伏特，相对于每匝1.32伏特。

为了进一步进行说明，现在假定交流电源36的电压突然由108.1伏特(它需要11％的升压)增加到112.15伏特，则目前需要的是7％的升压。由11％的升压到7％的升压的变化操作，包括将8％绕组4由激励状态移开，并用4％绕组3取代。现在对实施这种改变的方式进行说明。

为了将8％绕组4由激励状态移开，可以使选择开关S3开放，并使其中性化，使开关S2闭合。而且，为了激励4％绕组3，可以使其中性开关S2开放，使选择开关S3闭合。需要指出的是，对于任何一个调压绕组，如果开关S2和开关S3同时闭合，则它们将通过连接器47和48与交流电源36直接短路连接。而且对于任何一个调压绕组，如果开关S2和开关S3同时开放，则该特定的绕组将在其端子34处产生非常高的开路电压，而这种非常高的开路电压是不能接受的。

为了获得适当的开关操作顺序，即：(a)不出现与交流电源36短路的现象，(b)不使任何一个调压绕组处于开路状态，则应该(ⅰ)为每一个调压绕组配置过渡电阻器R和过渡开关S1,(ⅱ)采用特定的(基本的)开关顺序，(ⅲ)利用下述的两个静态状态：

当一个绕组处于中性状态时的调压绕组开关的静态状态：

S1闭合，S2闭合，S3打开。

当一个绕组处于激励状态时的调压绕组开关的静态状态：

S1打开，S2打开，S3闭合。

该基本的开关顺序如下所述：为了激励一个调压绕组，首先应使开关S2打开。通过开关S1(处于闭合状态)和电阻器R，绕组电流(先前是通过开关S2短路的)传递至适当的过渡通道，即该电流转向至该适当的过渡通道，并且由该适当的过渡通道电阻性的减弱。然后，在已经产生通过过渡通道开关S1和电阻器R的转向电流之后，闭合开关S3。当闭合开关S3时，调压绕组和与电阻器R串联连接的开关S1呈并联连接方式，并且与交流电源36相连接。最后，使开关S1打开，以减小过渡电阻器R产生的不必要的连接功率损耗，进而使该调压绕组充分激励。

为了使一个调压绕组中性化，可以首先闭合开关S1，以构成适当的可以使电流流过的过渡通道。然后使开关S3打开，将绕组电流通过开关S1和电阻器R传递至该过渡通道。闭合开关S2，以短路未被激励的调压绕组。开关S2的闭合可以通过开关S1和电阻器R使过渡通道短路，以减小由电阻器R产生的不必要的损耗，更重要是的减小调压系统50的阻抗。开关S1保持闭合，为下一个操作作好准备。

在这一个1％、2％、4％和8％调压系统50中，当交流电源36通过“电气中心”状态转换时，可以实施升压-降压切换和降压-升压切换，即通过“电气中心”状态实施由升压至降压的模式转换，以及由降压至升压的模式转换。在电气中心状态下，电源电压为120伏特。因此，不产生升压或降压。在这儿，所有四个调压绕组均处于中性状态，所有的四个中性化开关S2均是闭合的，而所有的四个选择开关S3均是开放的。因此，没有调压绕组电流流过升压开关S5、S6，也没有电流流过降压开关S4、S7。由于当处于电气中心的状态下时，没有任何调压绕组电流流过降压开关和升压开关，所以降压和升压开关均不需要过渡开关。在本发明的这一实施例中，在由升压至降压(或是相反)实施开关切换之前，所有的调压绕组均处于其中性化的状态下。

对于下述的场合，即调节将要施加至电气负载40的电源电压的快速反应能力是不重要的场合，包括在负载是加热器和空调器等等的具有高惯性和长时间常数等等的场合，也可以设置机械开关S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7，实施所需的顺序操作。可以用电磁螺线管或压缩空气触发器来驱动这些机械开关。

对于调节施加至电气设备等等的电压，需要快速反应能力的场合，也可以使用固态开关。非常适用于这一目的这种开关装置是半导体控制整流器和三端双向可控硅开关。在采用半导体控制整流器作为这种开关时，它们中的两个以反并联方式连接，以提供一个双向开关。三端双向可控硅开关本身就是一个双向开关。

可以利用图5来说明控制系统，该系统可以用来控制电压调压系统50(参见图4)的运行。该控制系统通常由参考标号60表示，下面仅对它的各项功能做简要的说明。对调压器50的控制包括测量输出电压，检测在该输出电压和预期的参考电压之间的任何差异，转换该误差为代表着所需的调压绕组调节的数字编码，以及顺序切换所需的开关以实施这一调节。

1)信号调节：与输出端子32和39相连接的电阻器R1和R2提供输出电压的反馈信号62。度量并缓冲该反馈信号62，并且用信号状态信号64表示该缓冲信号。在反馈信号62的过零点处产生短期脉冲66以实施同步。输出信号的缓冲后的反馈信号68和过零点脉冲66输入至微控制器70。

2)误差检测和AD转换：大部分的交流电压检测系统均是用校正和过滤方式获得交流信号的平均值、均方根值或峰值的。由于为了实施交流电压的过零点处的切换，需要小于一个周期的响应时间，所以可以设置微控制器70，利用取样和保持技术，获得一个周期的电压峰值幅度。然后，将这一峰值幅度数据与预期的输出电压的峰值值相关联，从而进行适当的调节。可以用微控制器进行取样和保持、误差检测和模数转换等等的处理。这种控制动作的顺序如图6所示，其中时间是向右侧增大的。

为了能方便的说明控制系统60(参见图5)的运行，图6示出了缓冲后的反馈信号68和过零点脉冲66，它们分别具有放大了的时间尺度68’和66’。在这一放大了的尺度图中，过零点由参考标号69表示。

在微控制器70中的过零点脉冲66的初始时间滞后为4.167毫秒(60赫兹的1/4周期)。4.167毫秒的时间一结束，微控制器立即对缓冲后的反馈信号68的峰值进行采样。该峰值的采样值由虚线72(参见图6)示出。这一采样的延续时间或称窗口时间，相对于60赫兹的信号68来说是相当小的。可以由反馈信号68的峰值74获得该采样72的绝对值。随后，微控制器计算峰值74和预期的参考值之间的(如果有的话)差。微控制器给出的差确定着用于修正误差所需要的步长(±1％或±2％或3％或4％，如此等等)，并在现有的步长量(参见图5)上加上或减去相应的量。然后将该更新了的步长量传递到由参考标号78(参见图5)表示的微控制器的输出端子处，并将其输入至切换次序发生器80。正如图6中的参考标号82所示，微控制器70可以在大约1/2毫秒的时间里完成该控制计算。该切换次序发生器响应输入的所需要的最新步长量数据(参见图5)，按如参考标号84(参见图5)所示的适当次序，控制开关S1至开关S7，以产生所需要的升压或降压的百分比率，从而将输出电压保持在预期电位。

可以采用由操作者通过键盘86(参见图5)输入数据的方式，将预期的输出电压设定为参考电位。也可以在微控制器中预先设定，比如说为120伏特的预期的不可改变的固定参考电压，而不允许操作者加以改变。

3)切换次序：选择开关装置(半导体控制整流器和三端双向可控硅开关)的一种方式是，当它们可以相对容易的导通时，它们不应该同样容易的断开。然而，在电流过零点处，它们会很自然的变换为断开状态，而这种过零点在输入交流电源36的每半个频率周期中就会出现一次。由输入电流产生的零轴的这种重复交叉的固有次序如下：

a)如果需要使这些半导体控制整流器或三端双向可控硅开关开关S1至开关S7保持在导通状态，则必须对它们连续的重复触发。

b)在它们可以承受前述的电压的再次施加之前，必须能够转换至断开状态，并可以有一段复原时间。

正如前面所说明的，在调压绕组由未被激励状态切换至激励状态(或是相反)的过程中，需要适当的切换次序以通过开关S1和电阻器R传递绕组电流。开关本身限制着所可以指定的最大传递速度。采用检测开关状态并准确的确定该开关完全导通或完全断开的时间的方式，可以优化切换次序，进而可以产生切换导通的最大速度。

可以用来确定一个给定开关的导通或断开状态的方法，主要的有两种：一种方法是检测流过该开关的电流。当电流为零时该开关处于完全断开状态，反之亦然。另一种测定导通或断开状态的方法是检测该开关处的电压。当该电压为零时该开关处于完全导通状态，反之亦然。在本发明的系统中，采用的是电压检测方法。

如图5所示，切换次序发生器80具有过零点切换次序发生能力，因而包括有：

a)电压过零点传感器，它也可以用来指示开关状态(导通或断开)。操作信号箭头84是双向的，以指示出控制操作和信号发送操作这两种过程。

b)导通次序和断开次序逻辑电路。

c)状态检测回路，它用于稳定的检测切换次序，并通过由状态操作76所示的通路，将其传递到与系统形成为一体的微控制器70。操作信号箭头78是双向的，以指示出控制操作和信号发送操作这两种过程。

微控制器70还由电流检测变换器88接收过电流故障信息87(在外部发生了故障时)。在外部发生故障时，切换次序发生器80对每一个调压绕组“冻结”其当前的激励或未被激励的状态。内部故障信息90可以由调压系统50提供至切换次序发生器80。在发生了内部故障时，切换次序发生器80可以通过断开降压和升压开关的方式，消除该内部故障。

图7的曲线图示出了一幅切换次序发生器在导通和断开状态时的时间轨迹曲线图，该曲线图适用于采用固态开关(比如说半导体控制整流器和三端双向可控硅开关)的典型的调压绕组。每一个控制信号均具有两个状态，即由ON箭头和OFF箭头示出的高电位状态和低电位状态，而且它们在控制循环中是变化的。

下面对于一个调压绕组的典型ON和OFF切换次序进行说明。这一次序适于自行传递和自行检测，如果它由微控制器或切换次序发生器进行特定的初始化操作，则在后续操作被初始化之前，需要用过零点检测器进行特定的再次操作。在给定的时间里所应该提供的过零点检测器的反应失败时，表示产生了“内部故障”。

该调压绕组的初始状态为OFF，因此在如图7左侧所示的初始化静止周期中，可以进行下述的状态调节：

ⅰ)S3触发器为低电位，选择开关S3断开(OFF)。

ⅱ)S2触发器为高电位，中性开关S2闭合(ON)。

ⅲ)S1触发器为高电位，过渡开关S1闭合(ON)。

而且，

ⅳ)由于开关S3断开而开关S2闭合，对中性交流电源电压的全部脉冲出现在开关S3处。这将使与该开关相偶接的过零点检测器被激励，过零点电压S3，即66a处产生的高的短脉冲的方式，自动地指示出交流电压的过零点。

ⅴ)由于开关S2闭合(ON)，使该特定的调压绕组两端短路，使该开关处的交流电压实际上为零。在这种情况下，过零点电压S2处于未被激励的状态，就象该信号的连续高电位状态所表示的那样。

这些初始化状态在如图7所示的曲线图中由“OFF切换次序周期”表示。

ON次序(在“ON次序变化周期”时)需要开关S2断开，开关S3闭合，并随后按次序使开关S1断开。

如果微控制器70确定必须要对输入的电压变化，修正调压绕组的调节变化时，它设定用于特定的调压绕组的ON/OFF信号为高电位(ON)92，并且使绕阻更新指令信号78a初始化，这时ON次序开始实施。随后切换次序发生器80按下述的方式使开关状态初始化：

ⅰ)通过除去触发信号，使触发器S2处于如参考标号94所示的低电位的方式，使开关S2转换为OFF状态，该开关连续的导通(保持为ON状态)，直到通过该开关的交流电流变为零电流。在通过该装置的电流为零电流且未施加有触发信号的这一点上，开关S2转换为其OFF状态。

ⅱ)通过开关S2引导的调压绕组电流将通过过渡开关S1和电阻器R传递。这将使开关S2处的电压增高，触发开关S2的过零点检测器。因此，信号过零点电压S2处于如参考标号95所示的低电位，而且在每一个零电压处，检测器产生一个高的短脉冲。

ⅲ)在除去触发器S2之后，如参考标号95所示的过零点电压S2第一次由高电位转换为低电位，从而可以确实使开关S2转换至OFF状态。在S3触发器处于如参考标号96所示的高电位时，这一过渡信号95将使切换次序发生器对计时器进行初始化。该计时器在特定的时间周期中向下计数。施加至开关S3的触发信号将立刻使其转换至其ON状态。在该ON状态，开关S3处的交流电压实际上为零，该过零点检测器未被激励，这正如过零点电压S3的参考标号66b处的由低电位至高电位的过渡情况所示。

ⅳ)过零点电压S3的参考标号66b处的由低电位至高电位的过渡，可以可靠的使开关S3转换至其ON状态。在触发信号S1触发器处于如参考标号98所示的高电位的结束处时，这一过渡信号66b将使切换次序发生器对计时器进行初始化。该计时器在特定的时间周期中向下计数。而且，参考标号98所示的高电位的结束处与如脉冲66c所示的开关S2的过零点位置相吻合。由于没有触发信号施加至开关S1，所以该装置在下一个交流零电流处，转换至其OFF状态。

这样就完成了一个ON次序操作。该系统处于如时间间隔100所示的ON状态，并保持在“ON切换次序周期”，直到交流输入电压变化使微控制器为了保持预期的交流输出电压，而选择了另一种调压绕组的组合形式时为止。

在该ON状态中的开关状态为：

ⅰ)S3触发器处于如参考标号99所示的高电位，选择开关S3闭合(ON)。

ⅱ)S2触发器处于如参考标号101所示的低电位，中性开关S2断开(OFF)。

ⅲ)开关S1触发器处于如参考标号102所示的低电位，过渡开关S1断开(OFF)。

而且，

ⅳ)由于开关S3闭合而开关S2断开，对于中性交流电源电压的全部脉冲出现在开关S2处。这将使与该开关相偶接的过零点检测器被激励，过零点电压S2通过在每一个零电压处产生的高的短脉冲的方式，指示出交流电压的过零点。

ⅴ)由于开关S3闭合，使该开关处的交流电压实际上为零。在这种情况下，过零点电压S3未被激励，就象该信号的连续高电位状态所表示的那样。

OFF次序(在“OFF次序变化周期”的过程中)需要开关S1闭合，开关S3断开，并随后按次序使开关S2断开。

如果微控制器70设定用于特定的调压绕组的ON/OFF信号为低电位(OFF)，就象在参考标号92b处过渡至低电位93时一样，并且使绕阻更新指令信号78b初始化，这时OFF切换次序开始实施。随后切换次序发生器80按下述的方式使开关状态初始化：

ⅰ)当在绕组更新信号78b之后，在开关S2处的交流电压的过零点刚一出现时，在参考标号66d处出现有过零点电压S2脉冲，而且S1触发器处于如参考标号103所示的高电位处。开关S1立刻转换至其导通状态，过渡电阻器R与调压绕组并联连接。

ⅱ)然后，向下计数计时器被初始化，在如脉冲66e所示的、在开关S2处的下一个交流电压过零点处，S3触发器处于如参考标号105所示的低电位。开关S3连续的导通(保持为ON状态)，直到交流电流变为零电流。在如低电位107所示的地方，即未向开关S3施加有触发信号，且通过它的电流为零电流的这一点上，开关S3转换为其OFF状态。

ⅲ)在除去触发开关S3的信号之后，如参考标号66f所示的、过零点电压S3第一次由高电位转换为低电位，从而可以确实使开关S3转换至OFF状态。这一过渡信号66f将使切换次序发生器对计时器进行初始化，该计时器在特定的时间周期中向下计数。在这一时间计数结束时，即在与开关S2的交流电压的过零点位置相吻合处，在参考标号66g处出现有过零点电压S2脉冲，并且S2触发器处于如参考标号106所示的高电位。施加至开关S2的触发信号将立刻使其转换至其ON状态。在该ON状态，开关S2处的交流电压实际上为零，该过零点检测器未被激励，正如过零点电压S3的参考标号109处的连续高电位所示。

这样就完成了一个ON次序操作。开关S1、S2处于如参考标号104和108所示的高电位，保持为ON状态，而开关S3保持为OFF状态，做好进行下一个操作的准备。实例2三相串联式降压/升压电压调节装置

图8和图9示出了一种三相串联式降压/升压电压调节器20’，它每一相均具有三个调压绕组并且适用于本发明。该互感器包括有三个三相芯体，它们通常由参考标号21’、22’和23’表示，并且均具有相同的高度和宽度，在每一个芯体上还形成有具有相同尺寸和形状的绕组窗口27。这三个芯体具有不同的结构尺度，即厚度T、2T和4T，后者与在这三相互感器中的调压绕组的相对比率相适应。在芯体21’的腿柱51A、51B和51C上，安装有三个仅主要分别与它们电磁偶合的调压绕组1A、1B和1C。在芯体22’的腿柱52A、52B和52C上，安装有三个仅主要分别与它们电磁偶合的调压绕组2A、2B和2C；在芯体23’的腿柱53A、53B和53C上，安装有三个仅主要分别与它们电磁偶合的调压绕组3A、3B和3C。在本说明书和权利要求书中使用的术语“仅主要与其偶合”的含义是，忽略掉由于杂散电磁磁通产生的各种关联偶合。用于“A”、“B”和“C”相的各个调压绕组的电压调节效率被分别设计为3％、6％和12％，并且分别被称为3％、6％和12％绕组。第一主要绕组30A，即“A”相绕组绕过所有这三个芯体的腿柱51A、52A和53A，并且与后者电磁偶合。第二主要绕组30B，即“B”相绕组绕过所有这三个芯体的腿柱51B、52B和53B，并且与后者电磁偶合。第三主要绕组30C，即“C”相绕组绕过所有这三个芯体的腿柱51C、52C和53C，并且与后者电磁偶合。这些主要绕组分别具有输入和输出端子31A和32A、31B和32B和31C和32C。

在一个实施例中，这一互感器20’的输入额定值为208伏特、60赫兹、50千伏安，-17％和25％，而输出为208伏特、50千伏安，±3％，且在相对于208伏特的电器中心电压为21％的范围内，可以提供为3％的转换率。在208伏特处，50千伏安的额定值包括138安培的三相电流。

为了能够在正的或负的21％的范围内获得3％的转换率(步长为3％)，调节动作可以按下述的数据表进行。为了使数据表简洁和清楚，调压绕组(也称为“线圈”)依次表示为1、2和3，其中“1”表示所有三相的调压绕组1A、1B和1C处于激励状态，“2”表示所有三相的调压绕组2A、2B和2C处于激励状态，如此等等。正号表示升压模式，而负号表示降压模式。实例2-续所需提供的调节动作：    所包括的调节绕组：

0                            0

+3％                         +1

+6％                         +2

+9％                         +2+1

+12％                        +3

+15％                        +3+1

+18％                        +3+2

+21％                        +3+2+1

-3％                         -1

-6％                         -2

-9％                         -2-1

-12％                        -3

-15％                        -3-1

-18％                        -3-2

-21％              -3-2-1

绕组数据表
				线圈	匝数	安培	A.T.
1    3％	460	4.2	1932
				2    6％	230	8.4	1932
3    12％	115	16.8	1932
				主要线圈	14	138	1932

芯体数据表(60赫兹基频)
				芯体	构造(英寸)	所施加的电压	V/T
3％	1/2	120	0.261
				6％	1	120	0.522
12％	2	120	1.044

它们的结构尺度(厚度)分别为1/2英寸、1英寸和2英寸，由附图8示出的三个芯体的高度为11英寸，宽度为12英寸，以便能提供208伏、60赫兹的三相50千伏安的额定容量。

图10示出了一种用于三相调压互感器20’(参见图8和图9)的三相控制系统，它通常由参考标号60’表示。

三个输入端子由参考标号31A、31B和31C示出，它们与三个输出端子32A、32B和32C相连接。输入端子还具有一个第四端子31N，后者用于与三相Y型交流电源中性连接；而输出的三个端子与一个三相Δ型负载相连接。

如图所示，用于A、B和C相的“降压”和“升压”开关，以及辅助的调压绕组电路均呈Y型设置，并具有中性连接线110。如图所示，用于A、B和C相的“降压”开关分别为S4A和S7A、S4B和S7B以及S4C和S7C，用于A、B和C相的“升压”开关分别为S5A和S6A、S5B和S6B以及S5C和S6C。正如图10中的右下侧所示，这些个降压和升压开关可以包括有反并联的半导体控制整流器装置，其设置方式可以如图10中的右下侧所示。

如图所示，用于A、B和C相的调压绕组1A、2A和3A、1B、2B和3B以及1C、2C和3C的中性(短路)开关，分别为S2/1/A、S2/2/A和S2/3/A,S2/1/B、S2/2/B和S2/3/B以及S2/1/C、S2/2/C和S2/3/C。可以如图10中的右下侧所示的实例那样，利用反并联半导体控制整流器装置构成这些个固态中性开关S2。

如图所示，用于A、B和C相的调压绕组的、具有相应的过渡电阻器的过渡开关，分别为具有R1A、R2A和R3A的S1/1/A、S1/2/A和S1/3/A，具有R1B、R2B和R3B的S1/1/B、S1/2/B和S1/3/B以及具有R1C、R2C和R3C的S1/1/C、S1/2/C和S1/3/C。这些个固态过渡开关S1可以为反并联的半导体控制整流器或三端双向可控硅开关，其设置方式可以如图10中的右下侧所示。

如图所示，用于A、B和C相的调压绕组的选择开关，分别为S3/1/A、S3/2/A和S3/3/A,S3/1/B、S3/2/B和S3/3/B以及S3/1/C、S3/2/C和S3/3/C。这些固态过渡开关S3可以为反并联的半导体控制整流器，其设置方式可以如图10中的右下侧所示。

测量用变压器PT1、PT3和PT5检测在各对输入端子31A和31B、31B和31C以及31C和31A之间的相间供电电压，以向切换次序发生器和微控制器传送这些输入电压数据。其中的切换次序发生器和微控制器均与前述的切换次序发生器80和微控制器70(参见图5)相类似，所不同的是在这儿的用于控制系统60’的切换次序发生器和微控制器(参见图10)，需设置成用于三相控制的形式。

测量用变压器PT2、PT4和PT6检测在各对端子32A和32B、32B和32C以及32C和32A之间的相间输出电压，以向切换次序发生器和微控制器(未示出)传送这些输出电压数据。用于各个测量用变压器的次级绕组的地线连接线，在图中由参考标号AA示出。

电流互感器CT1、CT3和CT5提供分别相应于电流大小的数据，以检测过度的不平衡、过负载以及其它的种种故障，所述的电流是分别流过A、B和C相的三个主要绕组中的每一个电流。电流互感器CT2、CT4和CT6提供分别相应于电流大小的数据，所述的电流是分别流过A、B和C相的三个调压绕组回路中的每一个电流。

如图所示，调节后电压的控制功率由连接在输出端子32A和32B之间的互感器112施加，次级绕组的地线连接线如参考标号BB所示。可设置适当的熔断器F，以保护测量用变压器回路、控制功率回路和调压绕组回路等等。其它实例

不难理解，本发明可以广泛的用于各种串联式降压/升压电压调节系统和装置，以满足各种不同的设备的需要。上述的两个实例采用了具有特定比率的若干调压绕组，以限制获得所述的整个调节范围所需要的开关的数目。在这些实例中，不论绕组处于降压还是升压状态，绕组的极性或称“方向性”，在实例1所示的场合，是由一组降压/升压开关控制的，在实例2所示的场合，是由每相一组的降压/升压开关控制的。在这两个实例中，调压绕组的相对比改变，必须通过改变绕组的方向性来实现，比如说相对于调节范围的电气中心由降压至升压时就是如此。因此，所有这些调压绕组要作为一组而一起切换。

也可以利用其它的调压绕组比改变方式，使其可以不通过电气中心而分别的改变各调压绕组的方向性。这种设置的一个实例已经示出在实例3中，比如说对于4％的调节，可以用+7％调压绕组与-2％和-1％绕组来实现。在下述的各个实例中(正如前述的调压绕组表所示)，不论调压绕组处于降压还是升压状态，绕组的极性或称方向性在处于降压状态时均用“-”号表示，在处于升压状态时均用“+”号表示。这些设备的应用实例包括灯具、加热器、空调器、发射机、计算机、程序控制器、玻璃熔炼炉、电磁炉、医疗仪器、扫描装置，等等、等等。实例3

使用1％、2％和7％的调压绕组(相应的称其为绕组1、2和7)，便可以如下所示，在步长为1％的条件下，提供在正的和负的百分之十的范围内的电压调节。所需提供的调节动作：     所包括的调节绕组：

0                      0

+1％                   +1

+2％                   +2

+3％                   +2+1

+4％                   +7-2-1

+5％                   +7-2

+6％                   +7-1

+7％                   +7

+8％                   +7+1

+9％                   +7+2

+10％                  +7+2+1

-1％                   -1

-2％          -2

-3％          -2-1

-4％          -7+2+1

-5％          -7+2

-6％          -7+1

-7％          -7

-8％          -7-1

-9％          -7-2

-10％         -7-2-1实例4

使用相应的称其为绕组2、4和14的2％、4％和14％的调压绕组，便可以如下所示，在步长为2％的条件下，提供在正的和负的百分之二十的范围内的电压调节。所需提供的调节动作：    所包括的调节绕组：

0                         0

+2％                      +2

+4％                      +4

+6％                      +4+2

+8％                      +14-4-2

+10％               +14-4

+12％               +14-2

+14％               +14

+16％               +14+2

+18％               +14+4

+20％               +14+4+2

-2％                -2

-4％                -4

-6％                -4-2

-8％                -14+4+2

-10％               -14+4

-12％               -14+2

-14％               -14

-16％               -14-2

-18％               -14-4

-20％               -14-4-2实例5

使用1％、2％、4％、8％和16％的调压绕组(相应的称其为绕组1、2、4、8和16)，便可以如下所示，在步长为1％的条件下，提供在正的和负的百分之三十一的范围内的电压调节。而且，所有的激励绕组处于相同的模式下。换句话说就是，在实施例5中不能同时采用降压和升压的组合形式。由降压模式至升压模式的所有变化均通过“电气中心”处。所需提供的调节动作：    所包括的调节绕组：

0                         0

+1％                      +1

+2％                      +2

+3％                      +2+1

+4％                      +4

+5％                      +4+1

+6％                      +4+2

+7％                      +4+2+1

+8％                      +8

+9％                      +8+1

+10％                     +8+2

+11％                     +8+2+1

+12％                     +8+4

+13％                     +8+4+1

+14％                     +8+4+2

+15％                     +8+4+2+1

+16％                 +16

+17％                 +16+1

+18％                 +16+2

+19％                 +16+2+1

+20％                 +16+4

+21％                 +16+4+1

+22％                 +16+4+2

+23％                 +16+4+2+1

+24％                 +16+8

+25％                 +16+8+1

+26％                 +16+8+2

+27％                 +16+8+2+1

+28％                 +16+8+4

+29％                 +16+8+4+1

+30％                 +16+8+4+2

+31％                 +16+8+4+2+1

-1％                  -1

-2％                  -2

-3％                  -2-1

-4％                 -4

-5％                 -4-1

-6％                 -4-2

-7％                 -4-2-1

-8％                 -8

-9％                 -8-1

-10％                -8-2

-11％                -8-2-1

-12％                -8-4

-13％                -8-4-1

-14％                -8-4-2

-15％                -8-4-2-1

-16％                -16

-17％                -16-1

-18％                -16-2

-19％                -16-2-1

-20％                -16-4

-21％                -16-4-1

-22％                -16-4-2

-23％                 -16-4-2-1

-24％                 -16-8

-25％                 -16-8-1

-26％                 -16-8-2

-27％                 -16-8-2-1

-28％                 -16-8-4

-29％                 -16-8-4-1

-30％                 -16-8-4-2

-31％                 -16-8-4-2-1实例6

使用1％、2％、7％和21％的调压绕组(相应的称其为绕组1、2、7、21)，便可以如下所示，在步长为1％的条件下，提供在正的和负的百分之三十一的范围内的电压调节。它可以同时组合的使用降压和升压模式。所需提供的调节动作：    所包括的调节绕组：

0                           0

+1％                        +1

+2％                        +2

+3％                        +2+1

+4％                        +7-2-1

+5％                  +7-2

+6％                  +7-1

+7％                  +7

+8％                  +7+1

+9％                  +7+2

+10％                 +7+2+1

+11％                 +21-7-2-1

+12％                 +21-7-2

+13％                 +21-7-1

+14％                 +21-7

+15％                 +21-7+1

+16％                 +21-7+2

+17％                 +21-7+2+1

+18％                 +21-2-1

+19％                 +21-2

+20％                 +21-1

+21％                 +21

+22％                 +21+1

+23％                 +21+2

+24％             +21+2+1

+25％             +21+7-2-1

+26％             +21+7-2

+27％             +21+7-1

+28％             +21+7

+29％             +21+7+1

+30％             +21+7+2

+31％             +21+7+2+1

-1％              -1

-2％              -2

-3％              -2-1

-4％              -7+2+1

-5％              -7+2

-6％              -7+1

-7％              -7

-8％              -7-1

-9％              -7-2

-10％             -7-2-1

-11％             -21+7+2+1

-12％             -21+7+2

-13％             -21+7+1

-14％             -21+7

-15％             -21+7-1

-16％             -21+7-2

-17％             -21+7-2-1

-18％             -21+2+1

-19％             -21+2

-20％             -21+1

-21％             -21

-22％             -21-1

-23％             -21-2

-24％             -21-2-1

-25％             -21-7+2+1

-26％             -21-7+2

-27％             -21-7+1

-28％             -21-7

-29％             -21-7-1

-30％             -21-7-2

-31％            -21-7-2-1

这些串联式降压/升压电压调节系统和装置可以有效的用来控制电压，调节在高天花板的大型百货商店等等中用的照明系统的亮度和照度，这种百货商店具有许多窗户以采集自然光。这种照明系统常常需要满负载电压以点燃灯，然后当采集到的自然光增多时，又往往要降低电压以减小其亮度，反之亦然。

不难理解，为了满足特定的单相和三相交流电压调节的需要和环境的需要，本领域的技术人员还可以获得其它的变形和改形。所以本发明并不仅限于为了说明而给出的各个实施例，它还包括不脱离本发明的主题和保护范围的各种变形和改形，包括如下述的权利要求所限定的各种变形和改形，以及其等价物。

Claims (20)

1．一种串联式可调节当前交流电压的装置(20)，该装置用于将调节后的交流电源电压由输出端子输出至电气负载，而且该装置还具有一个与交流电源相连接的输入端子，其特征在于所述的装置包括有：

至少为第一、第二和第三铁磁互感器芯体(21,22,23)，它们分别具有第一、第二和第三横截面积：

所述的第一、第二和第三横截面积具有不同的尺寸；

分别设置在所述的第一、第二和第三芯体上的第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)；

所述的第一调压绕组(1)仅与所述的第一芯体(21)电磁偶合；

所述的第二调压绕组(2)仅与所述的第二芯体(22)电磁偶合；

所述的第三调压绕组(3)仅与所述的第三芯体(23)电磁偶合；

所述的第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)分别具有第一、第二和第三数目的匝数；

所述的第一、第二和第三数目具有相对应的值N1、N2和N3，其中N1、N2和N3是预先确定的数目；

开关组件(S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7)，用于有选择的将所述的第一、第二和/或第三调压绕组(1,2,3)与交流电源(36)相连接，并且用于有选择的使不与交流电源相连接的所述的第一、第二和/或第三调压绕组(1,2,3)，处于短路状态；

设置在所述的第一、第二和第三芯体上的主要绕组(30)；

所述的主要绕组(30)与所述的各个第一、第二和第三芯体(21,22,23)电磁偶合；

所述的主要绕组(30)具有用于与交流电源相连接的所述的输入端子(31)；

所述的主要绕组(30)具有用于将调节后的交流电源的电压由输出端子(32)施加至电气负载的所述的输出端子。

2．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述的开关组件(S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7)分别包括有第一、第二和第三电阻组件(R)；

当第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)分别被有选择的由短路连接状态切换至与交流电源相连接的状态时，所述的第一、第二和第三电阻组件分别通过所述的第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)暂时的与电路相连接；

当第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)分别被有选择的由与交流电源相连接的状态切换至短路连接状态时，所述的第一、第二和第三电阻组件分别通过所述的第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)暂时的与电路相连接。

3．如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括有：

第一、第二和第三过渡电流流通通道组件，当相应的第一、第二和第三调压绕组由短路状态有选择性切换至与交流电源相连接的状态时，该组件分别为第一、第二和第三调压绕组提供过渡电流流通通道；

而且当相应的第一、第二和第三调压绕组由与交流电源相连接的状态有选择性切换至短路状态时，该组件分别为第一、第二和第三调压绕组提供过渡电流流通通道。

4．如权利要求3所述的装置，其特征在于：

所述的第一、第二和第三过渡电流流通通道组件中的每一个均包括有相应的电阻组件。

5．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述的开关组件分别有选择的将第一、第二和/或第三调压绕组，在降压模式下或升压模式下与交流电源相连接，以相对于施加在主要绕组的输入端子处的电压，降低或升高传送至电压主要绕组的输出端子处的电压。

6．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述的第一、第二和第三芯体均具有相同的高度和宽度，而且均设置有具有相同高度和宽度的绕组窗口；

所述的第一、第二和第三具有不同的厚度，以提供所述的彼此不同的横截面积尺度。

7．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述的横截面积的X面积基元、Y面积基元和Z面积基元的相对比率基本上为1比2比4。

8．如权利要求5所述的装置，其特征在于：

所述的横截面积的X面积基元、Y面积基元和Z面积基元的相对比率基本上为1比2比7。

9．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

所述的第一、第二和第三芯体是用于具有A、B和C相的交流电源的三相芯体；

所述的第一、第二和第三调压绕组中的每一个均包括有分别用于A、B和C相的三个绕组，

所述的主要绕组包括有分别用于A、B和C相的三个绕组。

10．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

它具有四个芯体，芯体横截面积的相对尺寸比率基本上为1比2比4比8。

11．如权利要求5所述的装置，其特征在于：

它具有四个芯体，芯体横截面积的相对尺寸比率基本上为1比2比7比21。

12．如权利要求1所述的装置，其特征在于：

它具有五个芯体，芯体横截面积的相对尺寸比率基本上为1比2比4比8比16。

13．如权利要求1所述的装置，其特征在于进一步包括有：

响应在各个开关组件处的过零点的控制组件，用于在相应的开关组件处产生了电压的过零点时，立刻有选择性的触发相应的开关组件。

14．一种串联式电压调节互感器，其特征在于包括：

一个主要绕组(30)，该主要绕组具有一个与交流电源相连接的输入端子(31)，和一个与电气负载电路连接的输出端子(32)，从而将所述的主要绕组串联连接在所述的交流电源和所述的电气负载之间的电路中；

至少为第一、第二和第三铁磁互感器芯体(21,22,23)；

所述的第一、第二和第三芯体(21,22,23)具有第一、第二和第三横截面积；

所述的第一、第二和第三横截面积在尺度上依次相对增大；

所述的主要绕组(30)与所述的各个第一、第二和第三芯体(21,22,23)电磁偶合；

第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)仅分别与所述的第一、第二和第三芯体电磁偶合；

所述的第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)分别具有第一、第二和第三数目的匝数；

所述的第一、第二和第三匝数依次相对减小；

所述的第一、第二和第三匝数与所述的第一、第二和第三横截面积的尺度基本上成反比。

15．如权利要求14所述的串联式电压调节互感器，其特征在于：

所述的第一、第二和第三横截面积的相对尺度比率基本上为1比2比4。

16．如权利要求14所述的串联式电压调节互感器，其特征在于：

它至少具有第一、第二、第三和第四铁磁互感器芯体；

所述的第一、第二、第三和第四芯体具有第一、第二、第三和第四横截面积；

所述的第一、第二、第三和第四横截面积在尺度上依次相对增大；

所述的主要绕组与所有这四个所述的第一、第二、第三和第四芯体相偶合；

它至少具有第一、第二、第三和第四调压绕组；

所述的第一、第二、第三和第四调压绕组仅分别与所述的第一、第二、第三和第四芯体电磁偶合；

所述的第一、第二、第三和第四调压绕组分别具有第一、第二、第三和第四匝数；

所述的第一、第二、第三和第四匝数依次相对减小；

所述的第一、第二、第三和第四匝数与所述的第一、第二、第三和第四横截面积的尺度基本上成反比。

17．一种电压调节互感器装置，其特征在于包括有：

至少为第一、第二和第三的铁磁互感器芯体(21,22,23)；

所述的各个铁磁互感器芯体(21,22,23)具有基本上相同的高度和宽度；

所述的第一、第二和第三铁磁互感器芯体(21,22,23)具有依次增大的厚度；

所述的第一、第二和第三互感器芯体(21,22,23)分别具有第一、第二和第三绕组窗口(27)；

所述的窗口(27)具有基本上相同的高度和宽度；

所述的第一、第二和第三互感器芯体(21,22,23)呈彼此空间分离的方式设置，而且与彼此空间分离设置的所述的窗口(27)平行设置；

一个主要绕组(30)，它具有许多匝，穿过所述的第一、第二和第三窗口(27)，并且通过所有所述的芯体(21,22,23)的位置；

第一、第二和第三调压绕组(1,2,3)；

所述的第一调压绕组(1)具有第一数目的匝数，穿过所述的第一窗口(27)，并且通过所述的第一芯体(21)的位置；

所述的第二调压绕组(2)具有第二数目的匝数，穿过所述的第二窗口(27)，并且通过所述的第二芯体(22)的位置；

所述的第三调压绕组(3)具有第三数目的匝数，穿过所述的第三窗口(27)，并且通过所述的第三芯体(23)的位置。

18．如权利要求17所述的电压调节互感器装置，其特征在于：

所述的第一、第二和第三匝数依次相对减小。

19．如权利要求18所述的电压调节互感器装置，其特征在于：

所述的第一、第二和第三匝数与所述的第一、第二和第三芯体的尺度基本上成反比。

20．一种电压调节互感器装置，其特征在于包括：

至少为第一、第二和第三铁磁互感器芯体(21’,22’,23’)；

所述的各个铁磁互感器芯体(21’,22’,23’)具有基本上相同的高度和宽度；

所述的第一、第二和第三铁磁互感器芯体(21’,22’,23’)具有依次增大的厚度；

所述的第一、第二和第三互感器芯体(21’,22’,23’)分别具有一对第一、一对第二和一对第三绕组窗口(27)；

所述的各个窗口(27)具有基本上相同的高度和宽度；

所述的第一、第二和第三互感器芯体呈(21’,22’,23’)彼此空间分离的方式设置，而且与彼此空间分离设置的所述的一对第一、一对第二和一对第三窗口平行设置；

一个“A”相主要绕组(30A)，它具有许多匝；

所述的“A”相主要绕组(30A)至少穿过所述的第一、第二和第三窗口中的一个，并且通过所述的第一、第二和第三芯体(21’,22’,23’)的位置，与第一、第二和第三芯体(21’,22’,23’)电磁偶合；

一个“B”相主要绕组(30B)，它具有的匝数与所述的“A”相主要绕组的匝数相等；

所述的“B”相主要绕组至少穿过所述的第一、第二和第三窗口中的一个，并且通过所述的第一、第二和第三芯体(21’,22’,23’)的位置，与第一、第二和第三芯体(21’,22’,23’)电磁偶合；

一个“C”相主要绕组(30C)，它具有的匝数与所述的“A”相主要绕组的匝数相等，而且还与所述的“B”相主要绕组的匝数相等；

所述的“C”相主要绕组至少穿过所述的第一、第二和第三窗口中的一个，并且通过所述的第一、第二和第三芯体(21’,22’,23’)的位置，与第一、第二和第三芯体电磁偶合；

第一、第二和第三“A”相调压绕组分别具有第一、第二和第三匝数；

所述的“A”相调压绕组的所述的第一、第二和第三的匝数的值分别为N1、N2和N3；

第一、第二和第三“B”相调压绕组分别具有第一、第二和第三匝数；

所述的“B”相调压绕组的所述的第一、第二和第三的匝数的值分别为N1、N2和N3；

第一、第二和第三“C”相调压绕组分别具有第一、第二和第三匝数；

所述的“C”相调压绕组的所述的第一、第二和第三的匝数的值分别为N1、N2和N3；

所述的第一、第二和第三“A”相调压绕组分别穿过所述的第一、第二和第三窗口，并且通过所述的第一、第二和第三芯体的位置，分别仅与所述的第一、第二和第三芯体电磁偶合；

所述的第一、第二和第三“B”相调压绕组分别穿过所述的第一、第二和第三窗口，并且通过所述的第一、第二和第三芯体的位置，分别仅与所述的第一、第二和第三芯体电磁偶合；

所述的第一、第二和第三“C”相调压绕组分别穿过所述的第一、第二和第三窗口，并且通过所述的第一、第二和第三芯体的位置，分别仅与所述的第一、第二和第三芯体电磁偶合；

值N1、N2和N3与所述的第一、第二和第三芯体的厚度基本上成反比。

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