CN1074210C - 磁差分感应调压器及其构成的调压电源和功率因素补偿器 - Google Patents

Abstract

本发明采用等截面三柱式铁芯制作每一相变压器机构，初级线圈绕于中心柱，次级线圈绕在一边柱上，另一边柱作调压过程中的磁分路；三柱共用一个可在三柱端面上作平稳直线滑动的横轭，产生磁差分感应而使输出电压发生变化。采用该磁差分感应调压器为基础，可做成大功率交流调压器。若于其后再加一级带平衡电控器的6-96相半波整流电路，即构成大功率低损耗直流调压电源。若将三相磁差分感应调压器的初次级绕组作改接，以产生一个相对于电网各相电压相位超前90°的三相补偿电压，并统一驱动三相横轭，即可实现电网功率因数的无触点自动补偿。

Description

磁差分感应调压器及其构成的调压电源和功率因素补偿器

本发明涉及电工调压和功率因数补偿装置，特别是一种磁差分感应调压器及其构成的磁差分感应直流调压电源和磁差分感应调压功率因数补偿装置。

目前，实现大功率交流调压的方法共有下列六种：一是变压器抽头接触调压，多用碳刷或金属触点，它们允许通过的电流有限；二是旋转感应调压器，调压时间较长，难于提供低压大电流；三是采用磁放大器，须多耗直流控制功率，且抵消控制绕组上感生的交流高压比较费事；四是采用动铁或动圈方式，调压范围有限；五是采用晶闸管调相方式，谐波污染大，可靠性差；六是采用逆变方式，但多一重逆变就多一重损耗，且原器件价格昂贵，也不耐用。大电流直流调压一直是个难题，过去只能靠改变变压器抽头和用晶闸管调相或开关电源的方式解决，它们能提供的电流都有限，且都有谐波污染大的共同缺点，可靠性也不尽理想。而实现功率因数补偿的办法，目前多半是并联电容器，补偿量的调整方式不外乎采用交流接触器触点、晶闸管或二者的组合来切换多个电容器组，但电容器易击穿，触点或晶闸管易烧坏，且用此办法绝难实现功率因数的完全补偿；新近出现用晶闸管加电容器来构成可调电容器或用晶体管组合来产生容性无功功率的办法，都须用有源器件来实现，它们都存在着可靠性不尽理想的问题，且电压越高、功率越大，麻烦越多。

本发明的目的之一在于提供一种通过调整变压器机构铁芯横轭位置而实现宽范围无触点无级调压、电压波形无畸变、空载损耗小、因而高效可靠、能减少维护工作量的磁差分交流感应调压器。

本发明的目的之二在于在上述磁差分交流感应器的基础上，再加一级带平衡电抗器的多相半波整流电路，而构成的大电流低损耗直流调压电源。

本发明的目的之三在于提供一种通过恰当改变三相磁差分感应调压器初次级绕组的接线方式，以产生一个相对于电网各相电压相位超前90°的三相补偿电压，将其叠加到供电线路上，从而实现功率因数的无触点无级补偿和极高的补偿精度的磁差分感应调压功率因数补偿装置。

本发明的上述目的之一是通过这样的技术方案实现的，即一种磁差分感应调压装置，包括单相或多相变压器机构，其特征在于：装置的每一相变压器机构均采用等截面三柱式铁芯制作，初级线圈绕于中心柱，次级线圈绕在任一边柱上；另一边柱空着，只作调压过程中的磁分路，三柱共用一个能在三柱端面上作平稳直线滑动、令其和两边柱端面的贴合面积按差分方式增减的横轭。

本发明的上述结构可以通过附图给出的非限定性的实施例进一步说明。

附图为本发明的一个实施例的结构示意图。

参见附图：磁差分感应调压装置，包括单相或多相变压器机构，其特征在于：装置的每一相变压机构采用等截面三柱式铁芯2制作，初级线圈N1绕于中心柱，次级线圈N2绕在任一边柱上，另一边空着，只作调压过程中的磁分路；三柱共用一个能在三柱端面上作平稳直线滑动、令其和两边柱端面的贴合面积按差分方式增减的横轭1。

本发明的的工作原理是这样的：当横轭1只贴合在铁芯2的中心柱和次级边柱端面时，次级线圈N2即感应输出全电压；当该横轭搭上空边柱而逐步调离次级边柱时，中心柱上初级线圈N1产生的磁力线即在两边柱之间进行差分分配，输出电压随之降低；当此横轭完全移离次级边柱时，输出即为零；在从全压到零的整个调压过程中，由于有弹簧5将横轭1与铁芯中心柱端面始终保持压紧，两边柱供磁力线通过的总截面积始终保持不小于中心柱截面积，因而初级线圈不会失磁而引起输入短路，同时也防止了交流共振；在整个调压范围内输出电压无波形畸变。在上述实施例子中，当可调横轭处于图示位置时，初级线圈产生的磁力线只在中心柱与左边柱之间环流，右边柱上次级线圈无磁力线交链，因而输出为零；当转动偏心轮驱使可调横轭右端搭上右边柱逐步右移时，输出电压即随之升高；当可调横轭胶离左边柱而完全贴合右边柱端面时，输出即为全压。三柱端面和可调横轭的下柱面均须磨平并加油润滑，以保证高效灵便。

上述技术方案的一个实施例中，三柱式铁芯2和可调横轭1均由矽钢片叠成并铆紧，初级线圈N1绕于中心柱，次级线圈N2绕在右边柱上，左边柱空着；可调横轭1用导轨限定其只在三柱端面中心点所确定的直线上滑动，并用弹簧5将横轭1和铁芯2的中心柱端面压紧，横轭1的驱动和定位由偏心轮4和弹簧3共同保证；偏心轮4采用手动或电动，转半周即可实现电压的全范围调整。

上述技术方案的另一个实施例是：将横轭1与中心柱固定，两边柱端面与横轭之间留有空隙，由一顺磁金属和一逆磁金属对焊后构成的薄片，两薄片一顺一逆插入间隙中，并同时相对于横轭的端面移动。这种结构同样能使在薄片进退时确保两边柱端面允许磁力线通过的面积按差分方式增减，同样能实现前述功能。

可调横轭1也可用杠杆、齿条、方纹螺杆或蜗轮蜗杆驱动，大功率设备还可用气动或液压方式驱动。

根据本发明，三相的磁差分感应调压装置由三个单相调压机构组成，三个可调横轭配装在一起统一驱动。

本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，即一种磁差分感应调压直流电源，其特征在于：由至少一个三相磁差分感应调压器的次级接成双反星形和至少两个三相磁差分感应调压器初级绕组分别接成三角形或星形，横轭统一驱动而构成。

本发明上述结构可以通过其几个非限定性的实施例进一步说明。

实施例1中，将一个三相磁差分感应调压器的次级接成双反星形，再加一级带平衡电抗器的6相半波整流电路，即做成大电流低损耗直流调压电源。

实施例2中，将两个三相磁差分感应调压器初级绕组分别接成三角形和星形，次级均为双反星形，六个横轭统一驱动，即做成12相半波整流的大电流低损耗直流调压电源。

总之，将多个三相磁差分感应调压器的初级电压作适当移相，次级均为双反星形，所有横轭统一驱动，即可做成24-96相整流的大电流低损耗直流调压电源

本发明的目的之三是通过这样的技术方案实现的，即一种磁差分感应调压功率因数补偿装置，其特征是：将三相磁差分感应调压器的初次级绕组按相对于电网各相电压相位超前90°、幅值连续可调的Y/Δ-9型或Δ/Y-9接线方式构成的三相补偿电源，其中所有三相横轭统一移动。

根据本发明，上述技术方案中的具体实施例1是：使用于Δ/Δ-12接线的电力变压器的功率因数补偿器，即将三相磁差分感应调压器的初次级线圈按Y/Δ-9型式连接而构成。使用时，将其各相次级线圈和电力变压器的同相次级线圈一一串联起来接成复合三角形，输出电压即叠加了用以抵消线路感性无功分量的补偿电压，同步移动三相横轭接需调整此电压幅值，即可实现供电线路功率因数的完全补偿；

上述技术方案中的具体实施例2是：适用于电力变压器为Y/Y-12接线的电力变压器的功率因数补偿器，即将三相磁差分感应调压器的初次级圈按Δ/Y-9型式连接。将其各相次级线圈和电力变压器的同相次级线圈一一串联起来后接成复合星形输出，功能也一样。

在上述两个实施例中，当采用自动补偿的方式时，只须采用一个高灵敏电流互感器对某一相交流电压每半周过零点的电流取样放大后用来控制伺服电机统一驱动三相横轭按需进退，即可保证线路功率因数始终维持在0.995以上。整个补偿电路完全无触点，也未接入电容器或任何有源器件，具有高效、高可靠、长寿命等突出优点。若将与之配合的电力变压器改为三相磁差分感应调压器，即可做成带功率因数自动补偿的有载调压器。

本发明由于所述结构而具有以下的优点：

1．调压是宽范围无触点无级的，为制造高效可靠的大电流、高电压交直流调压设备奠定了基础；

2．工作时对电网无谐波污染，也不干扰其他用电设备；

3．输出电压无波形畸变，特别适合电机等感性负载；

4．效率高，空载损耗小，无过剩电压产生多余的消耗，也根除了碳刷、触点及各类有源器件产生的热耗；

5．调压快捷，特别适合镀铭等工艺中需频繁升降电压的场合；

6．结构简单牢靠，通体无易损件，长寿命，免维护；

7．为功率因数补偿开辟了新路，应用本发明可做成无触点高效可靠免维护的功率因数自动精密补偿设备，高低压电网均适用。

本发明可用来制造大电流与超高压交直流无触点调压专用设备、宽范围调流又调压的弧焊电源和新一代电镀电触电源、直流电弧炼钢炉电源、盐浴炉变压器、电气铁道专用调压器和电气机车牵引电源等新技术产品；现有众多大功率设备采用本发明技术后将因电源电压可如意调整而更趋合理与完善。将上述功率因数自动补偿方案形成产品，并加热管散热器将铁芯和线包的发热有效地引出体外，即可做成树脂浇注式新一代电力变压器与有载调压器。它们可直接用于电厂、电话、直流输电系统中的换流站和所有输配电系统的功率因数自功精密补偿和送电调压、大功率交直流电机的软起动与调压调速、大型起重设备以及大功率风机和水泵的节能运行等诸多领域。它们将在国民经济中发挥重要作用，并在国际市场上创造无限产机。

Claims (14)

1．一种磁差分感应调压装置，包括单相或多相变压器机构，其特征在于：装置的每一相变压机构采用等截面三柱式铁芯(2)制作，初级线圈(N1)绕于中心柱，次级线圈(N2)绕在任一边柱上，另一边空着，只作调压过程中的磁分路；三柱共用一个能在三柱端面上作平稳直线滑动、令其和两边柱端面的贴合面积按差分方式增减的横轭(1)。

2．根据权利要求1所述的磁差分感应调压装置，其特征在于：三柱式铁芯(2)和可调式横轭(1)均由矽钢片叠成并铆紧；可调横轭(1)用导轨限定其只能在三柱端面上作直线上滑动，令其和两边柱端面的贴合面积按差分方式增减，并用弹簧(5)将横轭(1)和铁芯(2)的中心柱端面压紧，横轭(1)的驱动和定位由偏心轮(4)和弹簧(3)共同保证；偏心轮采用手动或电动；亦可用杠杆、齿条、方纹螺杆或蜗轮蜗杆以及气动、液压方式驱动动。

3．根据权利要求1、2所述的磁差分感应调压装置，其特征在于：在次级线圈(N2)的输出端接整流管。

4．根据权利要求1所述的磁差分感应调压装置，其特征在于：由三个单相调压机构组成，将三个可调横轭装配在一起统一驱动。

5．根据权利要求1所述的磁差分感应调压装置，其特征在于：由六个单相调压机构构成，其中三个单相调压机构的初级绕组按三角形连接，另外三个单相调压机构的初级绕组接成星形，六个横轭统一驱动。

6．根据权利要求1所述的磁差分感应调压装置，其特征在于：将横轭(1)与中心柱固定，两边柱端面与横轭之间留有空隙，由一顺磁金属和一逆磁金属对焊后构成的薄片，两薄片一顺一逆插入间隙中，并同时相对于横轭的端面移动。

7．一种磁差分感应调压直流电源，其特征在于：由至少一个三相磁差分感应调压器的次级接成双反星形和至少两个三相磁差分感应调压器初级绕组分别接成三角形或星形，横轭统一驱动而构成。

8．根据权利要求7所述的磁差分感应调压直流电源，其特征在于：将一个三相磁差分感应调压器的次级接成双反星形，再加一级带平衡电抗器的6相半波整流电路，做成大电流低损耗直流调压电源。

9．根据权利要求7所述的磁差分感应调压直流电源，其特征在于：将两个三相磁差分感应调压器初级绕组分别接成三角形和星形，次级均为双反星形，六个横轭统一驱动，做成12相半波整流的大电流低损耗直流调压电源。

10．根据权利要求1所述的磁差分感应调压装置，其特征在于：由三个单相调压机构构成，其初次级绕组按Y/Δ-9型式接线，三个横轭统一驱动。

11．一种磁差分感应调压功率因数补偿装置，其特征是：将三相磁差分感应调压器的初次级绕组按相对于电网各相电压相位超前90°、幅值连续可调的Y/Δ-9型或Δ/Y-9接线方式构成的三相补偿电源，其中所有三相横轭统一移动。

12．根据权利要求11所述的磁差分感应调压功率因数补偿装置，其特征是：将三相磁差分感应调压器的初次级线圈按Y/Δ-9型式连接而构成。

13．根据权利要求11所述的磁差分感应调压功率因数补偿装置，其特征是：将三相磁差分感应调压器的初次级圈按Δ/Y-9型式连接而构成。

14．根据权利要求11所述的磁差分感应调压功率因数补偿装置，其特征是：采用一个高灵敏电流互感器对某一相交流电压每半周过零点的电流取样放大后用来控制伺服电机统一驱动三相横轭按需进退。

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