CN107808752B - 一种四柱无级调压变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四柱无级调压变压器，其四柱铁芯与六只绕组构成的对称结构，能在两直流线圈受可控整流器的调节中，利用磁力线互不相交的作用关系，使其中间口型铁芯中的交变磁通动态地叠加直流磁通，也使其上、下横轭中的磁通对称增加，从而产生二次输出电压增高的效果；增磁型调压较改变一次绕组匝数的有载调压变压器具有二次侧易于控制且造价较低的优点，较曲折移相式调压是有二次绕组损耗小的优点，本发明适宜制造10/0.4KV的干式配电变压器。

Description

一种四柱无级调压变压器

技术领域

本发明涉及电力变压器技术领域，尤其涉及一种四柱无级调压变压器。

背景技术

对于10/0.4kv的配电变压器，现行技术大多采用无励磁调节开关进行无载的调节，而在电压质量要求较高的场所，则用大功率补偿型稳压器进行低压系统的电压调节，但其所用的补偿与自耦调压器件势必造成电能消耗及造价较高的问题。ZL201410082587.5的曲折接线型无级调压变压器，采用田字型的磁路与近似三角形的一次接线及曲折星形的二次绕线接线，并用先桥式整流后用可关断器件进行脉冲宽度调制的调节器进行平滑的无级调压，但其曲折移相的调节在二次绕组中形成的环流必然形成电能的浪费问题。ZL2011101187755的一种永磁增益变压器，采用五柱铁芯与永磁体构成边柱的铁芯结构，两初级线圈放于左、右两个叠片铁芯与放置于中柱铁芯的次级线圈，能利用初级线圈的交变磁通与永磁体形成的静态磁通，将永磁体磁通叠加于交变磁通之中而产生电压增益，但其用于配电变压器则存在波形畸变与不易调压的问题。如何提高城市供电质量及电力节能水平，仍然是具有价值及市场需求的课题。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种四柱无级调压变压器。

本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现，设计一种四柱无级调压变压器，包括四柱铁芯、一次绕组、二次绕组、直流绕组和可控整流器；其中，所述四柱铁芯包括两个中间立柱、两个边柱和两个横轭，是通过硅钢片对称叠合形成的四柱结构；一次绕组W1和W2分别套装于所述中间立柱上，二次绕组W3和W4分别套装于两个横轭或两个中间立柱上，直流绕组W5和W6分别套装于两个边柱上；将一次绕组W1末端和一次绕组W2首端联接于两电源端A1和A2，并将一次绕组W1首端与一次绕组W2末端相联成一次串联回路；将二次绕组W3末端、二次绕组W4首端联接至变压器输出端a1、a2，并将二次绕组W3首端与二次绕组W4末端相联成二次串联回路；将直流绕组W5末端与直流绕组W6首端相联，直流绕组W5首端、直流绕组W6末端联接于可控整流器T14的K+、K-端，并将可控整流器T14的交流输入端联接于变压器输出端a1、a2。

其中，提供三个四柱无级调压变压器为第一变压器、第二变压器和第三变压器，将三个四柱无级调压变压器的一次绕组W1的首端分别连接至三相电源输入的接线端A1、B1、C1，一次绕组W2的末端分别连接至三相电源输入的接线端B1、C1、A1；二次绕组W4的首端a2、b2、c2三个接线端连接至接地线，再将二次绕组W3的首端连接至三个四柱无级调压变压器的输出端a1、b1、c1；第一变压器的直流绕组W6的末端a4连接第二变压器的直流绕组W5的首端b3，第二变压器的直流绕组W6的末端b4连接第三变压器的直流绕组W5的首端c3，第一变压器的直流绕组W5的首端a3及第三变压器直流绕组W6的末端c4连接到可控整流器T14的直流输出端K+、K-；可控整流器T14的三相输入端连接至a1、b1、c1。

其中，设置三相电容器组，所述三相电容器组的电容分别连接于输出端a1和b1、b1和c1以及c1和a1之间。

其中，可控整流器是用4只或6只整流二极管联成单相或三相整流桥，在其正极顺向连接一只绝缘栅双极晶体管，用频率为3-10KHZ的三角形载波频率进行脉冲宽度调制。

区别于现有技术，本发明的四柱无级调压变压器的四柱铁芯与六只绕组构成的对称结构，能在两直流线圈受可控整流器的调节中，利用磁力线互不相交的作用关系，使其中间口型铁芯中的交变磁通动态地叠加直流磁通，也使其上、下横轭中的磁通对称增加，从而产生二次输出电压增高的效果；增磁型调压较改变一次绕组匝数的有载调压变压器具有二次侧易于控制且造价较低的优点，较曲折移相式调压是有二次绕组损耗小的优点，本发明适宜制造10/0.4KV的干式配电变压器。

附图说明

图1是本发明提供的一种四柱无级调压变压器中单相四柱变压器的实施方式的结构示意图；

图2是本发明提供的一种四柱无级调压变压器中三相四柱变压器的实施方式的结构示意图；

图3是本发明提供的一种四柱无级调压变压器中单相四柱变压器的另一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参阅图1，图1是本发明提供的一种四柱无级调压变压器的结构示意图。本实施方式提供的是一种单相四柱变压器，包括有四柱铁芯、一次绕组、二次绕组、直流绕组、电容器和可控整流器，四柱铁芯是用变压器常用的硅钢片叠合成中间是两个相同截面的中间立柱，两侧具有相同截面的边柱以及上、下横轭组合成三窗口结构，两边柱铁芯横截面较中柱铁芯小，可为是中间立柱横截面积的30%-60%，其中柱与横轭截面接近相等且采用斜接缝连接；一次绕组W1、W2套装于中间右、左两个中间立柱铁芯上，二次绕组W3、W4套装于上、下横轭铁芯上，直流绕组W5、W6套装于两个边柱铁芯上，并以同一磁回路产生相同的电势极性确定线圈的首末端，绕组绕制工艺采用现行工艺做法；一次绕组W1末端、W2首端联于两电源（高压）端A1、A2，并将W1首端与W2末端相联成一次串联支路，二次绕组W3末端，W4首端连接至两输出端a1、a2，并将W3首端与W4末端相联成二次串联支路，还在a1、a2两端联接电容器Co1，直流线圈W5末端与W6首端相联，W5首端、W6末端对应联接于可控整流器T14的K+、K-两端，共引出六个接线端；套装于中间两立柱的W1、W2一次线圈采用相同匝数相同绕向，绕成筒形后穿套在叠片铁芯上，两边柱的直流（调节）线圈W5、W6匝数也相同，先绕成圆筒后再穿套在边柱上，而后逐片插上横轭硅钢片，其中中柱是斜接缝、边柱是直接缝，叠合成四柱三窗口结构。采用三角形裁波频率为6KHZ进行PWM控制的可控整流器，在其绝缘栅双极晶体管以快速通断方式控制直流输出电压在30-300V范围变化时，能使交流输出电压从200V往上升高40-80V，若采用闭环控制时，能使其具有较高精度的稳压功能。

在本实施方式中，采用硅钢片叠合成的较大截面两中间立柱与较小截面两边柱的对称四柱铁芯，并在两一次绕组置于两中柱以及两直流线圈置于两边柱铁芯的前提下，恰好形成右边柱在反时针方向、左边柱是顺时针方向磁通对两中柱交变磁通进行磁通叠加的作用过程，使得口型铁芯中的交流磁通的幅值增加（增磁），进而使得串联二次绕组的输出电压相应变化；在可控整流器T14输出直流电压的逐步升高中，且在A1端电位为正，经W1、W2产生沿口型铁芯反时针方向的磁通时，将受到W5直流绕组磁通的叠加作用而提高幅值，在A2端为正时产生的顺时针方向的磁通同样会受到直流线圈W6的磁通叠加，随此正、反磁通叠加直流磁通数值的逐渐变大，两次级线圈感应输出电压的数值也对应增大；由于W5与W6直流绕组的结构及其边柱铁芯结构完全相同，因此其分别产生的经由边柱铁芯从下往上的磁通数值也相同，两磁通交替且等量的叠加能使其合成磁通仍保持正弦形；上、下横轭中在原有交变磁通的基础上叠加边柱直流磁通，不论是顺时针方向叠加W6的磁通，还是反时针方向叠加W5的磁通，均有两横轭磁通仍保持相等及对称的特点，但在顺时针方向交变磁通的叠加时，由于磁力线互不相交的特点，在左中柱中的磁通仅有W2绕组产生的磁通，而右中柱则是W1产生的磁通与右边柱W5产生的磁通及左边柱W6产生磁通三者的叠加，在口型铁芯是反时针的磁通方向时，又将三个磁通的叠加关系转移到左中柱，由此产生了两二次绕组放于两中柱时也能基本感应出正弦波电压的效果；两二次绕组串联连接与二次输出端连接电容器Co1也是二次绕组输出正弦波的保证，只有在其串联连接时，才能使其或右中柱或左中柱磁通量较大且对称变化的磁通转移过程产生平衡；可控整流器采用单相或三相的桥式整流，再经绝缘栅双极晶体管或大功率晶体管，并用PWM方式控制其快捷通断，进而控制直流输出电压的变化，不仅能对串联的两个或六个直流绕组的电压进行平滑的调节，也能避免对一次输出端造成谐波污染，同理，采用晶闸管联成整流桥并以移相触发方式控制也能控制直流输出电压的变化，但存在对交流电源形成谐波电流的问题。由于两直流绕组是施加直流电压，因此其铁芯可采用电工纯铁类导磁件，但其存在与叠合的口型铁芯不宜联为一体的问题。

参阅图2，图2是本发明的另一实施方式中的一种三相四柱无级调压变压器，包括三只四柱铁芯、三套一次、二次和直流绕组、电容器组和三相可控整流器，其特征是：所述的三只四柱铁芯采用上、中、下垂直布置的组合方式，各中框与横轭采用接近相同的截面积、两边柱截面积是中柱的50%，三只增磁型变压器用Aa、Bb、Cc表示；各一次绕组W1、W2套装于中间左右（第2、第3）两个中柱铁芯上，二次绕组W3、W4与一次绕组共同绕制成内、外圈的筒形结构，穿套在右、左中柱铁芯上，直流绕组也绕成筒形套在边柱上，各层分别的一次、二次、直流绕组两两以末端联首端方式串联连接，按产生相同电势极性方式确定各绕组的首末端；上层一次绕组A2与中层一次绕线B1相联，中层B2与下层一次绕组C1相联，C2与A1相联构成三角形接线，三个接线端A1、B1、C1联接至电源端（高压）；上层、中层、下层分别两两串联的二次绕组按照a2、b2、c2三端联成中性端o而构成三相星形接线，三个二次输出端a1、b1、c1还联接三相电容器组Co1、Co2、Co3；三层分别两两串联的直流（调节）绕组，按照a4与b3、b4与c3相联方式串联并引出a3、c4两接线端，三相整流二极管构成整流桥的三个输入端联至a1、b1、c1，其直流输出端K+、K-联至a3、c4而成直流调压回路。同时可在直流输出端以正端接负极的方式连接一续流整流器。调压范围随边柱截面增大而提高，适宜制作城市使用的具有稳压功能的配电变压器。

采用两只普通晶闸管对两直流绕组进行移相触发的交替换流的半波控制，利用其正、负半波与相邻中柱一次线圈同步进行磁通叠加，即A1端为正时W6对应通流的切换规律，同理能进行输出电压的调节；采用三相组合结构时，宜将三只四柱铁芯采用上、中、下三层叠装的结构，相应的二次绕组与一次绕组共同装于两立柱上，若二次绕组装于上、下横轭，三只铁芯宜平行排列设置而组成三相变压器；在两边柱铁芯与口型叠片铁芯的上、下接触部位处，对称配加稀土永磁块，能用此增磁作用提高变压器的传输效应。

参阅图3，图3是本发明的另一实施方式中的一种单相四柱无级调压变压器，在四柱铁芯中间的两立柱上套装两一次绕组W2、W1，在中间的口型铁芯上、下横轭从绝缘线穿绕方式制成二次绕组W3、W4，将W3末端、W4首端引出输出a1、a2，将W3首端与W4末端相联而引出ao端；直流绕组与W6末端共同联连在ao端；可控整流器是用两只晶闸管T1、T2，用其阴极对应联接W5、W6的首端，T1阳极端联至a2，T2阳极端联至a1，两晶闸管用移相触发方式控制。在A1端为正时，对应触发T1导通，两个正半波电流产生的磁通经由W3、W4绕组中的铁芯，在A2端为正时，触发T2导通，顺时针方向的磁通也经由W3、W4横轭铁芯而产生感应电势，随晶闸管触发角度的延迟、二次绕组感应电势相应降低。用两只晶闸等代替可控整流器的调节方式，具有控制简单的优点，但在较大延迟角度的低电压输出时，存在电压波形畸变的问题。若在两边柱铁芯与口型中部铁芯之间附设四块稀土永磁体，构成对称的静态磁路结构，能提高变压器的传输效率。

区别于现有技术，本发明的四柱无级调压变压器的四柱铁芯与六只绕组构成的对称结构，在两直流线圈受单相半波电流控制而叠加半波磁通；利用磁力线互不相交的作用关系，使其中间口型铁芯中的交变磁通动态地叠加半波磁通，也使其上、下横轭中的磁通对称增加，从而产生二次输出电压增高的效果；增磁型调压较改变一次绕组匝数的有载调压变压器具有二次侧易于控制且造价较低的优点，较曲折移相式调压是有二次绕组损耗小的优点，本发明适宜制造10/0.4KV的干式配电变压器。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种四柱无级调压变压器，其特征在于，包括四柱铁芯、一次绕组、二次绕组、直流绕组和可控整流器；其中，所述四柱铁芯包括两个中间立柱、两个边柱和两个横轭，四柱铁芯是用变压器常用的硅钢片叠合成中间是两个相同截面的中间立柱，两侧具有相同截面的边柱以及上、下横轭组合成三窗口结构，两边柱铁芯横截面是中间立柱横截面积的30％-60％，其中柱与横轭截面相等；一次绕组W1和W2分别套装于所述中间立柱上，二次绕组W3和W4分别套装于两个横轭上，直流绕组W5和W6分别套装于两个边柱上；将一次绕组W1末端和一次绕组W2首端联接于两电源端A1和A2，并将一次绕组W1首端与一次绕组W2末端相联成一次串联回路；将二次绕组W3末端、二次绕组W4首端联接至变压器输出端a1、a2，并将二次绕组W3首端与二次绕组W4末端相联成二次串联回路；将直流绕组W5末端与直流绕组W6首端相联，直流绕组W5首端、直流绕组W6末端联接于可控整流器T14的K+、K-端，并将可控整流器T14的交流输入端联接于变压器输出端a1、a2。

2.根据权利要求1所述的四柱无级调压变压器，其特征在于，变压器输出端a1和a2之间设置一电容器。

3.根据权利要求1所述的四柱无级调压变压器，其特征在于，提供三个四柱无级调压变压器为第一变压器、第二变压器和第三变压器，将各一次绕组W1首端与W2末端连接成一相绕组，再将三相绕组按照依次相差2/3π电角度连接成三角形接线，三个相连端A1、B1、C1连接至三相电源端；三相二次绕组W4的首端a2、b2、c2三个接线端连接至接地线，再将三相二次绕组W3的首端连接至三个四柱无级调压变压器的输出端a1、b1、c1；第一变压器的直流绕组W6的末端a4连接第二变压器的直流绕组W5的首端b3，第二变压器的直流绕组W6的末端b4连接第三变压器的直流绕组W5的首端c3，第一变压器的直流绕组W5的首端a3及第三变压器直流绕组W6的末端c4连接到可控整流器T14的直流输出端K+、K-；可控整流器T14的三相输入端连接至a1、b1、c1。

4.根据权利要求3所述的四柱无级调压变压器，其特征在于，设置三相电容器组，所述三相电容器组的电容分别连接于输出端a1和b1、b1和c1以及c1和a1之间。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的四柱无级调压变压器，其特征在于，所述可控整流器是用4只或6只整流二极管联成单相或三相整流桥，在其正极顺向连接一只绝缘栅双极晶体管，用频率为3-10KHZ的三角形载波频率进行脉冲宽度调制。