CN110797868A - 一种单相或两相转三相供电构造 - Google Patents

一种单相或两相转三相供电构造 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单相或两相转三相供电构造，属于电力电网供配电技术领域。该构造包括输电线、电源变换器和单相组合式变压器；单相组合式变压器的三相端口作为输出端口给用户提供三相电源，电源变换器的输入端与输电线相连。所述单相组合式变压器由第一单相变压器和第二单相变压器通过电源变换器连接方式构成，单相组合式变压器中第一单相变压器输入侧与输电线连接，单相组合式变压器中第二单相变压器输入端与电源变换器的输出端连接。本发明能实现通过单相电线和两相输电线来为用户提供三相电源的功能，广泛适用于配电系统改造和故障抢修。

Description

一种单相或两相转三相供电构造
技术领域
本发明涉及电力供配电技术领域。
背景技术
在电力系统交流供电方式中，三相交流供电制式被广泛采用。而在我国低压配电领域，一般采用架设单相输电线为用户提供电能，在部分地区用户地理上比较分散，也采用两相输电线的方式为用户提供电能。当仅接入单相或者两相输电线的用户需要使用三相电源时，依据现有技术，只能够重新架设三相输电线来为用户提供三相电源，耗时长，成本高，经济性低。
同时，由于输电线一般架设在室外，地域跨度较广，环境情况多变，由于长期受机械力、电磁力的作用和热效应以及严重氧化、接触不良等原因，而产生各种断线故障，使设备不能正常运行。当原先的三相输电线由于外界原因造成一相或两相断线故障时，三相供电方式就变成了非三相供电的供电方式，从而无法为用户提供其所需的三相电源。现有解决方案仅能通过电力维修人员经济抢修才能在短时间内提供三相电源，而在恶劣天气下进行抢修有很大的危险性，电力维修人员的人身安全难以得到保障。
如果能在电网电能质量允许的情况下，通过较为简捷的电力设备构造，实现将单相或两相输电线转换为三相供电方式，从而使得用户可以在较短时间内以较低的成本获得三相电源，不仅能够节省输电设施的成本投入，还能够在三相输电线发生断线故障时实现三相电源的紧急提供，避免电力维修人员在环境恶劣的条件下进行抢修，保障电力维修人员的人身安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种单相或两相转三相供电构造，它能有效地解决通过单相或两相输电线提供三相电源的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种单相或两相转三相供电构造，该供电构造包括：与电网相连的输电线、与单相变压器连接的电源变换器，由第一单相变压器T1和第二单相变压器T2连接构成单相组合式变压器，所述单相组合式变压器中B端子、C端子分别与所述电源变换器的输出端口中的M端子、N端子连接；第一单相变压器T1输入侧直接与输电线连接，电源变换器的输入端与输电线相连，电源变换器的输出端与第二单相变压器T2输入端连接；所述第一单相变压器T1的输出端口中的k端子接入第二单相变压器T2输出绕组中间抽头e，第一单相变压器T1的输出端口中的a端子与第二单相变压器T2输出侧的b端子、c端子共同构成三相输出侧。
所述输电线为单相输电线时，电源变换器输入端中的P端子与输电线相连，其输入端中的Q端子接地；单相组合式变压器中A端子与输电线相连，K端子接地。
所述输电线为两相输电线时，电源变换器输入端口中的P端子、Q端子分别与输电线的A相输电线LA、B相输电线LB相连；单相组合式变压器中A端子、K端子分别与输电线的A相输电线LA、B相输电线LB相连。
所述电源变换器包括整流侧的第一大功率开关器件SVG1、逆变侧的第二大功率开关器件SVG2、直流储能电容Cd和脉宽调制器，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2采用串联方式连接，它们之间接入直流储能电容Cd，用于为第一大功率开关器件和第二大功率开关器件的发射极E和集电极j之间提供电压支撑；第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2的控制极G均与脉宽调制器的输出端相连。
所述电源变换器的第一大功率开关器件SVG1的输入电流大小等于输电线中输入电流大小的二分之一；第二单相变压器T2中B端子与C端子之间的输入电压UB与第一单相变压器T1中A端子与K端子之间的输入电压UA大小相等，且相位彼此成90度。
所述第一大功率开关器件SVG1包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管BG的控制极G均与脉宽调制器的输出端相连；每两只大功率晶体管BG通过其中一只大功率晶体管BG的发射极E与另一只大功率晶体管BG的集电极j串联构成一组大功率晶体管组，两组大功率晶体管组发射极E两两相连，集电极j两两相连；两组大功率晶体管组内的发射极E与集电极j的串联点构成第一大功率开关器件SVG1电流输入端的P端子、Q端子。
所述第二大功率开关器件SVG2包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管BG的控制极G均与脉宽调制器的输出端相连；每两只大功率晶体管BG通过其中一只大功率晶体管BG的发射极E与另一只大功率晶体管BG的集电极j串联构成一组大功率晶体管组，两组大功率晶体管组发射极E两两相连，集电极j两两相连；两组大功率晶体管组内的发射极E与集电极j的串联点构成第二大功率开关器件SVG2电流输出端，即电源变换器输出端的M端子和N端子。
所述大功率晶体管BG采用集成门极换向晶闸管或者绝缘栅双极性晶体管。
与现有技术相比，本发明技术的有益效果是：
一、在配电网只架设了中性点接地的单相输电线的地方，由于紧急短时需要三相电源，而架设新的三相线路时间不允许，在电网电能质量允许的情况下，可以通过本发明所述供电构造提供三相电源；
二、在配电网只架设了两相输电线的地方，由于紧急短时需要三相电源，而架设新的三相线路时间不允许，在电网电能质量允许的情况下，可以通过本发明所述供电构造提供三相电源；
三、三相用户有一相或两相断线，且当时维修环境较为恶劣时，可通过此方法提供三相电能，等气候环境好转后再维修线路，减少了电力维修人员室外抢修可能存在的安全隐患，也减少因为情况紧急带来更大事故的可能。
四、结构简单，通用性好，经济性好，易于实施。
附图说明
图1是本发明实施例一所述供电构造的基本结构示意图。
图2是本发明实施例一所述供电构造的具体结构连接示意图。
图3是本发明实施例一所述电源变换器的结构示意图。
图4是本发明实施例二所述供电构造的具体结构连接示意图。
图5是本发明脉宽调制器控制流程图
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清晰，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本发明所述供电构造的基本工作原理如下：采用脉宽调制器(脉冲宽度调制器)，利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行模拟控制方式，脉宽调制器可以根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
设输电线LA的电流为I、单相组合式变压器2中A端子的输入电流I1、第一大功率开关器件SVG1的输入电流为I2、单相组合式变压器2中A端子和K端子之间的输入电压为UA、单相组合式变压器2中B端子和C端子之间的输入电压为UB；利用脉宽调制器控制电源变换器3中第一大功率开关器件SVG1的输入电流I2为输电线LA的电流I的二分之一；
单相组合式变压器2中B端子和C端子之间的输入电压UB与单相组合式变压器2中A端子和K端子之间的输入电压UA大小相等，且相位彼此成90度，单相组合式变压器2的三相侧通过提供对称的三相电源，以供需要三相电能的负荷运行。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种单相或两相转三相供电构造，该供电构造主要包括输电线1、单相组合式变压器2和电源变换器3。所述输电线1用于对单相组合式变压器2和电源变换器3进行电流输送；所述单相组合式变压器2由第一单相变压器T1和第二单相变压器T2按照规定连接而成，用于将输电线1和电源变换器3所提供的电流进行变压和调相后再向用户提供对称的三相电源；所述电源变换器3用于将输电线1中经过分流的电流进行变换后向单相组合式变压器2供电；其中输电线1分别与电源变换器3、单相组合式变压器2连接，电源变换器3与单相组合式变压器2相连，单相组合式变压器2的三相侧给用户提供三相电源。
如图2和图3所示，中性点接地电网的220V输电线1为单相输电线且电流为I，输电线1分别接入单相组合式变压器2中的A端子和电源变换器3的P端子；输电线1输入单相组合式变压器2中的A端子的电流大小为I1，输入电源变换器3的P端子的电流大小为I2；单相组合式变压器2中的K端子接地；电源变换器3包括作为整流侧的第一大功率开关器件SVG1和作为逆变侧的第二大功率开关器件SVG2，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2采用串联方式连接，它们之间并联设置直流储能电容Cd；直流储能电容Cd用于为第一大功率开关器件和第二大功率开关器件的发射极E和集电极j提供电压支撑；第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2的控制极G均与脉宽调制器4的输出端相连；电源变换器3的Q端子接地，电源变换器3的M端子、N端子分别对应连接第二单相变压器2中的B端子、C端子；单相组合式变压器2三相侧a、b、c提供三相对称的电源给用户。
其中，电源变换器3中第一大功率开关器件SVG1的输入电流I2，为输电线LA的电流I的二分之一；第二单相变压器T2中B端子与C端子之间的输入电压UB与第一单相变压器T1中A端子与K端子之间的输入电压UA大小相等，且相位彼此成90°。
在本发明实施例中，所述第一大功率开关器件SVG1包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管BG的控制极G均与脉宽调制器4的输出端相连；每两只大功率晶体管BG通过其中一只大功率晶体管BG的发射极E与另一只大功率晶体管BG的集电极j串联构成一组大功率晶体管组；两组大功率晶体管组内的发射极E与集电极j的串联点构成第一大功率开关器件SVG1电流输入端P、Q；第一大功率开关器件SVG2中两组大功率晶体管组内未串联的发射极E相连，第一大功率开关器件SVG1中两组大功率晶体管组内未串联的集电极j相连。
在本发明实施例中，第二大功率开关器件SVG2与第一大功率开关器件SVG1的结构完全相同，所述第二大功率开关器件SVG2包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管BG的控制极G均与脉宽调制器4的输出端相连；每两只大功率晶体管BG通过其中一只大功率晶体管BG的发射极E与另一只大功率晶体管BG的集电极j串联构成一组大功率晶体管组；两组大功率晶体管组内的发射极E与集电极j的串联点构成第二大功率开关器件SVG2电流输出端M、N；第二大功率开关器件SVG2中两组大功率晶体管组内未串联的发射极E相连，第二大功率开关器件SVG2中两组大功率晶体管组内未串联的集电极j相连。
在本发明实施例中，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2采用串联连接方式，它们之间接入直流储能电容Cd。图4示出的大功率晶体管BG为集成门极换向晶闸管IGCT；在实际实施时，也可采用绝缘栅双极性晶体管IGBT。
实施例二
本发明实施例所述的一种单相或两相转三相供电构造与上述本发明实施例一的基本结构相同，即如图1所示，该供电构造主要包括输电线1、单相组合式变压器2和电源变换器3。所述输电线1用于对单相组合式变压器2和电源变换器3进行电流输送；所述单相组合式变压器2用于将输电线1和电源变换器3所提供的电流进行变压和调相后再向用户提供对称的三相电源；所述电源变换器3用于将输电线1中经过分流的电流进行变换后向单相组合式变压器2供电；其中输电线1分别与电源变换器3、单相组合式变压器2连接，电源变换器3与单相组合式变压器2相连，单相组合式变压器2向后给用户提供三相电源。
本发明实施例中所述电源变换器3中第一大功率开关器件SVG1、所述第二大功率开关器件SVG2和直流储能电容Cd的结构以及三者之间的连接方式与上述发明实施例一中如图3所示的结构完全相同，故此不再此赘述。
在本发明实施例中，在本发明实施例所述大功率晶体管BG为集成门极换向晶闸管IGCT；在实际实施时，所述大功率晶体管BG也可采用绝缘栅双极性晶体管IGBT。
结合图2和图4所示，本发明实施例所述的一种单相或两相转三相供电构造与上述发明实施例一的区别在于本发明实施例中所述的输电线1为两相输电线；两相输电线中的LA、LB之间电压为220V，输电线1中输入电流为I，输电线1中的A相输电线LA分别接入单相组合式变压器2中的A端子和电源变换器3的P端子，输入单相组合式变压器2中A端子的电流大小为I1，输入电源变换器3的P端子的电流大小为I2；输电线1中的B相输电线LB分别接入单相组合式变压器2中的K端子和电源变换器3的Q端子；电源变换器3包括作为整流侧的第一大功率开关器件SVG1和作为逆变侧的第二大功率开关器件SVG2，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2采用背靠背连接方式,之间并联设置直流储能电容Cd用于为第一大功率开关器件和第二大功率开关器件的发射极E和集电极j提供电压支撑，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2的控制极G均与脉宽调制器4的输出端相连；第二大功率开关器件SVG2的输出端，即电源变换器3的M端子、N端子分别对应连接单相组合式变压器2中的B端子、C端子；单相组合式变压器2三相侧a、b、c提供三相对称的电源给用户。
图5为脉宽调制器控制流程图，其中，电源变换器3中第一大功率开关器件SVG1的输入电流I2，为输电线LA的电流I的二分之一；第二单相变压器T2中B端子和C端子之间的输入电压UB与第一单相变压器T1中A端子和K端子之间的输入电压UA大小相等，且相位彼此成90度。

Claims (8)

1.一种单相或两相转三相供电构造，该供电构造包括：与电网相连的输电线(1)、与单相变压器连接的电源变换器(3)，其特征在于：由第一单相变压器T1和第二单相变压器T2连接构成单相组合式变压器(2)，所述单相组合式变压器(2)中B端子、C端子分别与电源变换器(3)的输出端口中的M端子、N端子连接；第一单相变压器T1输入侧直接与输电线(1)连接，电源变换器(3)的输入端与输电线(1)相连，电源变换器(3)的输出端与第二单相变压器T2输入端连接；所述第一单相变压器T1的输出端口中的k端子接入第二单相变压器T2输出绕组中间抽头e，第一单相变压器T1的输出端口中的a端子与第二单相变压器T2输出侧的b端子、c端子共同构成三相输出侧。
2.根据权利要求1所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于：所述输电线(1)为单相输电线时，电源变换器(3)输入端中的P端子与输电线(1)相连，其输入端中的Q端子接地；单相组合式变压器(2)中A端子与输电线(1)相连，K端子接地。
3.根据权利要求1所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于，所述输电线(1)为两相输电线时，电源变换器(3)输入端口中的P端子、Q端子分别与输电线(1)的A相输电线LA、B相输电线LB相连；单相组合式变压器(2)中A端子、K端子分别与输电线(1)的A相输电线LA、B相输电线LB相连。
4.根据权利要求1所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于，所述电源变换器(3)包括整流侧的第一大功率开关器件SVG1、逆变侧的第二大功率开关器件SVG2、直流储能电容Cd和脉宽调制器(4)，第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2串联方式连接，它们之间接入直流储能电容Cd，用于为第一大功率开关器件和第二大功率开关器件的发射极E和集电极j之间提供电压支撑；第一大功率开关器件SVG1和第二大功率开关器件SVG2的控制极G均与脉宽调制器(4)的输出端相连。
5.根据权利要求1所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于，所述电源变换器(3)的第一大功率开关器件SVG1的输入电流大小等于输电线(1)中输入电流大小的二分之一；第二单相变压器T2中B端子与C端子之间的输入电压UB与第一单相变压器T1中A端子与K端子之间的输入电压UA大小相等，且相位彼此成90度。
6.根据权利要求4所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于，所述第一大功率开关器件SVG1包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管BG的控制极G均与脉宽调制器(4)的输出端相连；每两只大功率晶体管BG通过其中一只大功率晶体管BG的发射极E与另一只大功率晶体管BG的集电极j串联构成一组大功率晶体管组，两组大功率晶体管组发射极E两两相连，集电极j两两相连；两组大功率晶体管组内的发射极E与集电极j的串联点构成第一大功率开关器件SVG1电流输入端的P端子、Q端子。
7.根据权利要求4所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于，所述第二大功率开关器件SVG2包括四只大功率晶体管BG，每只大功率晶体管BG的控制极G均与脉宽调制器(4)的输出端相连；每两只大功率晶体管BG通过其中一只大功率晶体管BG的发射极E与另一只大功率晶体管BG的集电极j串联构成一组大功率晶体管组，两组大功率晶体管组发射极E两两相连，集电极j两两相连；两组大功率晶体管组内的发射极E与集电极j的串联点构成第二大功率开关器件SVG2电流输出端，即电源变换器(3)输出端的M端子和N端子。
8.根据权利要求6所述的一种单相或两相转三相供电构造，其特征在于，所述大功率晶体管BG采用集成门极换向晶闸管或者绝缘栅双极性晶体管。
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