CN112886833A - 一种18脉变压整流器绕组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种18脉变压整流器绕组。其中，装置包括：三相绕组、三相铁芯、三相电源、18脉整流器和直流负载,其中,所述绕组包括:隔离式绕组、自耦式绕组，隔离式副边绕组或自耦式绕组的线圈端与所述18脉整流器相连接，所述18脉整流器连接直流负载。所述三相铁芯的每个磁芯柱有六个绕组。本发明解决了18脉变压整流器快速设计以及现有技术无法进行同一个变压整流器的不同电压的输出，较长研制周期，增加开发成本的技术问题。

Description

一种18脉变压整流器绕组
技术领域
本发明涉及航空电气系统领域，具体而言，涉及一种18脉变压整流器绕组。
背景技术
变压整流器是飞机配电系统的重要组成部分，根据电能质量要求，变压整流器一般采用12脉和18脉两种结构，根据电能隔离要求，变压整流器一般分为隔离式和自耦式两种。18脉变压整流器相较于12脉变压整流器输入电流谐波含量低，但是结构复杂，并且重量较大。随着飞机多电技术的发展，飞机用电量越来越大，对于电能质量的要求也越来越高，因此18脉变压整流器有着越来越多的应用。
18脉变压整流器绕组设计复杂，目前的设计方法是针对特定的输入和输出电压的需求进行计算，输出电压恒定，无法调节。针对变压整流器的输出电压变压问题，一种通用的18脉变压整流器设计方案被提出。通过绕组通用设计方法，可以进行变压整流器的快速设计，并且根据变压器的快速设计方法，通过在副边绕组不同的抽头处抽引输出电压点，可以实现同一个变压整流器的不同电压的输出，缩短研制周期，降低开发成本。
发明内容
本发明实施例提供了一种18脉变压整流器绕组，以至少解决18脉变压整流器快速设计以及现有技术无法进行同一个变压整流器的不同电压的输出，较长研制周期，增加开发成本的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种18脉变压整流器绕组，包括：三相绕组、三相铁芯、三相电源、18脉整流器和直流负载,其中,所述绕组包括:隔离式绕组、自耦式绕组，隔离式副边绕组或自耦式绕组的线圈端与所述18脉整流器相连接，所述18脉整流器连接直流负载。所述三相铁芯的每个磁芯柱有六个绕组。
可选的，所述隔离式绕组包括一个原边绕组和五个副边绕组。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱原边绕组Np1的首端与第三磁芯柱原边绕组Np3的末端相连，所述三相铁芯的第一磁芯柱原边绕组Np1与Vin三相电源A相输入端相连。
可选的，所述第二磁芯柱原边绕组Np2的首端与第一磁芯柱原边绕组Np1的末端相连，所述三相铁芯的第二磁芯柱原边绕组Np2与Vin三相电源B相输入端相连。
可选的，所述第三磁芯柱原边绕组Np3的首端与第二磁芯柱原边绕组Np2的末端相连，所述三相铁芯的第三磁芯柱原边绕组Np3与Vin三相电源C相输入端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱副边绕组Ns11的首端与第三磁芯柱副边绕组Ns33的末端相连，并连接到a输出端，第一磁芯柱副边绕组Ns12的首端与第一磁芯柱的绕组Ns11的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns24末端以及al输出端，第一磁芯柱的副边绕组Ns13的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns12的末端相连，并连接到第三磁芯柱的副边绕组Ns35首端以及bf输出端；第二磁芯柱和第三磁芯柱副边绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
可选的，所述自耦式绕组的每个磁芯柱上包括6个绕组，其中，主绕组呈星形连接，所述主绕组包含4个绕组，引出3个抽头，一个输出端、另两个连接其他两个磁芯柱上的两个副绕组，副绕组包含2个绕组，并与其他两个磁芯柱的主绕组相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np11的首端与所述第三磁芯柱主绕组Np34的末端相连，并与Vin三相电源A相输入端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np12的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np11的末端相连，并与第二磁芯柱副绕组Ns21末端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np13的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np12的末端相连，并与第三磁芯柱副绕组Ns32的首端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np14的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np13的末端相连，并与输出a相连，第二磁芯柱和第三磁芯柱主副绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
在本发明实施例中，采用设置三相绕组、三相铁芯、三相电源、18脉整流器和直流负载,其中,所述绕组包括:隔离式绕组、自耦式绕组，隔离式副边绕组或自耦式绕组的线圈端与所述18脉整流器相连接，所述18脉整流器连接直流负载。所述三相铁芯的每个磁芯柱有六个绕组的方式，通过对绕组的设计，解决了18脉变压整流器快速设计以及现有技术无法进行同一个变压整流器的不同电压的输出，较长研制周期，增加开发成本的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的18脉变压整流器架构的示意图；
图2是根据本发明实施例的18脉变压整流器变压器隔离式绕组图；
图3是根据本发明实施例的18脉变压整流器变压器自耦式绕组图；
图4是根据本发明实施例的变压器绕组相量图；
图5是根据本发明实施例的变压器绕组相量图；
图6是根据本发明实施例的变压器绕组相量图；
图7是根据本发明实施例的变压器绕组相量图；
图8是根据本发明实施例的变压器多抽头绕组结构图；
图9是根据本发明实施例的18脉变压整流器示例图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例一
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种18脉变压整流器绕组，包括：包括三相绕组、三相铁芯、三相电源、18脉整流器和直流负载,其中,所述绕组包括:隔离式绕组、自耦式绕组，隔离式副边绕组或自耦式绕组的线圈端与所述18脉整流器相连接，所述18脉整流器连接直流负载。所述三相铁芯的每个磁芯柱有六个绕组。
可选的，所述隔离式绕组包括一个原边绕组和五个副边绕组。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱原边绕组Np1的首端与第三磁芯柱原边绕组Np3的末端相连，所述三相铁芯的第一磁芯柱原边绕组Np1与Vin三相电源A相输入端相连。
可选的，所述第二磁芯柱原边绕组Np2的首端与第一磁芯柱原边绕组Np1的末端相连，所述三相铁芯的第二磁芯柱原边绕组Np2与Vin三相电源B相输入端相连。
可选的，所述第三磁芯柱原边绕组Np3的首端与第二磁芯柱原边绕组Np2的末端相连，所述三相铁芯的第三磁芯柱原边绕组Np3与Vin三相电源C相输入端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱副边绕组Ns11的首端与第三磁芯柱副边绕组Ns33的末端相连，并连接到a输出端，第一磁芯柱副边绕组Ns12的首端与第一磁芯柱的绕组Ns11的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns24末端以及al输出端，第一磁芯柱的副边绕组Ns13的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns12的末端相连，并连接到第三磁芯柱的副边绕组Ns35首端以及bf输出端；第二磁芯柱和第三磁芯柱副边绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
可选的，所述自耦式绕组的每个磁芯柱上包括6个绕组，其中，主绕组呈星形连接，所述主绕组包含4个绕组，引出3个抽头，一个输出端、另两个连接其他两个磁芯柱上的两个副绕组，副绕组包含2个绕组，并与其他两个磁芯柱的主绕组相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np11的首端与所述第三磁芯柱主绕组Np34的末端相连，并与Vin三相电源A相输入端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np12的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np11的末端相连，并与第二磁芯柱副绕组Ns21末端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np13的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np12的末端相连，并与第三磁芯柱副绕组Ns32的首端相连。
可选的，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np14的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np13的末端相连，并与输出a相连，第二磁芯柱和第三磁芯柱主副绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
具体的，本发明实施例的目的在于提供一种18脉变压整流器绕组设计方法并提供一种多抽头输出电压可调节的绕组结构，以解决18脉变压整流器设计方法复杂以及输出电压不可调等问题。
18脉变压整流器包括三相绕组、三相铁芯、18脉整流器，如图1所示，所述绕组既可是隔离式绕组，也可是自耦式绕组，隔离式原边绕组或自耦式绕组直接绕在三相铁芯上，副边绕组绕在原边绕组的外层；所述隔离式原边绕组或自耦式绕组与三相电源的输出端连接；所述隔离式副边绕组或自耦式绕组的线圈端与18脉整流器相连接，18脉整流器连接直流负载。所述三相铁芯每个磁芯柱有6个绕组，隔离式绕组包括1个原边绕组，5个副边绕组。
在民用飞机上，18脉变压整流器输入电压一般为230VAC，此处以Vin表示变压器输入电压，Vo表示变压器输出电压。
18脉变压整流器变压器隔离式绕组连接方式如图2所示。第一磁芯柱原边绕组Np1的首端与第三磁芯柱原边绕组Np3的末端相连，并与Vin三相电源A相输入端相连；第二磁芯柱原边绕组Np2的首端与第一磁芯柱原边绕组Np1的末端相连，并与Vin三相电源B相输入端相连；第三磁芯柱原边绕组Np3的首端与第二磁芯柱原边绕组Np2的末端相连，并与Vin三相电源C相输入端相连。
第一磁芯柱副边绕组Ns11的首端与第三磁芯柱副边绕组Ns33的末端相连，并连接到a输出端，第一磁芯柱副边绕组Ns12的首端与第一磁芯柱的绕组Ns11的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns24末端以及al输出端，第一磁芯柱的副边绕组Ns13的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns12的末端相连，并连接到第三磁芯柱的副边绕组Ns35首端以及bf输出端；第二磁芯柱和第三磁芯柱副边绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
18脉变压整流器变压器自耦式绕组连接方式如图3所示。自耦式绕组每个磁芯柱上包括6个绕组，其中主绕组星形连接，包含4个绕组，引出3个抽头，一个输出端、另两个连接其他两个磁芯柱上的两个副绕组；副绕组包含2个绕组，与其他两个芯柱的主绕组相连。
第一磁芯柱主绕组Np11的首端与第三磁芯柱主绕组Np35的末端相连，并与Vin三相电源A相输入端相连；第一磁芯柱主绕组Np12的首端与第一磁芯柱主绕组Np11的末端相连，并与第二磁芯柱副绕组Ns21末端相连；第一磁芯柱主绕组Np13的首端与第一磁芯柱主绕组Np12的末端相连，并第三磁芯柱副绕组Ns32的首端相连；第一磁芯柱主绕组Np14的首端与第一磁芯柱主绕组Np13的末端相连，并与输出a相连；第二磁芯柱和第三磁芯柱主副绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
18脉变压整流器自耦式绕组或隔离式原边绕组分别连接Vin三相输入电源A、B、C；自耦式绕组或隔离式副边绕组三角型连接，共9个输出移相电压，按照相位相差120°分成三组，其中第一组输出电压为Va，Vb，Vc，第二组输出电压为Val，Vbl，Vcl，第二组输出电压矢量分别滞后于第一组输出电压40°，第三组输出电压为Vaf，Vbf，Vcf，第三组输出电压矢量分别超前于第一组输出电压40°，9个矢量之间相差40°，则整流器对这9个矢量整流，输出电压为18脉。
本发明提供的通用绕组设计方法的主要特征在于，针对不同功率等级以及输入输出电压，通过变压器绕组矢量图，简便快速的确定变压器绕组结构以及绕组匝数比。在输入电压以及变压器绕组基本构架保持不变的情况下，通过调整绕组电压矢量圆即可改变变压器的输出电压，如图4-图7所示。三组输出电压，第一组输出电压点位于主绕组之上，而第二组和第三组输出电压则分别位于每相绕组的两个副绕组上。输出电压最大时，此时电压矢量圆与主绕组矢量三角外接，绕组矢量图如图4所示。此时，电压矢量圆与主绕组存在三个交点，即第一组电压输出点Va，Vb，Vc。根据第一组输出电压与第二组和第三组输出电压之间的相位相互差40°，以OVa为半径画圆，即可确定第二组电压输出点Val，Vbl，Vcl和第三组电压输出点Vaf，Vbf，Vcf的位置，并且每相副绕组与主绕组的连接方式也可以确定。当电压矢量圆进一步增大，便与主绕组矢量三角无交点。因此，当电压矢量圆与主绕组三角矢量外接时，输出电压最大，此时变压器输出电压为Vo＝Vin*1.732。
如果缩小电压矢量圆，在输出电压不变的情况下，输出电压减小，此时电压矢量圆与主绕组存在6个交点，如图5-图6所示。此时，可以选取一组相位相差120°的三个交点作为第一组电压输出点Va，Vb，Vc，其余输出点和绕组结构根据40°矢量差，以及以OVa为半径画圆确定。因此，此时绕组连接方式为两种，分别如图4，图5所示，此时变压器输出电压为Vin*0.866<Vo<Vin*1.732。
继续缩小电压矢量圆，输出电压最小时，此时电压矢量圆与主绕组外切，如图7所示。此时，主绕组与电压矢量圆存在三个交点，但是第二组和第三组电压输出点已无法确定。因此，此时的绕组结构为临界状态，此时的输出电压理论不可能达到，此时Vo接近于Vin*0.866。因此，在输入电压及绕组基本框架确定后，本发明提供的绕组设计的输出电压范围为Vin*1.732(图4状态)≥Vo>Vin*0.866(图7状态)。
根据前述绕组设计方案，本专利提供一种多抽头输出电压可调节的绕组结构，通过在绕组上引出多组抽头，使变压器可根据应用场景调节输出电压。此种绕组结构示例图如图8所示，图中所示绕组结构为示例结构，可根据实际所需输出电压大小，改变抽头引出位置以及输出抽头匝数。图中，Va，Val，Vaf，Vb，Vbl，Vbf，Vc，Vcl，Vcf为第一组输出抽头，Va’，Val’，Vaf’，Vb’，Vbl’，Vbf’，Vc’，Vcl’，Vcf’为第二组输出抽头，Va”，Val”，Vaf”，Vb”，Vbl”，Vbf”，Vc”，Vcl”，Vcf”为第三组输出抽头。
通过改变抽头引出位置以及输出抽头匝数，本结构可以输出的电压范围为本发明提供的绕组设计的输出电压范围为Vin*1.732(图4状态)≥Vo>Vin*0.866(图7状态)。
通过本绕组设计方法和多抽头绕组结构可改变18脉变压整流器输出电压难以调节的缺点，通过提供的绕组设计方法可以实现18脉变压整流器可变输出电压的快速设计，通过将不同组别的输出抽头接入电路中，可以调节变压整流器的输出电压。
另外，18脉变压整流器如图9所示，包括18脉变压器、整流桥、输出滤波电路。18脉变压器绕组具有两种结构，隔离式和自耦式，隔离式原边绕组和自耦式绕组均为三角型连接，分别连接三相输入电源A、B、C；隔离式副边绕组同样为三角型连接，隔离式副边绕组和自耦式绕组共9个输出移相电压，其中第一组输出电压为Va，Vb，Vc，第二组输出电压为Val，Vbl，Vcl，第三组输出电压为Vaf，Vbf，Vcf。三组输出电压分别与三组整流桥相连，三组整流桥并联。整流桥输出的电压经电容滤波后接入高压直流网络，为机上直流负载供电。
绕组设计基本流程为：根据变压整流器的输入输出电压确定变压比，根据变压比确定OVa的值，以OVa的值为半径，以O为圆心画圆，圆与矢量三角形ABC相交的点，取互差60°的三个点，以Va为例，沿圆方向，向左右各40°处取点，Vb、Vc相同，确定变压器的9个输出电压点，由此确定副绕组的连接方式和匝数比，绕组结构即完全确定。按照设计方法，通过在图8中的绕组上引出多组抽头，如Val、Val’、Val”等，此时，18脉变压整流器可以通过切换抽头输出可调电压。
通过上述实施例，解决了18脉变压整流器快速设计以及现有技术无法进行同一个变压整流器的不同电压的输出，较长研制周期，增加开发成本的技术问题。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种18脉变压整流器绕组，其特征在于，包括三相绕组、三相铁芯、三相电源、18脉整流器和直流负载,其中,所述绕组包括:隔离式绕组、自耦式绕组，隔离式副边绕组或自耦式绕组的线圈端与所述18脉整流器相连接，所述18脉整流器连接直流负载。所述三相铁芯的每个磁芯柱有六个绕组。
2.根据权利要求1所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述隔离式绕组包括一个原边绕组和五个副边绕组。
3.根据权利要求2所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述三相铁芯的第一磁芯柱原边绕组Np1的首端与第三磁芯柱原边绕组Np3的末端相连，所述三相铁芯的第一磁芯柱原边绕组Np1与Vin三相电源A相输入端相连。
4.根据权利要求3所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，第二磁芯柱原边绕组Np2的首端与第一磁芯柱原边绕组Np1的末端相连，所述三相铁芯的第二磁芯柱原边绕组Np2与Vin三相电源B相输入端相连。
5.根据权利要求3所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，第三磁芯柱原边绕组Np3的首端与第二磁芯柱原边绕组Np2的末端相连，所述三相铁芯的第三磁芯柱原边绕组Np3与Vin三相电源C相输入端相连。
6.根据权利要求3所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述三相铁芯的第一磁芯柱副边绕组Ns11的首端与第三磁芯柱副边绕组Ns33的末端相连，并连接到a输出端，第一磁芯柱副边绕组Ns12的首端与第一磁芯柱的绕组Ns11的末端相连，并连接到第二磁芯柱的副边绕组Ns24末端以及al输出端，第一磁芯柱的副边绕组Ns13的首端与第一磁芯柱的副边绕组Ns12的末端相连，并连接到第三磁芯柱的副边绕组Ns35首端以及bf输出端；第二磁芯柱和第三磁芯柱副边绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
7.根据权利要求1所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述自耦式绕组的每个磁芯柱上包括6个绕组，其中，主绕组呈星形连接，所述主绕组包含4个绕组，，引出3个抽头，一个输出端、另两个连接其他两个磁芯柱上的两个副绕组，副绕组包含2个绕组，并与其他两个磁芯柱的主绕组相连。
8.根据权利要求7所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np11的首端与所述第三磁芯柱主绕组Np34的末端相连，并与Vin三相电源A相输入端相连。
9.根据权利要求8所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np12的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np11的末端相连，并与第二磁芯柱副绕组Ns21末端相连。
10.根据权利要求8所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np13的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np12的末端相连，并与第三磁芯柱副绕组Ns32的首端相连。
11.根据权利要求8所述的18脉变压整流器绕组，其特征在于，所述三相铁芯的第一磁芯柱主绕组Np14的首端与所述第一磁芯柱主绕组Np13的末端相连，并与输出a相连，第二磁芯柱和第三磁芯柱主副绕组连接方式与第一磁芯柱类似，此处不再赘述。
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