CN113035538B

CN113035538B - 静态调压器

Info

Publication number: CN113035538B
Application number: CN202110301215.7A
Authority: CN
Inventors: 赵忠臣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-10-20
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: CN113035538A

Abstract

本发明公开了一种属于电气控制技术领域的静态调压器。为了实现静态无级调压，采用无谐波的磁控电抗器与电容器并联后与补偿变压器的电流绕组串联而组成电流调控单元，通过控制磁控电抗器电流的大小而调整电流调控单元电流的大小与相位、达到调整补偿变压器的电压绕组两端互感电压和输出电压的目的。具有损耗小、寿命长、可靠性高、静态无级的特点。既可以对电网电压进行调控，也适用于其他需要调压的设备和场所。

Description

静态调压器

技术领域

本发明涉及一种属于电气控制技术领域的静态调压器。

背景技术

在静态调压器的现有技术中，一种主流技术是采用电子开关切换变压器绕组抽头进行有级调压。这种技术方案容易发生因切换失误而产生的短路环流烧毁、或开路而产生的过电压击穿电子开关的问题。为了避免这种问题，出现了一种采用几个单相补偿变压器的次级绕组互相串联，以电子开关投入或切除各个单相补偿变压器的初级绕组进行有级调压的技术方案。其不足之处是不但变压器个数较多，使体积增大、成本升高，而且只能进行有级调压，故调整精度受限。为了提高调整精度，另一种技术是采用TCR型等效电抗器与电容器并联后与补偿变压器初级绕组串联而组成LC串并混合调谐电路，通过控制TCR电流的大小而调控补偿绕组电流的大小与相位调整次级绕组电压。虽然实现了无级调控，但是，由于是以三次谐波较大的TCR为调控执行器件，致使输出波形畸变而限制了其使用范围。而且在调控范围、输出容量等方面也很难满足工程需要。这几种技术方案一般只适用于低压领域。

在高压系统的现有调压技术中，主流技术基本都是采用有载调压分接开关切换变压器绕组抽头进行有触点的有级调压。不足之处是由于存在机械驱、传动机构以及电触点，容易发生机械或电气故障而影响可靠性，且在电弧烧蚀作用下变压器油易发生电化反应而变质。因而，不但生产成本高，而且需要定期维护、捡修而增加了运行成本。

基于此，本发明试图提供几种成本低、可靠性高、既可以用于低压领域、也可以用于高压领域的单向、双向静态无级调压器。

为了实现这一目的，分别采用这样的技术方案。

发明内容1

一种自励式单向静态调压器，包括：三相补偿变压器和三相磁控电抗器，其特征是：所述自励式单向静态调压器是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与三相补偿变压器串联成的电流调控单元和电压调整单元组成。

所述三相补偿变压器是由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙。所述电流调控单元是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与所述电流绕组串联组成。所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元的一端与所述电流绕组的一端连接。通过自励式三相三柱型电调磁控电抗器的调控，使电压调整单元两端的电压、输出电压发生单向无级变化。

所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组以及三相直流控制电源组成。所述鼠笼形三相三柱对称铁芯的上轭和下轭是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成。所述三相直流控制电源是由三相线性电抗器分别与三相桥式调压整流电路的交流输入端相连接而组成。所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接。上轭的各个直流控制绕组之间、下轭的各个直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的直流输出端连接。组成自励式三相三柱型电调磁控电抗器后与所述电容器组并联。通过三相直流电源的控制，使电、磁混合调控产生的工作电流发生无级变化。

发明内容2

一种他励式单向静态调压器，包括：三相补偿变压器和三相磁控电抗器，其特征是：所述他励式单向静态调压器是由他励式三相三柱磁控电抗器与三相补偿变压器串联成的电流调控单元以及电压调整单元组成。

所述三相补偿变压器由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙。所述电流调控单元是由他励式三相三柱磁控电抗器与所述电流绕组串联组成。所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元的一端与所述电流绕组的一端连接。通过他励式三相三柱磁控电抗器的调控，使电压调整单元两端的电压、输出电压发生单向无级变化。

所述他励式三相三柱型磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的、与三相外接直流控制电源连接的直流控制绕组和交流工作绕组组成。所述鼠笼形三相三柱对称铁芯的上轭与下轭是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成。上轭的绕组之间、下轭的绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与三相外接直流控制电源的正、负端连接。通过三相外接直流控制电源的调控，铁芯上、下轭的导磁率被改变，从而使交流工作电流发生无级变化。

发明内容3

一种自励式双向静态调压器，包括：三相补偿变压器、电容器组和三相磁控电抗器，其特征是：所述自励式双向静态调压器是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与三相补偿变压器、电容器组串、并成的电流调控单元以及电压调整单元组成。

所述三相补偿变压器由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙。所述电流调控单元是由所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器与所述电容器组并联后与所述电流绕组串联组成。所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元的一端与所述电流绕组的一端连接。通过自励式三相三柱型电调磁控电抗器的调控，使电压调整单元两端的电压、输出电压发生双向无级变化。

发明内容4

一种他励式双向静态调压器，包括：三相补偿变压器、电容器组和三相磁控电抗器，其特征是：所述他励式双向静态调压器是由他励式三相三柱磁控电抗器与三相补偿变压器、电容器组串、并成的电流调控单元以及电压调整单元组成。

所述三相补偿变压器是由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙。所述电流调控单元是由他励式三相三柱磁控电抗器与所述电容器组并联后与所述电流绕组串联组成。所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元的一端与所述电流绕组的一端连接。通过他励式三相三柱磁控电抗器的调控，使电压调整单元两端的电压、输出电压发生双向无级变化。

在本发明的另一种型式中，所述鼠笼式三相三柱对称铁芯是由立体三角形卷绕铁芯组成。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成。所述直流控制绕组是由分别绕在三角形上轭的三个边、三角形下轭的三个边上的各个绕组组成。

在本发明的另一种型式中，所述鼠笼式三相三柱对称铁芯是由三个口字形叠插式铁芯的边柱与边柱拼成的立体三角形铁芯组成。所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成。所述直流控制绕组是由绕在三角形上轭的三个边、三角形下轭的三个边上的各个绕组组成。

在本发明的另一种型式中，所述三相直流控制电源是由晶闸管与三相线性电抗器各相串联成TCR后分别与三相桥式整流电路的交流输入端相连接而组成。

具有这样的特点：

一.在性能方面

1.实现了既无开关、又无机械驱动机构的静态无级调压，具有极高的可靠性和使用寿命。

2.电压连续平滑的线性变化，因而，提高了调控精度而无盲区。

3.以自励式磁控电抗器为调控执行器件的调压器反应时间短，调控速度快。

二.在用途方面

1.为电网实现静态无级调压提供了一种新的设备。

2.在电力系统之外，还适用于其它需要调压的设备，特别是对输出波形和线性度要求高、现有产品无法满足要求的场合或设备。

附图说明

图1是自励式单向静态调压器的星形接线图。

图2是他励式单向静态调压器的星形接线图。

图3是自励式双向静态调压器的星形接线图。

图4是他励式双向静态调压器的星形接线图。

图5是图1、3、的三相直流控制电源和图2、4的三相外接直流控制电源的电路图。

图6是图1、3的三相直流控制电源的另一种电路图。

图7是图1、3的鼠笼形三相三柱对称铁芯的形状、结构图。

图8是图2、4的鼠笼形三相三柱对称铁芯的形状、结构图。

具体实施方式一

下面结合附图对自励式单向静态调压器作进一步说明.

图1所示的自励式单向静态调压器是由三相补偿变压器1与自励式三相三柱型电调磁控电抗器2串联后构成的电流调控单元和电压调整单元组成。三相补偿变压器是由电流绕组1₁和电压绕组1₂组成，铁芯具有气隙。电流调控单元是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器2与电流绕组1₁串联组成。电压调整单元是由电压绕组1₂组成，该单元一端为输入端、并与电流绕组1₁的一端连接，另一端为输出端。其中自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组、直流控制绕组和三相直流控制电源组成。鼠笼形三相三柱对称铁芯的上、下轭2₁是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱2₂分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间。交流工作绕组是由分别绕在铁芯柱2₂上的主绕组2₃和隔离绕组2₄组成。隔离绕组2₄的一端互相连接，另一端与三相直流控制电源2₆的交流输入端连接。直流控制绕组2₅是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成。上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与三相直流控制电源2₆的正、负输出端连接。

三相直流控制电源2₆是由三相线性电抗器L与由二极管D₁～D₃和单向晶闸管G₁～G₃组成的三相桥式调压整流电路组成。接入方式是线性电抗器L各相绕组的一端与二极管与单向晶闸管的串接点相连接，各相绕组的另一端为交流输入端分别与三个隔离绕组2₄连接，调压整流电路的正、负端与直流控制绕组2₅的两端连接。

如果自励式三相三柱型电调磁控电抗器单独接入电源是这样工作的：

电路调控的工作过程与状态.

当三相直流控制电源2₆中晶闸管的导通角从零开始增大时，输出给直流控制绕组2₅的调控电流立刻从零开始增大。这时，电调磁控电抗器的状态等效成变压器，隔离绕组2₄成为三相直流控制电源2₆的交流电源，直流控制绕组2₅成为其负载，交流工作主绕组2₃的电流随晶闸管导通角的增大而立刻增大。可见，此时交流工作主绕组2₃的电流是通过磁路经隔离绕组2₄与直流控制绕组2₅构成回路。随晶闸管导通角的增大，交流工作主绕组2₃、隔离绕组2₄的电流同时增大。由于是晶闸管在电路直接调控，交流工作主绕组2₃产生电流的启始时间与晶闸管开通的时间几乎同步，因而，交流工作主绕组2₃产生交流电流的时间、既电调磁控电抗器的反应时间提前了近1/10秒。晶闸管的导通角减小时，交流工作主绕组3的电流、隔离绕组2₄的电流同时线性减小，电调磁控电抗器电流减小的反应时间同样提前了近1/10秒。显然，采用隔离绕组2₄作为三相直流控制电源2₆的交流电源、以直流控制绕组2₅作为负载的方案，一方面，缩短了电调磁控电抗器产生电流的反应时间。另一方面，实现了自励、既交流工作主绕组2₃的电流通过磁路经三相直流控制电源2₆调压整流后成为直流控制绕组2₅的励磁电流。因而，不再额外耗用直流调控功率，从而达到节电目的。

磁路调控的工作过程与状态.

当晶闸管的导通角增大时，直流控制绕组2₅的电流立刻增大，在使交流工作主绕组2₃电流增大的同时、还使铁芯上下轭的导磁率开始下降，致使交流工作主绕组2₃的电抗值随之开始减小。在电路调控产生的电流基础上、交流工作主绕组2₃中因导磁率的减小、电抗值的下降而产生的磁控电流开始增大，并与电路调控形成的电流相叠加而继续增大。晶闸管的导通角线性减小时，铁芯上、下轭的导磁率随之开始上升，交流工作主绕组2₃的磁控电流随铁芯导磁率的回升而减小，由电调与磁控共同调控而产生的电流减小。

由六边形卷绕铁芯组成的上下轭不但分别构成了公共磁路，而且三个铁芯柱两侧的磁路都是对称的。绕在公共磁路的、互相串联的直流控制绕组2₅则组成了对称的公共电路，使无论是由磁控、还是由晶闸管直接电调产生的三次谐波在对称的公共电路形成的互感电压的瞬时值都为零、既任意时刻三相交流工作主绕组2₃的三次谐波在三相对称的公共电路产生的互感电压都大小相等但相位相反而互相抵消。由于三次谐波可以分解为其他奇次(5、7…)谐波，故其他各奇次谐波也为零。可见，不但铁芯柱数量由六个减少至三个而节省了铁芯材料，而且又构成了廉价的交流消谐电路。

显而易见，采用电调与磁控相结合的混合调控模式，不但交流工作主绕组2₃的电流是由电调与磁控共同构成，而且无论电流增大还是减小，每次电流发生变化都是电调产生的电流变量在前、磁控产生的电流变量在后，既电调产生电流的时间节点总是在磁控电流未产生变量之前的电抗器反映时间内，因而，既减小了时间常数，又节省了直流励磁功率。使其兼有TCR的反应时间短、调整速度快、不额外消耗励磁功率和CSR、MCR的容量大、工作电压高的共同优点。

晶闸管的导通角如此往复的增大、减小，使电、磁混合调控产生的交流工作电流从小到大、从大到小的发生无级变化。

单向静态调压器是这样工作的：

电流调控单元工作过程与状态.

由于该单元是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与电流绕组1₁串联组成，当三相直流控制电源2₆中晶闸管的导通角为零、既直流控制绕组的调控电流为零时，自励式三相三柱型电调磁控电抗器的电抗值最大，回路电流最小。电流绕组1₁的分压比、既其两端电压最低。

当晶闸管的导通角从零开始增大时，自励式三相三柱型电调磁控电抗器的电抗值开始减小，回路电流开始线性增大。电流绕组1₁的分压比、既其两端电压开始线性升高。显然，自励式三相三柱型电调磁控电抗器作用是调控执行器件。

当晶闸管的导通角增至最大时，调控执行器件的电抗值最小，回路电流最大。电流绕组1₁的分压比、既其两端电压升至最高。

当晶闸管的导通角从最大减小至零时，调控执行器件的电抗值从最小增至最大，回路电流从最大减至最小。电流绕组1₁的分压比、既其两端电压从最高降至最低。

晶闸管的导通角如此从小到大、从大到小的往复变化，电流绕组1₁两端电压从高到低、从低到高的线性变化。

电压调整单元的工作过程与状态：

当电流绕组1₁两端的电压最低时，由于互感作用，电压绕组1₂绕组两端产生的互感电压ΔU也最低。由于电压绕组1₂的一端与电流绕组1₁的一端连接而形成自耦变压器模式，且电流调控单元两端跨接于电源，故电流调控单元成为自耦变压器的公共绕组，电压绕组1₂的另一端则成为自耦变压器输出端。显然，该端电压等于在电源电压基础上叠加了电压绕组1₂两端的互感电压ΔU。如果电压绕组1₂以相位相同的方式与电流绕组1₁连接、既电压绕组1₂的首端与电流绕组1₁的末端连接，那么电压绕组1₂末端、既输出电压高于电源电压，U_SC＝U+ΔU，式中U_SC为输出电压，U为输入电源电压，ΔU为绕组1₂两端的互感电压。如果电压绕组1₂以相位相反的方式与电流绕组1₁连接、既电压绕组1₂的首端与电流绕组1₁的首端连接，那么电压绕组1₂末端、既输出端电压则低于电源电压，则U_SC＝U-ΔU。

当晶闸管的导通角从零开始增大时，电流调控单元的电流从最小值开始增大，电流绕组1₁两端电压从最低值开始升高，在互感作用下，电压绕组1₂两端的互感电压随之产生增大变量ΔU，此时自耦变压器实质上变成了自耦调压器，电压绕组1₂输出端电压从最低值开始升高(为了简便，仅以电压绕组1₂以相位相同的方式与电流绕组1₁连接为列，以下相同)。

当晶闸管的导通角增至最大时，电流调控单元的电流增至最大，电流绕组1₁两端分压比升至最高，电压绕组1₂两端的互感电压与输出端电压升至最高。

当晶闸管的导通角从最大减小为零时，自励式三相三柱型电调磁控电抗器的电抗值从最小增至最大，电流调控单元的电流从最大减至最小。电流绕组1₁两端的分压比、既两端电压降至最低。电压绕组1₂的两端电压与输出电压从最高降至最低。

晶闸管的导通角如此从小到大、从大到小的往复变化，电流绕组1₁两端电压从高到低、从低到高的变化，电压绕组1₂两端电压与输出端电压从低到高、从高到低的变化，从而实现对输出电压进行单向无级调整。

具体实施方式二

图2所示的他励式单向静态调压器是由三相补偿变压器1与他励式三相三柱磁控电抗器串联成的电流调控单元和电压调整单元组成。补偿变压器是由电流绕组1₁和电压绕组1₂组成，铁芯具有气隙。电流调控单元是由他励式三相三柱磁控电抗器2与电流绕组1₁串联组成。电压调整单元是由电压绕组1₂组成，该单元一端为输入端、并与电流绕组1₁一端连接，另一端为输出端。其中他励式三相三柱磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组、直流控制绕组和三相外接直流控制电源组成。鼠笼形三相三柱对称铁芯的上、下轭2₁分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱2₂分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间。交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱2₂上的绕组2₃组成。直流控制绕组2₅是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成。上轭的绕组之间、下轭的绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源2₄的正、负输出端连接。

如果他励式三相三柱磁控电抗器单独接入电源是这样工作的：

当三相外接直流控制电源2₄输出的电流增大时，铁芯上、下轭的导磁率开始下降，交流绕组2₃产生增大的电流。直流调控电流线性减小时，铁芯导磁率随之开始上升，交流绕组2₃的电流随铁芯导磁率的回升而减小。

三相直流控制电源2₄输出的电流如此往复的增大、减小，电抗器的工作电流从小到大、从大到小的发生线性变化。

采用鼠笼形三相三柱对称铁芯，不但铁芯柱数量只有三个，而且由六边形铁轭构成的上下轭成为公共磁路，使每个铁芯柱两侧的磁路都是对称的。绕在公共磁路、互相串联的直流控制绕组则组成了公共电路，使三相交流工作绕组的三次谐波电流在该公共电路产生的互感电势的瞬时值任意时刻都大小相等但相位相反而互相抵消为零。由于三次谐波可分解为其他奇次(5、7…)谐波，故其他各奇次谐波也为零。因而，既节省了铁芯材料、又构成了廉价的交流消谐电路。

电流调控单元、电压调整单元工作过程与状态：

不难看出，尽管他励式三相三柱磁控电抗器与自励式三相三柱型电调磁控电抗器励磁电流来源不同、输出电流的成份不同，但是，输出特性是相同的，故该他励式磁控调压器的工作过程与状态与具体实施方式一相同，无需重复(或参阅具体实施方式一的电流调控单元、电压调整单元)。

具体实施方式三

图3所示的自励式双向静态调压器是由三相补偿变压器1与自励式三相三柱型电调磁控电抗器2以及电容器组3串、并联后构成的电流调控单元和电压调整单元组成。三相补偿变压器是由电流绕组1₁和电压绕组1₂组成，铁芯具有气隙。电流调控单元是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器2与电容器组3并联后与电流绕组1₁串联组成。电压调整单元是由电压绕组1₂组成，该单元一端为输入端、并与电流绕组1₁的一端连接，另一端为输出端。其中自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组、直流控制绕组和三相直流控制电源组成。鼠笼形三相三柱对称铁芯的上、下轭2₁分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱2₂分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间。交流工作绕组是由分别绕在铁芯柱2₂上的主绕组2₃和隔离绕组2₄组成。隔离绕组2₄的一端互相连接，另一端与三相直流控制电源2₆的交流输入端连接。直流控制绕组2₅是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成。上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与三相直流控制电源2₆的正、负输出端连接。

三相直流控制电源2₆是由三相线性电抗器L与由二极管D₁～D₃和单向晶闸管G₁～G₃搭成的三相桥式调压整流电路组成。接入方式是线性电抗器L各相绕组的一端与二极管和单向晶闸管的串接点相连接，各相绕组的另一端为交流输入端分别与三个隔离绕组2₄连接，调压整流电路的正、负端与直流控制绕组2₅的两端连接。

该段内容与具体实施方式一的相应段相同，为了简便而省略(或参阅具体实施方式一的电路调控、磁路调控的工作过程与状态)

电流调控单元工作过程与状态.

当三相直流控制电源2₆中晶闸管的导通角为零、既自励式三相三柱型电调磁控电抗器2的工作电流近似为零时，电流绕组1₁与电容器组3处于准谐振状态。(根据串联谐振的定义和条件，ωL＝1/ωC时是真正的谐振，而这里两者不相等，故称之为准谐振)。谐振电流的性质和大小由式：U/(ωL-1/ωC)决定，式中U为电源电压，ωL为电流绕组1₁的感抗，1/ωC为电容器组3的容抗。ωL＜1/ωC时，谐振回路的阻抗为容性，谐振电流即为容性。参数设定合适时，谐振电流的波形为正弦波，并且产生较大的、相对恒定的容性正弦谐振电流。电流绕组1₁、电容器3两端的谐振电压最高。

当晶闸管的导通角增大时，自励式三相三柱型电调磁控电抗器2的工作电流增大，其等效阻抗减小，迫使与其并联的电容器3两端的谐振电压降低。虽然电容器组3的容量并没有减小，但是其与电流绕组1₁串联谐振的等效容量却因此减小，结果是使电容器组3谐振容抗1/ωC增大，致使串联回路的谐振阻抗增大，容性谐振电流开始减小。

随着自励式三相三柱型电调磁控电抗器2的调控电流增大和容性谐振电流减小，该单元电流的性质和大小发生这样的变化：

当调控电流刚从零开始增大时，还小于电容器3线性减小的容性谐振电流。这时，相位相反的两种电流的矢量合还是容性，并从最大值开始减小。

当调控电流增大到与容性谐振电流大小相等时，两种电流的矢量合最小，并且为电阻性。

当调控电流增大到大于线性减小的容性谐振电流时，两种电流的矢量合变为感性，电流从阻性最小值开始增大。

当调控电流从最大值开始减小到零时，电流绕组1₁的电流从感性最大值开始减小，两种电流的矢量合变成阻性的最小值后，开始变成容性的线性增大值。既逆向重复、再现如上过程与状态。

调控电流如此从小到大、从大到小的往复变化，不但使电流的性质在容性与感性之间互相转变、并在转变过程中从小到大、从大到小变化，而且电流绕组1₁、电容器3两端的谐振电压从高到低、从低到高的发生变化。

电压调整单元的工作过程与状态.

当调控电流为零时，电流调控单元相位超前的容性谐振电流最大，电流绕组1₁两端的谐振电压最高。由于互感作用，电压绕组1₂两端产生的互感电压ΔU也最高。由于电压绕组1₂的一端与电流绕组1₁的一端连接而构成自耦变压器模式，且电流调控单元两端跨接于电源，故电流调控单元成为自耦变压器的公共绕组，电压绕组1₂的另一端则成为自耦变压器输出端。显然，该端电压等于在电源电压基础上叠加了电压绕组1₂两端的互感电压ΔU。还由于此时公共绕组电流是容性最大值，使电压绕组1₂两端互感电压的相位变了180度。但是，由于电压绕组1₂以相位相反的方式与电流绕组1₁连接、既电压绕组1₂的首端与电流绕组1₁的首端连接，电压绕组1₂两端互感电压的相位被调转了180度，故电压绕组1₂另一端、既输出端电压高于电源电压，此时U_SC＝U+ΔU，式中U_SC为输出电压，U为输入电源电压，ΔU为绕组1₂两端的互感电压。

当调控电流从零开始增大时，电流调控单元的容性谐振电流从最大值开始减小，电抗器绕组1₁两端相位超前的谐振电压从最高值开始降低，在互感作用下，电压绕组1₂两端的互感电压随之产生减小变量ΔU，此时自耦变压器实质上变成了自耦调压器，电压绕组1₂输出端电压从最高值开始下降。

当调控电流增大到与电容器组的容性谐振电流大小相等时，电流绕组1₁的电流减至最小，并且变为电阻性，此时该绕组两端的电压降至最低，电压调整单元绕组1₂两端的互感电压也降为最低，这时U_SC＝U。

当调控电流增大到大于电容器组的容性谐振电流时，电流绕组1₁的电流变为感性，既电流相位从超前变为滞后90度，其两端电压的相位变了180度。电压绕组1₂两端互感电压的相位同样变换180度，既由此前的与电源电压相位相同变成现在的与电源电压相位相反。此后，电流绕组1₁两端的电压由该绕组与自励式三相三柱型电调磁控电抗器主绕组2₃等效阻抗的分压比决定。随主绕组2₃等效阻抗的继续减小，电流绕组1₁两端的电压又开始升高。电压绕组1₂两端的互感电压又产生增大的变量ΔU。但是，由于此时该互感电压的相位已经变换了180度，电压绕组1₂输出端电压U_SC低于输入电压U，既U_SC＝U-ΔU，并在低于输入电压U基础上变化。

当调控电流从最大值开始减小到零时，电流调控单元的电流从感性最大值开始减小，变成阻性的最小值后，又变成增大的容性谐振电流。电压绕组1₂两端相位滞后90度的互感电压首先产生减小的变量ΔU，变成最小值后，又变成相位超前90度增大的电压变量。

三相直流控制电源2₆中晶闸管的导通角如此增大、减小，不但使电流调控单元电流的性质在感性与容性之间互相转变、大小发生变化，而且使电压调整单元输出端电压在输入电压基础上升高或降低，从而实现对输出电压进行双向静态无级调整。

具体实施方式四

图4所示他励式双向静态调压器是由三相补偿变压器1与他励式三相三柱磁控电抗器2以及电容器组3串、并联构成的电流调控单元和电压调整单元组成。三相补偿变压器由电流绕组1₁和电压绕组1₂组成，铁芯具有气隙。电流调控单元是由他励式三相三柱磁控电抗器2与电容器组3并联后与电流绕组1₁串联组成。电压调整单元是由电压绕组1₂组成，该单元一端为输入端、并与电流绕组1₁一端连接，另一端为输出端。其中他励式三相三柱磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组、直流控制绕组和三相外接直流控制电源组成。鼠笼形三相三柱对称铁芯的上、下轭2₁分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱2₂分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间。交流工作绕组2₃是由分别绕在三个铁芯柱2₂上的绕组组成。直流控制绕组2₅是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成。上轭的绕组之间、下轭的绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与三相外接直流控制电源2₄的正、负输出端连接。

该内容与具体实施方式二的相应段相同，为了简便而省略(或参阅具体实施方式二的相应段)

电流调控单元和电压调整单元的工作过程与状态：

虽然他励式三相三柱磁控电抗器与自励式三相三柱型电调磁控电抗器的励磁电流来源以及输出电流的组成不同，但是，两者的输出特性是相同的，故由他励式三相三柱磁控电抗器为调控执行器件而构成的双向静态调压器的工作过程与状态与具体实施方式三相同，为了简便而省略(或参阅具体实施方式三的电流调控单元、电压调整单元)。

Claims

1.一种自励式单向静态调压器，包括：三相补偿变压器和三相磁控电抗器，其特征是：所述自励式单向静态调压器是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与三相补偿变压器串联成的电流调控单元和电压调整单元组成；所述三相补偿变压器是由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙；所述电流调控单元是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与所述电流绕组串联组成；所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元一端与所述电流绕组的一端连接；通过自励式三相三柱型电调磁控电抗器的调控，使输出电压发生单向无级变化。

2.根据权利要求1所述的自励式单向静态调压器，其特征是：所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组以及三相直流控制电源组成；所述鼠笼形三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成；所述三相直流控制电源是由晶闸管和三相线性电抗器串接成TCR后与三相整流桥的交流输入端相连接而组成；所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接；上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的直流输出端连接；通过三相直流控制电源的调控，铁芯上、下轭的导磁率被改变，使电、磁混合调控产生的工作电流发生无级变化。

3.一种他励式单向静态调压器，包括：三相补偿变压器和三相磁控电抗器，其特征是：所述他励式单向静态调压器是由他励式三相三柱磁控电抗器与三相补偿变压器串联成的电流调控单元和电压调整单元组成；所述三相补偿变压器是由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙；所述电流调控单元是由他励式三相三柱磁控电抗器与所述电流绕组串联组成；所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元一端与所述电流绕组的一端连接；通过他励式三相三柱磁控电抗器的调控，使输出电压发生单向无级变化。

4.根据权利要求3所述的他励式单向静态调压器，其特征是：所述他励式三相三柱磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的、与外接直流控制电源连接的直流控制绕组和交流工作绕组组成；所述鼠笼形三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成；上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源的直流输出端连接；通过外接直流控制电源的调控，铁芯上、下轭的导磁率被改变，使交流工作电流发生无级变化。

5.一种自励式双向静态调压器，包括：三相补偿变压器、电容器和三相磁控电抗器，其特征是：所述自励式双向静态调压器是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器与三相补偿变压器以及电容器组串、并成的电流调控单元和电压调整单元组成；所述三相补偿变压器是由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙；所述电流调控单元是由自励式三相三柱型电调磁控电抗器的一端、电容器组的一端各自互相连接、另一端分别与所述电流绕组的一端连接而组成；所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元一端与所述电流绕组的一端连接；通过自励式三相三柱型电调磁控电抗器的调控，使输出电压发生双向无级变化。

6.根据权利要求5所述的自励式双向静态调压器，其特征是：所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的交流工作绕组和直流控制绕组以及三相直流控制电源组成；所述鼠笼形三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成；所述三相直流控制电源是由晶闸管和三相线性电抗器串接成TCR后与三相整流桥的交流输入端相连接而组成；所述隔离绕组的一端互相连接，另一端与所述三相直流控制电源的交流输入端连接；上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与所述三相直流控制电源的直流输出端连接；通过三相直流控制电源的调控，铁芯上、下轭的导磁率被改变，使电、磁混合调控产生的工作电流发生无级变化。

7.一种他励式双向静态调压器，包括：三相补偿变压器、电容器和三相磁控电抗器，其特征是：所述他励式双向静态调压器是由他励式三相三柱型磁控电抗器与三相补偿变压器以及电容器组串、并成的电流调控单元和电压调整单元组成；所述三相补偿变压器是由电流绕组和电压绕组组成，铁芯具有气隙；所述电流调控单元是由他励式三相三柱型电调磁控电抗器的一端、电容器组的一端各自互相连接、另一端分别与所述电流绕组的一端连接而组成；所述电压调整单元是由所述电压绕组组成，该单元一端与所述电流绕组的一端连接；通过他励式三相三柱型磁控电抗器的调控，使输出电压发生双向无级变化。

8.根据权利要求7所述的他励式双向静态调压器，其特征是：所述他励式三相三柱磁控电抗器是由绕在鼠笼形三相三柱对称铁芯上的、与外接直流控制电源连接的直流控制绕组和交流工作绕组组成；所述鼠笼形三相三柱对称铁芯的上轭和下轭分别是由六边形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭不相邻的三个边与下轭不相邻的三个边之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的另外三个边、下轭的另外三个边上的各个绕组组成；上轭的直流控制绕组之间、下轭的直流控制绕组之间分别以此首与彼尾相连接的方式串联后并联，其两端与外接直流控制电源的直流输出端连接；通过外接直流控制电源的调控，铁芯上、下轭的导磁率被改变，使交流工作电流发生无级变化。

9.根据权利要求1所述的自励式单向静态调压器，其特征是：所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由鼠笼形立体三角形铁芯和交流工作绕组、直流控制绕组组成；所述立体三角形铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的绕组组成。

10.根据权利要求3所述的他励式单向静态调压器，其特征是：所述他励式三相三柱磁控电抗器是由鼠笼形立体三角形铁芯和交流工作绕组、直流控制绕组组成；所述立体三角形铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成，所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的绕组组成。

11.根据权利要求5所述的自励式双向静态调压器，其特征是：所述自励式三相三柱型电调磁控电抗器是由鼠笼形立体三角形铁芯和交流工作绕组、直流控制绕组组成；所述立体三角形铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的主绕组和隔离绕组组成；所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的绕组组成。

12.根据权利要求7所述的他励式双向静态调压器，其特征是：所述他励式三相三柱磁控电抗器是由鼠笼形立体三角形铁芯和交流工作绕组、直流控制绕组组成；所述立体三角形铁芯的上轭和下轭分别是由三角形卷绕铁芯组成，三个铁芯柱分别固定在上轭的三个角与下轭的三个角之间；所述交流工作绕组是由分别绕在三个铁芯柱上的绕组组成，所述直流控制绕组是由分别绕在上轭的三个边、下轭的三个边上的绕组组成。