CN113823499A - 一种调压变压器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调压变压器系统，包括第一高压绕组；可输出恒定绕组电压的第一低压绕组；和第一高压绕组可相互产生电磁感应的调变绕组；和调变绕组相互串接的第二高压绕组；和第二高压绕组可相互产生电磁感应的第二低压绕组；其中，第一高压绕组的电压输入端为变压器的输入端，第二低压绕组的电压输出端为变压器的输出端；第一低压绕组和第二低压绕组之间为8字绕组结构；调变绕组为第二高压绕组两端施加的电压正反可调。本申请中将第二低压绕组和第一低压绕组之间形成8字绕组结构，并结合调变绕组正反可调使得两组低压绕组叠加输出的电压范围满足应用，从而减小了低压绕组的感应电压大小范围，降低低压绕组的材料消耗，提升工作性能。

Description

一种调压变压器系统

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别是涉及一种调压变压器系统。

背景技术

随着变压器技术的不断发展和进步，对变电系统的要求也越来越高，例如为了提高供电质量，要求变压器的调压范围要宽，来应对电网电压波动，以保证用户端电压的相对稳定。冶炼、化工等行业要求变压器的电压和电流都需要在较大的范围内进行调节，输出侧最高电压与最低电压的差值也越来越大，即最高电压与最低压电压的比值也越来越大，以此来达到“一机多能”，满足不同的使用工况要求。

参照图1，图1为现有技术中的一种变压器的电路原理示意图。图1中调变高压绕组01接收到输入电压后产生感应磁场，使得相互串接的调变支撑绕组02、动态粗调绕组03、动态细调绕组04产生电磁感应，进而向主变高压绕组05输出感应电压，而主变高压绕组05又和主变低压绕组06产生电磁感应，进而通过主变低压绕组06最终输出感应电压作为整个变压器系统的输出电压。基于不同工况的需要对变压器输出的电压进行调节，可以切换调节动态细调绕组04的首端和动态粗调绕组03上相连接的分接抽头的位置，以及动态细调绕组04的末端接入电路的分接抽头位置，实现对主变高压绕组05输出的绕组电压的大小，进而对主变低压绕组06的感应输出电压的调节。

显然，主变低压绕组输06出的感应电压调节属于线性调节，主变低压绕组06的输出电压范围相对较大，进而导致主变低压绕组06的材料消耗较多，经济性差，能耗较大，并且因调压变压器系统自身的结构限制，抗短路能力也较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种调压变压器系统，能够在一定程度上降低对绕组的要求，并提升变压器系统的工作性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种调压变压器系统，包括第一高压绕组；可输出恒定绕组电压的第一低压绕组；和所述第一高压绕组可相互产生电磁感应的调变绕组；和所述调变绕组相互串接的第二高压绕组；和所述第二高压绕组可相互产生电磁感应的第二低压绕组；其中，所述第一高压绕组的电压输入端为变压器系统的输入端，所述第二低压绕组的电压输出端为所述变压器系统的输出端；

所述第一低压绕组和所述第二低压绕组之间为8字绕组结构；

所述调变绕组为用于向所述第二高压绕组输出电压的绕组，且施加到所述第二高压绕组两端的电压正反可调。

在本申请的一种可选地实施例中，所述调变绕组包括和所述第一高压绕组可相互产生电磁感应的粗调绕组和细调绕组；

所述第二高压绕组的首端和所述粗调绕组的各个分接抽头中除两端分接抽头之外的其中一个分接抽头相连接；所述第二高压绕组的末端可切换的和所述细调绕组的各个分接抽头相连接；所述细调绕组的首端可切换的和所述粗调绕组的各个分接抽头相连接。

在本申请的一种可选地实施例中，所述粗调绕组的分接抽头的数量为2m个，其中，m为大于1的正整数。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第二高压绕组的首端和所述粗调绕组的第m+1个分接抽头相连接。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第二高压绕组的首端可切换的和所述粗调绕组的各个分接抽头相连接。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第二高压绕组的末端和中性点输出端相连接。

在本申请的一种可选地实施例中，所述第一低压绕组为和所述第一高压绕组可相互产生电磁感应的绕组。

本发明所提供的一种调压变压器系统，包括第一高压绕组；可输出恒定绕组电压的第一低压绕组；和第一高压绕组可相互产生电磁感应的调变绕组；和调变绕组相互串接的第二高压绕组；和第二高压绕组可相互产生电磁感应的第二低压绕组；其中，第一高压绕组的电压输入端为变压器的输入端，第二低压绕组的电压输出端为变压器的输出端；第一低压绕组和第二低压绕组之间为8字绕组结构；调变绕组为用于向第二高压绕组输出电压的绕组，且施加到第二高压绕组两端的电压正反可调。

本申请中将第二低压绕组和第一低压绕组之间形成8字绕组结构，显然第二低压绕组最终输出变压器系统的电压是第一低压绕组和第二低压绕组矢量叠加的结果；此外调变绕组施加到第二高压绕组两端的电压正反可调，使得第二低压绕组产生的感应电压正反也相应变化，当第二低压绕组和第一低压绕组的电压方向相同，二者电压为相互叠加的效果，使得变压器系统的电压增大；反之当第二低压绕组和第一低压绕组的电压方向相反，二者相互抵消的效果，使得变压器系统的输出电压减小。

由此，本申请中第二低压绕组的调压区间部分为正部分为负，使得第二低压绕组的感应电压大小区间减小，再利用第一低压绕组输出的恒压在第二低压绕组输出的电压的基础上，使得两组低压绕组叠加输出的电压范围满足应用，无需完全依赖一组低压绕组感应电压的大幅度变化，从而在一定程度上减小了输出变压器系统电压的低压绕组的感应电压大小范围，降低低压绕组的材料消耗，提升工作性能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种变压器的电路原理示意图；

图2为本申请实施例提供的一种调压变压器系统的电路原理示意图。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在变压器系统中，为了满足工况需要，往往是将多组绕组共同组合使用，并通过设置接入线路的线圈匝数可调的绕组达到输出电压可调的目的，但对于绕组线圈而言，其感应输出的电压大小变化幅度越大，对绕组的要求也就越高，绕组的尺寸等也需要更大，显然，不仅仅会导致耗材更多，占据的空间面积也更大。

为此，本申请中提供了一种能够在一定程度上减小绕组感应电压大小变化区间范围的变压器系统。

如图2所示，图2为本申请实施例提供的一种调压变压器系统的电路原理示意图。该调压变压器系统，包括：

第一高压绕组10；

可输出恒定绕组电压的第一低压绕组20；

和第一高压绕组10可相互产生电磁感应的调变绕组30；

和调变绕组30相互串接的第二高压绕组40；和第二高压绕组40可相互产生电磁感应的第二低压绕组50；

其中，第一高压绕组10的电压输入端为变压器系统的输入端，第二低压绕组50的电压输出端为变压器系统的输出端；

第一低压绕组20和第二低压绕组50之间为8字绕组结构；调变绕组30为用于向第二高压绕组40输出电压的绕组，且施加到第二高压绕组40两端的电压正反可调。

参照图2，当第一高压绕组10的输入端接入输入电压产生感应磁场，进而使得调变绕组30产生电磁感应进而产生感应电压，而第二高压绕组40和该调变绕组30相互串联，由此调变绕组30产生的感应电压即可施加在第二高压绕组40的两端，第二低压绕组50在第二高压绕组40的感应磁场作用下，产生感应电压。

而第二低压绕组50和第一低压绕组20之间形成8字绕组结构，也就使得第一低压绕组20产生的恒定电压和第二低压绕组50的感应电压相互矢量叠加之后的电压矢量和共同作为变压器系统最终输出的电压。

需要说明的是，所谓的调变绕组30，可以理解为接入电路中的绕组线圈的匝数以及接入电路中绕组线圈的接入方式可调的绕组线圈，最终使得调变绕组30产生输出至第二高压绕组40两端的感应电压产生变化。并且，本申请中所采用的调变绕组30施加到第二高压绕组40两端的感应电压正反可调，因为第二高压绕组40的电压方向正反变化，第二高压绕组40产生的磁场也相应的是正反变化的，必然导致第二低压绕组50的感应电压方向变化，由此也就导致第二低压绕组50和第一低压绕组20之间的电压矢量叠加可能是相互叠加增长也可能是相互叠加抵消。

假设要求变压器系统最终输出的电压是在（0V，100V）之间变化，在如图1所示的现有的常规变压器系统中，是直接利用主变低压绕组06感应主变高压绕组05的电磁场变化，进而使得主变低压绕组06输出的电压值在（0V，100V）之间变化。而在本申请中可以设定第一低压绕组20输出的电压恒定为+50V电压；而通过调变绕组30输出的感应电压方向的正反变化，使得第二低压绕组50感应第二高压绕组40的磁场变化，最终感应产生的电压的区间范围在(-50V，+50V），显然当第二低压绕组输出的感应电压在(-50V，0V）时，即可实现变压器系统最终输出的电压在（0V，50V）区间范围内调节，而当第二低压绕组50输出的感应电压在(0V,+50V）时，即可实现变压器系统最终输出的电压在（50V，100V）区间范围内调节，由此即可实现变压器系统输出的电压在（0V，100V）的区间范围内调节。但相对于现有技术而言，本申请中的第二低压绕组50输出的感应电压的变化区间在(-50V,+50V），显然其电压大小不超过50V，而无需达到100V的大小，从而在一定程度上降低了对第二低压绕组50输出电压区间大小的要求，也就降低了对第二低压绕组50性能上的要求。

由此可见，本申请中利用了第一低压绕组20产生的恒定电压使得第二低压绕组50的电压变化区间可以整体减小，在此基础上利用调变电压产生的感应电压可正反调节的这一特性，实现第二低压绕组50的电压变化区间可以在反向电压区间的调节，最终利用调变绕组30和第一低压绕组20之间的配合作用，使得第二低压绕组50输出的电压变化区间整体减小的情况下，使得变压器系统输出的电压达到输出电压区间要求。

此外，还需要说明的是，对于第一低压绕组20其输出的电压为恒定的交流电压，可以将第一低压绕组20设置成和第一高压绕组10可产生电磁感应的绕组，因为第一高压绕组10的输入电压为稳定不变的交流电压。因此，只要第一低压绕组20的线圈匝数不发生变化，其产生的感应电压也即是恒定的交流电压。当然，在实际应用中，也不排除另外配置一组可以和第一低压绕组20产生电磁感应的线圈绕组，并向线圈绕组中通入稳定的交流电压也能实现本申请的技术方案。

综上所述，本申请中利用调变绕组可输出电压方向正负可调的感应电压，结合可输出的恒定的交流电压的第一低压绕组与第二低压绕组之间8字绕组结构，使得第二低压绕组输出的电压范围整体偏移的条件小，也能够实现变压器系统输出的电压变化区间的要求，并降低对第二低压绕组的要求，进而降低对变压器系统整体的要求。

基于上述实施例，参照图2，在本申请的一种可选地实施例中，该调变绕组具体可以包括：

和第一高压绕组10可相互产生电磁感应的粗调绕组31和细调绕组32；

第二高压绕组40的首端和粗调绕组31的各个分接抽头中除两端分接抽头之外的其中一个分接抽头相连接；第二高压绕组40的末端可切换的和细调绕组32的各个分接抽头相连接；细调绕组32的首端可切换的和粗调绕组31的各个分接抽头相连接。

在图2所示的实施例中，以第一低压绕组20为和第一高压绕组10可相互产生电磁感应产生恒定的感应电压的绕组；粗调绕组31包含4个分接抽头，细调绕组32包含12个分接抽头为例进行说明的。

设第一低压绕组20和第一高压绕组10相互电磁感应产生的感应电压为Ua，为定值；粗调绕组31的单级级电压为Ub，细调绕组32的单级级电压为Uc，则粗调绕组31和细调绕组32之间应当满足，Ub=12×Uc；第二高压绕组40的感应电压为Ud，为变化值；第二低压绕组50的感应电压为Ue。

调压原理实现过程如下：

1）第1～12档的调节；

细调绕组32的分接抽头12与粗调绕组31的分接抽头13相连，第二高压绕组40的首端接于粗调绕组31的分接抽头14上，第二高压绕组40的末端相当于接于细调绕组32的分接抽头1上。此时，第二高压绕组40的首端电位高于末端电位，感应电压Ud方向为正方向电压；第二高压绕组40的感应电压Ud达到最大值，且Ud＝Ub+11×Uc＝12×Uc+11×Uc=23Uc。

反之，粗调绕组31和细调绕组32之间的连接关系不变，当第二高压绕组40的末端连接细调绕组32的分接抽头12上，相当于细调绕组32未接入电路，第二高压绕组40的感应电压Ud达到最小，此时Ud=Ub=12Uc。

由此，随着有载开关控制细调绕组32上的分接抽头接入位置的切换，相当于第二高压绕组40的末端接于细调绕组32上的分接抽头由分接抽头2～12上，第二高压绕组40的首端电位高于末端电位，电压方向为正方向电压；相应地，第二高压绕组40的感应电压Ud也由23Uc至12Uc等12个不同档位大小的电压变化。

显然，在这一调节过程中，第二低压绕组50和第二高压绕组40之间发生电磁感应，显然第二低压绕组50的感应电压Ue也存在12个不同档位的变化，且第二低压绕组50的感应电压Ue的方向与第一低压绕组20中感应电压Ua方向相同，故此时第二低压绕组50中输出的该变压器系统的总电压Uo=Ua+Ue，因为第一低压绕组20中感应电压Ua为定值，而第二低压绕组50的感应电压Ue存在12个档位的变化，由此即可实现该变压器系统的总电压Uo从第1档变化到第12档的变化。

1）第13～24档的调节；

细调绕组32的分接抽头12与粗调绕组31的分接抽头14相连，和上述第1～12档的调节相似，第二高压绕组40的首端接于粗调绕组31的分接抽头14上，相当于粗调绕组31未接入电路。第二高压绕组40的末端可在细调绕组32的分接抽头1至12之间切换接入，此时第二高压绕组40的首端电位高于末端电位，感应电压方向为正方向电压，此时第二高压绕组40的感应电压U40在11Uc至0之间变化；由此，第二低压绕组50的感应电压值Ud显然也存在12个档位的变化，且方向与第一低压绕组20中感应电压Ua方向相同，故此时变压器系统最终输出的总电压值为Uo=Ua+Ue，也存在12个不同档位的变化。

但显然，可以理解的是，在这一区间内，Ue的最大值应当小于第1～12档的调节中Ue的最小值，由此即可实现变压器系统的输出电压从第13档变化到第24档。

3）第25～36档的调节

细调绕组32的分接抽头12与粗调绕组31的分接抽头15相连，第二高压绕组40的首端接于粗调绕组3的14分接头上，第二高压绕组40的末端可切换的接于细调绕组32的分接抽头1至12上，此时第二高压绕组的首端电位始终低于末端电位，电压方向为负方向电压。

显然，当第二高压绕组40的末端接于细调绕组32的分接抽头1上，第二高压绕组的感应电压Ud＝-Ub+11×Uc＝- Uc。

同理，当保持细调绕组32的分接抽头12与粗调绕组31的分接抽头15相连不变，当第二高压绕组40的末端接于细调绕组32的分接抽头12上，第二高压绕组的感应电压Ud＝-Ub＝- 12Uc。

根据电磁感应原理此时第二低压绕组50的感应电压Ue，且方向与第一低压绕组20中电压方向相反，故此时变压器系统输出的总电压Uo=Ua-Ue；由此，当随着有载开关细调触头的切换，第二高压绕组40的末端在接于细调绕组32的分接抽头1～12上切换，第二高压绕组的首端电位仍然低于末端电位，电压方向为负方向电压，第二高压绕组40两端电压在-Uc至- 12Uc之间12个不同档位切换变化；相应的，第二低压绕组50的感应电压Ue也存在12个不同的档位变化，且方向与第一低压绕组20中感应电压方向相反，故此时变压器系统输出的总电压值Uo=Ua-Ue，同样也存在12个档位不同的变化，由此实现变压器系统输出电压从第25档变化到第36档。

4）第37～48档

细调绕组32的分接抽头12与粗调绕组的抽头16相连，第二高压绕组40的首端接于粗调绕组3的14分接头上，第二高压绕组40的末端可切换的接于细调绕组32的分接抽头1至12上，此时第二高压绕组的首端电位低于末端电位，电压方向为负方向电压。

当第二高压绕组40的末端接于细调绕组32的分接抽头1上时，第二高压绕组的感应电压为Ud=-2Ub+11Uc=-13Uc。

当第二高压绕组40的末端接于细调绕组32的分接抽头12上时，第二高压绕组的感应电压为Ud=-2Ub=-24Uc。

由此，随着有载开关细调触头的切换，第二高压绕组40的末端可调接的切换接于细调绕组32的分接抽头1~12上时，第二高压绕组40的输出电压从-13Uc向-24Uc变换，相应地，第二低压绕组50的感应电压Ue也存在12档不同的变化，且电压方向始终与第一低压绕组20的感应电压Ua的方向相反，故此时变压器系统输出的总电压值Uo=Ua-Ue，同样也存在12个档位不同的变化，由此实现变压器系统输出电压从第37档变化到第48档。

当然，需要说明的是，当其中Ua和Ue之间大小相等方向相反时，会使得变压器系统输出的总电压Uo为0，显然会导致变压器系统无法输出电压，因此，当存在上述1至48档中某一档的Ua和Ue大小相等，方向相反，则应当在实际调节时将这一档位剔除。当然，在实际应用中，也可以通过合理设定第一低压绕组20、第二低压绕组50、粗调绕组31、细调绕组32以及第二高压绕组40，使得各个档位调节时不存在Ua和Ue大小相等，方向相反的档位，例如，第一低压绕组20的感应电压恒定为48.5V，而第二低压绕组50的感应电压为每个档位之间电压差为1V且为正整数的电压。

另外，在实际应用中，基于目前变压器中调节开关的设计，往往第48档是被锁死而无法调节的，也即是说在实际应用中，对于图2所示的调压变压器系统，实际上仅仅是实现1~47档的调节。当然，理论上而言，如果突破调节分接抽头的开关设计的限制，是可以实现1~48档调节的。

综上所述，上述实施例中仅仅是以粗调绕组31包含4个分接抽头而细调绕组32包含12个分接抽头为例进行说明的。但是在实际应用中，对于粗调绕组31和细调绕组32的分接抽头的数量并不做具体限制，具体应当根据实际需要设定。

并且上述实施例中，仅仅说明细调绕组32的首端接入粗调绕组31中的分接抽头的位置、以及第二高压绕组40的末端接入细调绕组32中的分接抽头的位置可切换的调节。但是在实际应用中，第二高压绕组40的首端接入粗调绕组31中的分接抽头的位置也并非固定的，但是可以理解的是，第二高压绕组40的首端接入粗调绕组31中的分接抽头的位置应当排除粗调绕组31中的最首端和最末端的分接抽头。

在本申请的一种可选地实施例中，粗调绕组31的分接抽头的数量可以为奇数个也可以为偶数个。而第二高压绕组40的首端接入粗调绕组31中的分接抽头的位置，与第一低压绕组20产生的感应电压以及最终要求变压器系统输出的总电压范围存在一定的关联性。

在上述图2所示的实施例中，是以第一低压绕组20产生的感应电压等于要求变压器系统输出的最大总电压的一半为例进行说明的。

假设粗调绕组31的分接抽头的数量为2m个，其中，m为大于1的正整数。此时，当第二高压绕组40的首端和粗调绕组31的第m+1个分接抽头相连接，相应地，第二低压绕组50产生的正向感应电压大小的最大值和反向感应电压大小的最大值相等。

也即是说当要求第二低压绕组50产生的正向感应电压大小的最大值和反向感应电压大小的最大值相等时，则要求第二高压绕组40的首端和粗调绕组31的中间位置的分接抽头相连接。

显然，当不要求第二低压绕组50产生的正向感应电压大小的最大值和反向感应电压大小的最大值相等时，可以依据实际需要调换第二高压绕组20的首端接通粗调绕组31的分接抽头的位置。

例如，同样是要求变压器系统最终输出的电压变化区间为（0V，100V），可以设定第一低压绕组20为可输出60V恒定电压的绕组；此时可以将第二低压绕组50输出的电压变化区间设定为（-60V，40V），最终也能实现变压器系统输出的电压要求。

结合上述论述可知，当第二低压绕组50产生的正向感应电压大小的最大值大于反向感应电压大小的最大值，则第二高压绕组40的首端接通粗调绕组31的分接抽头的位置应当更靠近粗调绕组31的首端；反之，当第二低压绕组50产生的正向感应电压大小的最大值小于反向感应电压大小的最大值，则第二高压绕组40的首端接通粗调绕组31的分接抽头的位置应当更靠近粗调绕组31的末端。

此外，在本申请的另一可选地实施例中，第二高压绕组40的末端和中性点输出端相连接。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、 “包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种调压变压器系统，其特征在于，包括第一高压绕组；可输出恒定绕组电压的第一低压绕组；和所述第一高压绕组可相互产生电磁感应的调变绕组；和所述调变绕组相互串接的第二高压绕组；和所述第二高压绕组可相互产生电磁感应的第二低压绕组；其中，所述第一高压绕组的电压输入端为变压器系统的输入端，所述第二低压绕组的电压输出端为所述变压器系统的输出端；

所述第一低压绕组和所述第二低压绕组之间为8字绕组结构；

所述调变绕组为用于向所述第二高压绕组输出电压的绕组，且施加到所述第二高压绕组两端的电压正反可调。

2.如权利要求1所述的调压变压器系统，其特征在于，所述调变绕组包括和所述第一高压绕组可相互产生电磁感应的粗调绕组和细调绕组；

所述第二高压绕组的首端和所述粗调绕组的各个分接抽头中除两端分接抽头之外的其中一个分接抽头相连接；所述第二高压绕组的末端可切换的和所述细调绕组的各个分接抽头相连接；所述细调绕组的首端可切换的和所述粗调绕组的各个分接抽头相连接。

3.如权利要求2所述的调压变压器系统，其特征在于，所述粗调绕组的分接抽头的数量为2m个，其中，m为大于1的正整数。

4.如权利要求3所述的调压变压器系统，其特征在于，所述第二高压绕组的首端和所述粗调绕组的第m+1个分接抽头相连接。

5.如权利要求2所述的调压变压器系统，其特征在于，所述第二高压绕组的首端可切换的和所述粗调绕组的各个分接抽头相连接。

6.如权利要求2所述的调压变压器系统，其特征在于，所述第二高压绕组的末端和中性点输出端相连接。

7.如权利要求1所述的调压变压器系统，其特征在于，所述第一低压绕组为和所述第一高压绕组可相互产生电磁感应的绕组。

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