CN200956303Y - 无触点无级有载调压变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力配电网络的一种有载调压电力变压器，尤其是涉及一种无触点无级有载调压变压器。其主要是解决现有技术所存在的自动调压装置在不同触点之间进行切换时，触点之间存在环流，控制不当容易烧毁装置，要求晶闸管承受电压值比较高，可控硅开关器件数量多、体积大，降低了变压器可靠性，以及采用两相绕组多组抽头的有级调压，调压精度受到限制等技术问题。本实用新型包括动态电压调节器及DSP智能控制器和主变压器T₁，动态电压调节器由依次连接的三相PWM整流器、电容储能器、智能逆变器、正弦波滤波器和串接补偿变压器组成，动态电压调节器的串接补偿变压器两个输出端与配电网络主变压器T₁的一次绕组串联连接。

Description

无触点无级有载调压变压器

技术领域

本实用新型涉及电力配电网络的一种有载调压电力变压器，尤其是涉及一种无触点无级有载调压变压器。

背景技术

由于电网电压用电容量随时变化，其配电变压器的一次侧电压波动很大，导致配电变压器二次侧电压不稳定，从而影响用户的用电质量。研究表明，电压跌落问题已成为影响许多用电设备正常、安全运行的电能质量问题之一。在现代工业生产中，电压跌落将引起厂家的产品质量下降，甚至导致全厂生产过程中断，从而造成巨大的经济损失。传统的有载调压方法是采用机械式有载分接开关调压来实现电网电压的稳定。但其有三个固有的缺陷难以消除：①在分接头切换过程中产生电弧，导致机械触头烧损和变压器绝缘油介质极化；②分接开关的动作速度慢，调压响应时间长，容易错档、错位，不能进行动态调压，而且故障率高，维护量大；③机械开关动作时间具有分散性，使调压时刻无法准确控制，而且在调压过程中可能出现过渡过程，甚至出现错档、错位现象，对电网的安全运行带来不利的影响。

中国专利公开了一种10KV配电变压器无触点自动调压装置(公开号：CN2534660Y)，其在遥控调压时首先操作遥控器，遥控器红外光信号被接收器接收以后经过处理送给单片机，单片机运算处理后的信号再经形成电路推动晶闸管的触发电路，操纵晶闸管的开通与关闭，达到调整变压器分接头的作用，实现无触点调整电压的目的。为了防止整个操作回路不带电或出现其它异常时变压器被烧毁，该装置专门设置了相应的保护回路，保证变压器在任何情况下不至因使用该装置而烧毁。而当采用自动调压时，单片机由自动检测回路提供信号，再经过单片机处理给信号形成回路，驱动相应晶闸管触发电路，相应晶闸管导通，达到自动调整电压的目的。中国专利公开了无触点开关有载调压变压器(公开号：CN 2593328Y)，该有载调压变压器，将两相绕组之间连接的多组机械式分接开关用多组无触点开关替代，输入绕组上连接有主电路开关，并由单片计算机实时监测和控制，保证可控硅开关在变压器通电前首先接通，过零时导通或截止，减小了环流，且解决了可控硅耐压不足的问题，当二次侧电压偏离额定电压的2.5％时，在电压过零点时，计算机发出指令改变相应的可控硅工作状态，自动改变变压器原边绕组匝数并自动调节变压器变压比，实现二次侧输出电压的调整，达到自动稳定输出额定电压的目的。但CN 2534660Y专利和CN 2593328Y技术存在明显的缺陷：

1. 10KV配电变压器无触点自动调压装置在不同触点之间进行切换时，由于晶闸管不是立即关断，所以触点之间存在环流，控制不当，很容易烧毁装置；由于晶闸管是半控器件，响应速度受到限制，想再次提高比较困难，通常在10毫秒以上；由于晶闸管是直接串在主电路中，承受的电压值比较高，要求器件的容量比较大，致使成本增加。

2.无触点开关有载调压变压器将两相绕组之间连接的多组机械式分接开关用多组无触点可控硅开关替代，必须采用大量可控硅开关器件，不仅体积大，而且降低了该有载调压变压器的可靠性。

3. 10KV配电变压器无触点自动调压装置和无触点开关有载调压变压器采用两相绕组多组抽头实现有级调压，调压精度受到限制。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种无触点无级有载调压变压器，其主要是解决现有技术所存在的自动调压装置在不同触点之间进行切换时，由于晶闸管不是立即关断，所以触点之间存在环流，控制不当容易烧毁装置，要求晶闸管承受电压值比较高，大容量器件成本高，而采用多组无触点可控硅开关，可控硅开关器件数量多、体积大，降低了变压器可靠性，以及采用两相绕组多组抽头的有级调压，调压精度受到限制等技术问题。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本实用新型的无触点无级有载调压变压器，包括动态电压调节器及DSP智能控制器和主变压器T₁，在于所述的动态电压调节器由依次连接的三相PWM整流器、电容储能器、桥式逆变器、正弦波滤波器和串接补偿变压器组成，动态电压调节器的串接补偿变压器两个输出端与配电网络主变压器T₁的一次绕组串联连接，旁路开关K与动态电压调节器并联连接；

所述的智能逆变器包括桥式逆变器和DSP智能控制器，其中：

桥式逆变器由功率器件IGBT或IPM智能模块构成，智能控制器的驱动脉冲输出端连接到高速功率器件IGBT的栅极，触发和控制功率器件的通断；

DSP智能控制器由DSP控制板、PWM脉冲发生装置、反馈检测电路、保护电路以及DSP器件的输入装置与显示器构成，反馈检测电路的输入端连接配电网络主变压器T₁的反馈电压采样端，用于电压瞬时值检测和相位检测。

桥式逆变器由4～6个IGBT功率器件或单个IPM智能模块构成，其触发端与智能控制板驱动脉冲输出端连接，由DSP智能控制板发出的驱动脉冲进行触发，桥式逆变器与DSP智能控制板之间通过功率器件驱动板相连接。

作为优选，所述的桥式逆变器由功率器件IGBT或单个IPM智能模块构成，其后端通过导线与正弦波滤波器连接，单相逆变器由4个IGBT功率器件或单个IPM智能模块构成，三相逆变器由6个IGBT功率器件或单个IPM智能模块构成。

所述的无触点无级有载调压变压器，在于所述的串联补偿变压器的二次端并联有旁路开关K。当无触点无级调压装置出现故障时，可以接通旁路开关，使之与电网脱离，进行维修，而不影响配电网工作。

所述的无触点无级有载调压变压器，在于所述的桥式逆变器为直流电变成工频交流电的变换器，其每个IGBT功率器件上都并接一个续流二极管。桥式逆变器可以把直流电变成频率为工频，幅值可以连续调节的交流电。即DSP控制板按正弦波规律发出触发脉冲，经过触发电路放大，控制逆变器功率器件IGBT的导通和关断，得到PWM脉冲电压波形，经正弦波滤波器滤波，从而可以对输入电压进行连续补偿调节。

所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的正弦波滤波器为LC滤波器，其输入端接在逆变器的后端，输出端接在串接补偿变压器一次端，将逆变器输出的PWM脉冲波转换成为工频正弦波。正弦波滤波器将逆变器输出的PWM脉冲波转换成为工频正弦波，从而有效降低串联补偿变压器的涡流损耗及噪声，并能减少谐波污染。

PWM整流器的作用是把三相交流电转变成直流电，并起到稳定直流母线电压和能量回馈作用；电容储能器的作用是滤波及储能作用，即把整流器整流得到的脉动直流电变换成比较平稳的直流电。正弦波滤波器的作用是将逆变器输出的PWM脉冲波转换成为正弦波，从而有效降低串联补偿变压器的涡流损耗及噪声，并能减少谐波污染。串联补偿变压器的初级同正弦波滤波器连接，次级直接串联在主回路中，起升压和隔离作用。主变压器的功能是进行能量的传递，原边接高压侧，副边接负载。

作为优选，所述的正弦波滤波器为LC滤波器，其输入端接在逆变器的后端，输出端接在串接补偿变压器一次端，将逆变器输出的PWM脉冲波转换成为工频正弦波。逆变器后端连接有正弦波滤波器，正弦波滤波器前端通过导线同逆变器相连接，后端通过导线与串联补偿变压器相连接，这样由逆变器输出的PWM脉冲波转换成为光滑的正弦波，从而有效降低串联补偿变压器的涡流损耗及噪声，并能减少谐波污染。

作为优选，所述的串联补偿变压器为升压和隔离变压器。串联补偿变压器起升压和隔离作用，从而使逆变器所用器件可以选用耐压值比较低的器件，器件选型较容易。

作为优选，所述的逆变器的DSP智能控制器，其DSP控制板上安装有DSP器件和PWM脉冲发生装置，DSP器件的控制信号输出口连接PWM脉冲发生装置的输入端。智能逆变器由桥式逆变器和DSP智能控制器组成，桥式逆变器受DSP智能控制器控制，DSP智能控制器包括有DSP器件、DSP控制板，DSP控制板连接有PWM脉冲发生装置。DSP控制板主要完成SPWM算法，得到相应的PWM驱动脉冲；PWM脉冲发生装置是对PWM脉冲进行放大，使之更加可靠、有效的开通和关断功率器件IGBT。

作为优选，所述的DSP控制板上还安装有检测电路装置、保护电路装置、显示器以及输入装置，其中：

检测电路装置是一块组件，其输入端连接主变压器绕组的反馈电压采样端，其输出端连接DSP器件的一个A/D输入口；

保护电路装置是一块组件，其由过压保护电路和过流保护电流两部分组成，其中过压保护电路输入端通过电压霍尔连接在逆变器直流母线两侧，输出端经过信号处理，送往DSP器件的AD0口，过流保护电路的输入端通过电流霍尔连接在逆变器的直流母线上，过流保护电路的输出端通过信号处理，送往DSP器件的AD1口。

所述的DSP控制板连接有检测电路装置、保护电路装置、显示器以及输入装置。检测电路装置主要有电压瞬时值检测和电网电压相位检测，用于稳定负载电压；保护电路装置主要是动态电压调节器直流母线电流和电压的检测，用于保护动态电压调节器的功率器件；显示及输入装置为外围电路，用于显示和参数设定。输入装置可以是键盘。

因此，本实用新型具有只对输入电压的差值进行调整和补偿，而无需承担负荷所需的全部电压，逆变器承担的最大功率较小，性价比较高的特点；本实用新型还具有功率器件不是直接串在输配电系统主回路中，器件可以选用耐压值比较低的器件，器件选型较容易，逆变器可以产生幅值连续可调的电压，可以实现对主变压器的无级电压调节，从而省去主变压器的多组抽头，逆变器由全控器件IGBT构成，动态响应快，可以在2毫秒左右使电压得到恢复，装置可靠性高等特点。

附图说明

附图1是本实用新型无触点无级有载调压变压器的电原理框图；

附图2是本实用新型无触点无级有载调压变压器的动态电压调节器的电原理框图；

附图3是本实用新型无触点无级有载调压变压器实施例的动态电压调节器电原理框图；

附图4是本实用新型无触点无级有载调压变压器单相实施例的电原理框图；

附图5是本实用新型无触点无级有载调压变压器的同相补偿电压示意图；

附图6是本实用新型无触点无级有载调压变压器的反相补偿电压示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本例的无触点无级有载调压变压器，如图1所示，由三大部分构成：动态电压调节器11、主变压器12、智能控制器13，旁路开关K接在动态电压调节器11的输出端。当无触点无级调压装置出现故障时，可以接通旁路开关K，使之与电网脱离，进行维修，而不影响配电网工作。

如图2所示，动态电压调节器11包括有一个三相PWM整流器21、电容储能器22、智能逆变器23、正弦波滤波器24和串联补偿变压器25，三相PWM整流器21输入端为400V的三相交流电，PWM整流器并联有电容储能器22，电容储能器22并联有智能逆变器23，智能逆变器23由6个功率器件IGBT或单个IPM智能模块组成，智能逆变器23的输出通过导线与正弦波滤波器24连接，正弦波滤波器24另一端连接串联补偿变压器25；串联补偿变压器初级与正弦波滤波器相连接，次级直接串联在主变压器T₁中。

串联补偿变压器的次级串联在主变压器T₁的原边回路，主变压器原边接高压，可为交流10KV，副边接负载，为交流400伏。

图3给出了本实用新型无触点无级有载调压变压器实施例的动态电压调节器电原理框图。桥式IGBT功率器件逆变器31，由智能控制器32控制，智能控制器32包括有DSP控制板321，DSP控制板连接有PWM脉冲发生装置322、保护电路装置323、检测电路装置324、输入装置325以及显示器326。检测电路装置324具有电压瞬时值检测和电网电压相位检测功能，实时采集电网主变压器T₁的反馈电压采样端的电压瞬时值和电网电压相位信息，送DSP处理器处理，DSP控制板控制逆变器31稳定负载电压。保护电路装置324主要是动态检测电压调节器直流母线电流和电压，用于保护动态电压调节器的功率器件；显示器及输入装置为DSP处理器处理的外围电路，输入装置可以是键盘，用于参数设定显示和显示。

下面结合图4～图6，对本实用新型的实施例作进一步的具体说明。

IGBT功率器件逆变器的IGBT功率器件采用日本三菱公司的PM50RLA120型号，数字信号处理器DSP采用美国Ti公司的TMS320LF2407型号。

在电网配电主变压器使用无触点无级有载调压变压器时，将它接入电网。采用IGBT功率器件的三相PWM整流器先把三相400V交流电转变成直流电，起到稳定直流母线电压和能量回馈作用，然后电容储能器把PWM整流器整流得到的脉动直流电变换成比较平稳的直流电，加到桥式逆变器的前端；智能控制器的检测电路从电网主变压器T₁反馈电压采样端实时采集到电压瞬时值和电网电压相位信息，经DSP处理，DSP控制板完成SPW M算法，得到相应的PWM驱动脉冲；PWM脉冲发生装置对PWM脉冲进行放大，PWM脉冲发生装置输出驱动脉冲加到逆变器，数字信号处理器DSP按正弦波规律发出触发脉冲，经过触发电路放大，控制功率器件IGBT的导通和关断，得到PWM脉冲电压波形。逆变器把直流电变成频率为工频，幅值可以无级连续调节的交流电。L_f，C_f构成的正弦波滤波器，将逆变器输出的PWM脉冲波转换成为正弦波，从而有效降低串联补偿变压器的涡流损耗及噪声，并能减少谐波污染。正弦波滤波器的输出端连接串联补偿变压器的初级绕组，串联补偿变压器的次级绕组直接串联在主变压器的一次绕组回路中，串联补偿变压器的次级绕组电压ΔU随着主变压器的二次绕组回路电压U₂的波动而逆向变化，使主变压器的一次绕组回路的电压U₁得以补偿，起到稳定电压和隔离作用。对于电压10KV电网，逆变器逆变出来的线电压通常可达380伏，而补偿电压则达到1000多伏，因此串联补偿变压器具有升压功能，同时串联补偿变压器还把电网电压10KV同低压部分隔离开来。由图4可见，U₃＝U₁+ΔU，当输入电压U₁降落ΔU时，通过串联补偿变压器T₂补偿ΔU，从而维持主变压器T₁初级电压U₃不变，进而维持U₂不变，如图5所示；而当输入电压U₁升高ΔU时，通过串联补偿变压器T₂反相补偿电压ΔU，依然维持主变压器T₁初级电压U₃不变，如图6所示。无触点无级有载调压装置只补偿输入电压U₁升高或跌落部分，而不是全部输入电压，即只对输入电压U₁与电压U₃的差值进行调整和补偿，而无需承担负荷所需的全部电压，因此逆变器承担的最大功率仅为系统功率的20％左右。当无触点无级调压装置出现故障时，可以接通旁路开关K，使之与电网脱离，进行维修，而不影响配电网工作。

Claims (8)

1.一种无触点无级有载调压变压器，包括动态电压调节器及DSP智能控制器和主变压器T₁，其特征在于所述的动态电压调节器由依次连接的三相PWM整流器、电容储能器、智能逆变器、正弦波滤波器和串接补偿变压器组成，动态电压调节器的串接补偿变压器两个输出端与配电网络主变压器T₁的一次绕组串联连接；

所述的智能逆变器包括桥式逆变器和DSP智能控制器；

所述的DSP智能控制器由DSP控制板、PWM脉冲发生装置、反馈检测电路、保护电路以及DSP器件与输入装置、显示器构成，反馈检测电路的输入端连接配电网络主变压器T₁的反馈电压采样端；

所述的桥式逆变器由4～6个IGBT功率器件或单个IPM智能模块构成，其触发端与智能控制器驱动脉冲输出端连接，由DSP智能控制板发出的驱动脉冲进行触发，桥式逆变器与DSP智能控制板之间通过功率器件驱动板相连接。

2.根据权利要求1所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的桥式逆变器由功率器件IGBT或单个IPM智能模块构成，其后端通过导线与正弦波滤波器连接，单相逆变器由4个IGBT功率器件或单个IPM智能模块构成，三相逆变器由6个IGBT功率器件或单个IPM智能模块构成。

3.根据权利要求1所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的串联补偿变压器的二次端并联有旁路开关K。

4.根据权利要求1或2所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的桥式逆变器为直流电变成工频交流电的变换器，其每个IGBT功率器件上都并接一个续流二极管。

5.根据权利要求1所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的正弦波滤波器为LC滤波器，其输入端接在逆变器的后端，输出端接在串接补偿变压器一次端，将逆变器输出的PWM脉冲波转换成为工频正弦波。

6.根据权利要求1所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的串联补偿变压器为升压和隔离变压器。

7.根据权利要求1或2所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的逆变器的DSP智能控制器，其DSP控制板上安装有DSP器件和PWM脉冲发生装置，DSP器件的控制信号输出口连接PWM脉冲发生装置的输入端。

8.根据权利要求1或2所述的无触点无级有载调压变压器，其特征在于所述的DSP控制板上还安装有检测电路装置、保护电路装置、显示器以及输入装置，其中：

检测电路装置是一块组件，其输入端连接主变压器绕组的反馈电压采样端，其输出端连接DSP器件的一个A/D输入口；

保护电路装置是一块组件，其由过压保护电路和过流保护电流两部分组成，其中过压保护电路输入端通过电压霍尔连接在逆变器直流母线两侧，输出端经过信号处理，送往DSP器件的AD0口，过流保护电路的输入端通过电流霍尔连接在逆变器的直流母线上，过流保护电路的输出端通过信号处理，送往DSP器件的AD1口。

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