CN200990560Y - 一种宽电压范围供电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种宽电压范围供电装置，其包括三相变压器、有载调压装置、整流装置，三相变压器的初级三相绕组具有首/尾端头、相同N个分档绕组及其分接头，各相绕组的分接头分别通过有载调压装置而汇合连接在该相绕组的尾端头上，三相变压器还具有M个三相次级绕组，各次级绕组的三个端头上连接有整流装置，整流装置包括输出电能的输出端，而供电装置还包括将三相绕组连接成星形或三角形结构的转换开关，三相绕组的首/尾端头分别连接在该转换开关的相应引脚上。本实用新型宽电压范围供电装置具有如下优点：其中的三相变压器既能够生产高压化成箔又能够生产中、低压化成箔，且可获得很高的自然功率因数，大大提高供电装置的效率。

Description

一种宽电压范围供电装置
技术领域
本实用新型涉及交直流电源供电装置，更具体地说，本实用新型涉及一种较大功率多种电压等级的交直流电源供电装置。
背景技术
工农各行各业生产、活动中，经常需要由一台电源变压器向需要不同电压的多个用电器提供电能。例如：电子工业中，为生产铝制电解电容器化成箔的化成生产线，要利用多种电压来给电容器用电极箔进行多级赋能，而多级化成生产线所用的直流电源装置通常包括10KV高压三相变压器及若干套(通常为三至四套)输出电压不同的三相全控桥式整流装置，这些输出电压不同的三相全控桥式整流装置分别为第一至第三/四级化成装置提供电能。
而目前国内所用的10KV高压三相变压器的初级与次级的联结方式组别包括：△/△△Y、△/△YY△等，即初级都固定为△接法，而次级的三/四个独立的三相绕组，分别称作第一至第三(四)级，并分别送到三/四个三相全控桥式整流装置，整流后分别送给第一至第三/四级化成生产线使用，第一至第三/四级的电压逐步升高，电流逐步减小，以满足多电压、多级赋能需要。
电能变送及其配套装置相对成本通常较为高，而电网电压又经常有变化，这样，为了适应电网电压的变化，国内的三相变压器通常在其初级采用9档有载调压装置，以10KV三相变压器为例，其调压范围为：9500V、10000V、10500V、11000V、11500V、12000V、12500V、13000V、13500V，即调压范围总幅度为40％。
对于电容器及其化成箔而言，目前国内按其工作电压分一般为高压型产品(工作电压：315WV-500WV)、中压型产品(工作电压：160WV-250WV)等。假如仅按所设计的化成生产线及相应的三相变压器的能力来生产高压或中压其中单一品种的化成箔产品时，则只需简单地调节三相变压器初级的有载调压装置上的9档分接开关就能基本实现三相变压器次级的交流电压跟所需的直流电压相匹配，从而保证较高的功率因数、降低谐波及电能损耗。
但是由于市场对高压或中压化成箔产品的需求不确定，而高压电容器化成箔的生产线与中压电容器化成箔生产线之间，除了对整流电源的电压等级需求不同外，两种生产线的其他所有设备都基本相同，这样，厂家为了减少一次性投资，有时希望利用生产高压产品的生产线及其三相变压器来生产中压规格的化成箔产品，但是，此时即使把传统结构的三相变压器档位调到最低档，所输出的多档交流电压还是分别远高于所需要的交流电压值，从而使得整流器三相全控桥的导通角很小，三相变压器的功率因数很低，电能效率低，谐波含量很高，对电力系统造成很大的干扰，使无功补偿装置中电力电容器无法运行，严重时甚至产生爆炸。
总之，传统结构的三相变压器及其供电装置不能够适应不同工作电压电容器化成箔的生产需要。
发明内容
针对现有技术的上述缺点，本实用新型的目的是要提供一种宽电压范围供电装置，其具有如下优点：其中的三相变压器既能够生产高压化成箔又能够生产中、低压化成箔，且可获得很高的自然功率因数，大大提高供电装置的效率。
为此，本实用新型的技术解决方案之一是一种宽电压范围供电装置，其包括三相变压器、有载调压装置、整流装置，其中，三相变压器的初级三相绕组具有首/尾端头、相同N个分档绕组及其分接头，各相绕组的分接头分别通过有载调压装置而汇合连接在该相绕组的尾端头上，三相变压器还具有M个三相次级绕组，各次级绕组的三个端头上连接有整流装置，整流装置包括输出电能的输出端，而所述供电装置还包括将三相绕组连接成星形或三角形结构的转换开关，所述三相绕组的首/尾端头分别连接在该转换开关的相应引脚上。
本实用新型三相变压器除了在初级保留传统的多档有载调压装置来调整电压外，在不改变三相变压器绕组匝数的情况下，在初级还增加一套能使初级绕组作△-Y转换即星形或三角形接法转换的转换开关，使三相变压器的次级电压调整范围更大：次级电压调整幅度可从原来的40％增加到近70％。在生产高压化成箔产品时，转换开关置“△接法”位置令三相变压器初级绕组为“△”形接法，而在生产中、低压产品时，在断电的情况下将转换开关置“Y接法”位置令三相变压器初级绕组为“Y”接法，使得次级电压变为“△”接法的1/31/2，变压器送电后，配合9档有载调压开关，测量次级的交流电压，使次级(二次侧)各级的交流电压与生产线各级所需的直流电压相匹配，从而最大限度的提高三相变压器工作效率和功率因数，减少电能损失，实现三相变压器既能够生产高压化成箔又能够生产中、低压化成箔，大大提高供电装置的效率。
为了获得高的性价比的改进包括：
所述转换开关为无载转换开关。所述转换开关安装在所述三相变压器本体上。这样的结构基本上不增加变压器体积。
所述转换开关包括驱动开关动作的手动转换装置和/或电动转换装置。
所述转换开关包括三个联动的单极双位开关共9支引脚，其中各单极双位开关包括1支极引脚和2支位引脚，三个尾端头分别连接三支极引脚，三个首端头分别连接一个单极双位开关的1支位引脚，另外3只空置位引脚相互短接。
所述整流装置为三相全控桥式整流装置。
针对电容器化成箔生产的改进包括：
所述三相变压器的初级为高压侧，而其次级为低压侧。
所述初级绕组的分档数N为9，所述三相次级绕组的数目M为3或4。
M个三相次级绕组的匝数互不相同。
所述三相次级绕组也连接有在星形和三角形方式间作切换的切换开关。
本实用新型的另一相关的技术解决方案是一种宽电压范围供电的三相变压器，其包括初级三相绕组的首/尾端头、M个三相次级绕组，各初级三相绕组具有相同N个分档绕组及其分接头，而所述三相变压器本体上还安装有将三相绕组连接成星形或三角形结构的转换开关，所述三相绕组的首/尾端头分别连接在该转换开关的相应引脚上。
所述转换开关包括三个联动的单极双位开关共9支引脚，其中各单极双位开关包括1支极引脚和2支位引脚，三个尾端头分别连接三支极引脚，三个首端头分别连接一个单极双位开关的1支位引脚，另外3只空置位引脚相互短接；所述转换开关包括驱动开关动作的手动转换装置和/或电动转换装置。
本实用新型三相变压器特别适应于为宽电压范围的供电装置配套安装使用：连接9档有载调压开关后，能使次级(二次侧)各级的交流电压与生产线各级所需的直流电压相匹配，从而最大限度的提高三相变压器工作效率和功率因数，减少电能损失，本实用新型三相变压器既能够配套生产高压化成箔又能够配套生产中、低压化成箔，大大提高供电装置的效率。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。
附图说明
图1为传统供电装置的主要结构示意图。
图2为本实用新型转换开关实施例的电路结构示意图。
图3为本实用新型供电装置及变压器实施例的主要结构示意图。
如图1，所示为传统供电装置的主要结构的示意图。其包括三相变压器、有载调压装置10、整流装置(不予详示)，其中，三相变压器的初级三相绕组具有首/尾端头A、B、C、X、Y、Z、相同9个分档绕组及其9个分接头(图中序号1、2、3...9)，各相绕组的分接头分别通过有载调压装置10而汇合连接在该相绕组的尾端头X、Y、Z上，三相变压器还具有3个三相次级绕组F1、F2、F3，各次级绕组F1、F2、F3的三个端头a1、b1、c1，a2、b2、c2，a3、b3、c3上连接有整流装置(不予详示)，整流装置包括输出电能的输出端。而且，三相变压器初级与次级的联结方式组别为：△/△△Y，即初级为传统△接法，而次级的三个独立的三相绕组分别为△△Y接法，各整流装置整流后分别送给第一至第三级化成生产线使用。传统结构的三相变压器的9档有载调压装置调压范围总幅度为40％，不能够适应不同工作电压电容器化成箔的生产需要。
具体实施方式
如图2，所示为本实用新型转换开关实施例的电路结构示意图。所述转换开关20包括三个联动(虚线表示联动关系)的单极双位开关21、22、23共9支引脚，其中各单极双位开关21、22、23分别包括1支极引脚210、220、230和2支位引脚，所述三相绕组的三个尾端头X、Y、Z分别连接三支极引脚210、220、230，三个首端头A、B、C分别连接一个单极双位开关的1支位引脚，另外3只空置位引脚Θ相互短接。所述转换开关20为无载转换开关、且安装在所述三相变压器本体上，其还包括驱动开关动作的手动转换装置和电动转换装置(不予详示)。
如图3，所示为本实用新型宽电压范围供电装置及其变压器实施例的结构示意图。该供电装置主要设计来生产高压化成箔，其包括连接三相电源的三相变压器、有载调压装置10、整流装置(不予详示)，其中，三相变压器的初级三相绕组具有首/尾端头A、B、C、X、Y、Z、相同9个分档绕组及其分接头(图中序号1、2、3...9)，各相绕组的分接头分别通过有载调压装置10而汇合连接在该相绕组的尾端头X、Y、Z上；所述三相变压器的初级为高压侧，而其次级为低压侧。所述供电装置还包括将三相绕组连接成星形或三角形结构的转换开关20，所述三相绕组的首/尾端头A、B、C、X、Y、Z分别连接在该转换开关20的相应引脚上。
三相变压器还具有3个三相次级绕组，各次级绕组F1、F2、F3的三个端头a1、b1、c1，a2、b2、c2，a3、b3、c3上连接有整流装置(不予详示)，所述整流装置为三相全控桥式整流装置，整流装置包括输出电能的输出端。所述三相次级绕组F1、F2、F3的三个端头a1、b1、c1，a2、b2、c2，a3、b3、c3上也连接有在星形和三角形方式间作切换的切换开关(不予详示)。
为更进一步比较分析本实用新型优点，一方面，以额定功率为1100KVA的三相变压器在改进前后的电压参数、结构参数为例，另一方面，以工作电压为180WV、额定电压为260V的中压化成箔生产所需化成电压、电流为例，进一步说明如下：
改进前，额定功率为1100KVA的三相变压器在传统结构下的电压参数、结构参数见表一：
表一
                                      1100KVA变压器
  电源电压     (初级)一次侧                     (次级)二次侧
    (V) 档位 线电压(V) F1线电压V  F2线电压V  F3线电压V 每匝电压
    10KV     9     9500     258     424     510     18.42
    10KV     8     10000     245     403     485     17.5
    10KV     7     10500     233     383     462     16.67
    10KV     6     11000     223     366     440     15.90
    10KV     5     11500     213     350     422     15.22
    10KV     4     12000     204     335     404     14.58
    10KV     3     12500     196     322     388     14.00
10KV     2     13000     188     310     373     13.46
10KV     1     13500     181     298     359     12.96
二次线圈匝数     14     23     16
改进前接法：一次绕组△     △     △     Y
而为生产工作电压为180WV、额定电压为260V的中压化成箔，生产线三级化成工艺一般所需直流电压(V)分别为140、235、300，一般所需电流(A)分别为650、600、500，(参见表二相应栏目)。
而改进前，最接近以上所需各级电压/电流的，根据表一(并参见表二)显然是一次侧最低档(第1档)下的二次侧各级电压(V)，其分别为：(交流)181、298、359，其时，输出的最高直流电压分别为253V、387V、460V(参见表二相应栏目)，这三个直流电压远高于工艺所需的三级化成直流电压：140V，235V，300V；这使得整流器三相全控桥的导通角很小，三相变压器的功率因数及效率低，谐波含量高，改进前功率因数及效率实测数据参见表二相应栏目。
改进后，当通过△-Y转换开关将三相变压器一次侧初级绕组的接法改成Y接法后，三相变压器二次侧各档各级输出的交流电压均降低到原来的1/1.732，在对应初级各档的二次侧各级输出交流电压降低的基础上，根据以上中压化成箔工艺所需电压、电流，在对应各档的次级二次侧的各级输出电压、电流中根据计算和实测做出选择：在一次侧选定第4档；对应该第4档下的二次侧的各级交流电压(V)分别为△接法下第4档电压的1/1.732即：117(＝204/1.732)、193(＝335/1.732)、233(＝404/1.732)，而对应的可输出直流电压值分别为153V、251V、303V，由此可见：各级可输出直流电压与中压化成各级所需化成电压、电流吻合很好(参见表二相应栏目)，整流器的导通角接近最大，因而可获得最大的自然功率因数，使谐波及电能损耗降低到最低限度。相关参数见表二中相应栏目。
表二：生产260V电极箔时两种方案比较
    改进前初级采用△接法   改进后初级采用△-Y转换后(Y接法)
生产线级次及绕组接法   F1△   F2△     F3Y   F1△   F2△   F3Y 测量仪器
化成所需直流电压(V)   140   235     300   140   235   300 FLUKE数字万用表和钳流表
化成所需电流(A)   650   600     500   650   600   500
三相变压器初级挡位            第1档     第4档
可输出交流电压(V)   181   298     359   117   193   233
可输出最高直流电压(V)   253   387     460   153   251   303
输入交流功率     420KW     398KW 电度表测量法
输出直流功率     91+141+150KW     91+141+150KW FLUK数字万用表
功率因数     0.58     0.91 DJ-3三相电能表校验仪
三相变压器效率     91％     96％ 现场测量所得
谐波含量(五次，七次等)     12.4％     5.3％ HIOKI 3196电力谐波分析仪
表二内的参数都是在生产现场测出来的，由表二可见：本实用新型供电装置及其变压器的功率因数及效率明显提高，每台变压器可节约22KW，当采用以上的三相变压器生产更低电压等级的电极箔时，节电的效果将更加明显。

Claims (10)

1、一种宽电压范围供电装置，其包括三相变压器、调压装置、整流装置，其中，三相变压器的初级三相绕组具有首/尾端头、相同N个分档绕组及其分接头，各相绕组的分接头分别通过调压装置而汇合连接在该相绕组的尾端头上，三相变压器还具有M个三相次级绕组，各次级绕组的三个端头上连接有整流装置，整流装置包括输出电能的输出端，其特征在于：所述供电装置还包括将三相绕组连接成星形或三角形结构的转换开关，所述三相绕组的首/尾端头分别连接在该转换开关的相应引脚上。
2、如权利要求1所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述转换开关为无载转换开关。
3、如权利要求1所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述转换开关安装在所述三相变压器本体上。
4、如权利要求1所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述转换开关包括驱动开关动作的手动转换装置和/或电动转换装置。
5、如权利要求1所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述转换开关包括三个联动的单极双位开关共9支引脚，其中各单极双位开关包括1支极引脚和2支位引脚，三个尾端头分别连接三支极引脚，三个首端头分别连接一个单极双位开关的1支位引脚，另外3只空置位引脚相互短接。
6、如权利要求1-5之一所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述调压装置是有载调压装置；所述整流装置为三相全控桥式整流装置。
7、如权利要求1-5之一所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述初级绕组的分档数N为9，所述三相次级绕组的数目M为3或4。
8、如权利要求1-5之一所述宽电压范围供电装置，其特征在于：所述三相次级绕组也连接有在星形和三角形方式间作切换的切换开关。
9、一种宽电压范围供电的三相变压器，其包括初级三相绕组的首/尾端头、M个三相次级绕组，各初级三相绕组具有相同N个分档绕组及其分接头，其特征在于：所述三相变压器本体上还安装有将三相绕组连接成星形或三角形结构的转换开关，所述三相绕组的首/尾端头分别连接在该转换开关的相应引脚上。
10、如权利要求9所述宽电压范围供电的三相变压器，其特征在于：所述转换开关包括三个联动的单极双位开关共9支引脚，其中各单极双位开关包括1支极引脚和2支位引脚，三个尾端头分别连接三支极引脚，三个首端头分别连接一个单极双位开关的1支位引脚，另外3只空置位引脚相互短接；所述转换开关包括驱动开关动作的手动转换装置和/或电动转换装置。
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