CN202652075U - 多相变压器 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于将3相交流AC电力转换成9相AC电力的变压器。变压器包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，每个线圈具有耦合在一起以形成多边形的多个串联绕组。变压器还包括第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，每个输入端子链接到第一线圈、第二线圈和第三线圈的相应绕组。输入端子被配置成接收输入AC电力的第一相、第二相和第三相，并且能够调节第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子中的至少一个选择的输入端子以改变在所选择的输入端子的任一侧的对应的第一线圈、第二线圈或第三线圈的相应绕组的匝数。变压器还包括能够链接到第一输出电力线至第九输出电力线的第一输出端子至第九输出端子。

Description

多相变压器

技术领域

本发明一般地涉及诸如在电力转换系统中使用的电力电子装置。更具体地，本发明涉及被配置成在不使用额外绕组的情况下将3相AC(交流)电力转换成9相AC电力的变压器。

背景技术

多相变压器被配置成将3相AC输入电力转换成多相(例如9相)AC输出电力。这样的变压器通常被设计成提供期望的输出AC电力。可以在被供应给负载之前对由变压器生成的输出AC电力进行整流或滤波。

然而，在一些情形下，由于诸如整流器、输出滤波器和/或长的线缆长度的输出装置中的损耗，提供给负载的输出电压低于变压器所生成的输出电力。减小这种损耗的一种方式是降低线缆电阻。然而，这种线缆会增加系统的总成本。

保持负载处的期望输出电力的另一技术是包括升压变压器以补偿输出电压降。通常，降压或升压变压器外部耦合到多相变压器。在一些系统中，额外绕组被添加到变压器。然而，这些方法增加了变压器的总成本和尺寸。

因此，需要设计能够用作升压或降压变压器的多相变压器，而不增加总系统的尺寸或成本。

发明内容

简要地，根据本发明的一个实施例，提供了一种用于将3相交流AC电力转换成9相AC电力的变压器。变压器包括第一、第二和第三线圈，每个线圈具有耦合到一起以形成多边形的多个串联绕组。变压器还包括第一、第二和第三输入端子，每个输入端子链接到第一、第二和第三线圈的相应绕组。输入端子被配置成接收输入AC电力的第一、第二和第三相，并且第一、第二和第三输入端子中的至少一个所选择的输入端子能够调节以改变所选择的输入端子的任一侧上的对应的第一、第二或第三线圈的相应绕组的匝数。变压器还包括能够链接到第一至第九输出电线的第一至第九输出端子。

在另一实施例中，用于将3相AC电力转换成9相AC电力的变压器包括第一、第二和第三线圈，每个线圈具有耦合到一起以形成六边形的多个串联绕组。每个线圈包括五个分开的绕组，五个分开的绕组包括第一、第二、第三、第四和第五绕组。变压器还包括第一、第二和第三输入端子，每个输入端子分别链接到第一、第二和第三线圈之一的所选择的绕组，并且被配置成接收输入电力的第一、第二和第三相。第一、第二和第三输入端子中的至少一个能够调节以改变对应的第一、第二或第三线圈的所述选择的绕组的匝数比。变压器还包括能够链接到第一至第九输出电线的第一至第九输出端子。

在另一实施例中，提供了一种制造用于将3相AC电力转换成9相AC电力的方法。该方法包括链接第一、第二和第三线圈，每个线圈具有耦合到一起以形成变压器的多个串联绕组，并且每个线圈包括五个分开的绕组，五个分开的绕组包括第一、第二、第三、第四和第五绕组。该方法还包括：通过改变第一、第二和第三线圈的绕组中的至少一个所选择的绕组的匝数并将9个输出相线耦合到变压器的第一至第九输出端子，来调节变压器的电压比。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在附图中相似的附图标记表示相似的部件，其中：

图1是根据本技术的方面实施的电力系统的示例性实施例的框图；

图2是根据本发明的变压器的芯和线圈的前视图；

图3是根据本发明的方面实施的变压器的示例性实施例的电路图；

图4是根据本发明的方面实施的变压器的替代实施例的电路图；

图5是根据本发明的方面实施的电力系统的输入AC电力和输出电力的图形表示；

图6是图示用于制造根据本发明的方面的变压器的示例性技术的流程图。

具体实施方式

现在转向附图，首先参照图1，图示了电力系统10。电力系统10包括电源12、变压器20和整流器22。由电力系统生成的输出电力被提供给负载。负载的示例包括电动机、驱动器等。下面更详细地描述每个块。

应注意，虽然本说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定的特征、结构或特性。此外，这种短语不一定指的是同一个实施例。另外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其它实施例模仿这样的特征、结构或特性被认为是在本领域的技术人员的知识之内。

电源12被配置成生成或提供3相AC电力，并且在许多情况下可以包括并网(utility grid)。3相AC电力可被提供给诸如变压器20的各种电气装置。变压器20耦合到电源12并接收3相AC电力。3相AC电力被提供给作为第一、第二和第三相的3个分开的输入端子14、16和18，。变压器20被配置成将3相AC电力转换成9相AC输出电力。在示出的实施例中，输出电力分别经由9个输出线21-A至21-I被提供给整流器30。

整流器30被配置成将9相输出AC电力转换成DC(直流)总线上的对应的DC电压。在一个实施例中，整流器包括基于开关的桥，该桥包括用于每个AC电压相的两个开关，这两个开关各自链接到DC总线。按照使变压器生成的9相AC输出电力进行整流的定时方式，交替地打开和闭合开关。经整流的输出DC电力可以提供给负载。可以使用其它类型和拓扑结构的整流器、以及9相输出的实际其它用途。

如上所述，变压器20被配置成将3相AC电力转换成9相AC电力。下面参照图2更详细地描述用于构造变压器20的部件。

图2是图示根据本技术的方面实施的变压器的一个实施例的框图。变压器20被构造在叠片芯24上。在一个实施例中，叠片芯由电气级钢制成。叠片芯24包括形成用于磁通量的路径的3个极26、28和30。优选地，芯24除了3个横向极(traversing pole)之外不具有其它磁通量路径，使得流经一个极(例如，极34)的通量向上通过另两个极(例如，极32和36)返回。

极26、28和30分别通过第一、第二和第三线圈32、34和36。在一个实施例中，每个线圈包括串联耦合到一起的数个绕组。在一个实施例中，每个线圈具有第一、第二、第三、第四和第五绕组。可以使用单个绕组特定的导线来构造每个绕组。

替选地，可以使用单个导线来构造数个串联绕组，或者可以使用单个导线来构造所有绕组。在一个实施例中，所有绕组具有相似的结构，其区别主要是每个绕组中包括的匝数。下面更详细地描述绕组被链接到一起以形成变压器的方式。

图3是根据本技术的方面实施的变压器20的电路图。变压器20包括相互耦合以形成六边形38的3个线圈32、34和36。此外，每个线圈具有多个绕组。在示出的实施例中，每个线圈包括五个分开的绕组并如下所述地设置。

如图3中可见，第一线圈32包括形成在六边形38的腿40上的绕组52和54。第一线圈还包括形成在六边形38的第四腿46上的绕组56、58和60。类似地，第二线圈34包括形成在六边形38的第二腿42上的绕组62、64和66。第二线圈34还包括六边形38的第五腿48上的绕组68和70。最后，第三线圈36包括六边形38的第三腿44上的绕组72和74，并且第三线圈36还包括六边形38的第六腿50上的绕组76、78和80。

输入端子14、16和18被配置成接收由字母A、B和C总体表示的第一、第二和第三相或电力。3个输入端子均分别耦合到第一、第二和第三线圈。更具体地，输入端子14耦合到线圈36的绕组78。类似地，输入端子16耦合到线圈34的绕组64，而输入端子18耦合到线圈32的绕组58。

变压器20包括所示的9个输出端子21-A至21-I。第一输出端子21-A位于第一线圈32的第一绕组52与第二绕组54之间的节点81处。第二输出端子21-B位于第二线圈34的第一绕组62与第二绕组64之间的节点82处。第三输出端子21-C位于第二线圈34的第二绕组64与第三绕组66之间的节点83处。

第四输出端子21-D位于第三线圈36的第一绕组72与第二绕组74之间的节点84处。第五输出端子21-E位于第一线圈32的第三绕组56与第四绕组58之间的节点85处。第六输出端子21-F位于第一线圈32的第四绕组58与第五绕组60之间的节点86处。

第七输出端子21-G位于第二线圈34的第四绕组68与第五绕组70之间的节点87处。第八输出端子21-H位于第三线圈36的第三绕组76与第四绕组78之间的节点88处。第九输出端子21-I位于第三线圈36的第四绕组78与第五绕组80之间的节点89处。

在图3所示的实施例中，输入端子18能够调节以改变端子的任一侧上的第一线圈32的绕组58的匝数。通过调节绕组中的匝数，调节变压器的电压比。因此，可以在不使用额外绕组的情况下调节变压器的电压比。

图4图示变压器20的替代实施例。在示出的实施例中，输入端子14耦合到第一线圈32。输入端子16耦合到第二线圈34，并且输入端子18耦合到第三线圈36。更具体地，输入端子14耦合到第一线圈32的第二绕组54并且被配置成改变输入端子的任一侧上的绕组54的匝数。类似地，输入端子16耦合到第二线圈34的第五绕组70并且被配置成改变输入端子的任一侧上的绕组70的匝数。另外，输入端子18耦合到第三线圈36的第二绕组74并且被配置成改变输入端子的任一侧上的绕组74的匝数。

因此，通过调节绕组54、70和74中的匝数来调节变压器的电压比。应注意，可以调节电压比以将变压器用作升压变压器或降压变压器。

图5是描绘图1的电力系统的输入和输出处的电力的图。图94描绘了由3相电源生成的3相输入AC电力。用字母A、B和C分别表示输入AC电力的3相。如参照图3和图4所述，将3相输入电力提供给变压器。

在一个实施例中，调节变压器的输入端子，使得第一线圈32的绕组58的匝数比近似为0.6736。如图96所表示的，对应的输入DC总线电压98约为765V。因此，即使在400V的输入源电压的情况下，也可以在480V处操作负载。

图6是图示用于制造以上描述的多相变压器的一个方法的流程图。变压器被配置成从3相输入电力生成9相输出电力。流程图100描述了一种构造多相变压器的方法。下面详细地描述流程图的每个步骤。

在步骤102，第一、第二和第三线圈被链接到一起以形成变压器。每个线圈包括第一、第二、第三、第四和第五绕组。在一个实施例中，第一、第二和第三线圈被耦合到一起以形成如上所讨论的多边形，例如六边形。

在步骤104，通过调节第一、第二或第三线圈中的至少一个绕组来调节变压器的电压比。在一个实施例中，调节第一线圈的第二绕组的匝数比。在另一实施例中，调节第一线圈的第四绕组的匝数比。

在步骤106，9个输出相线耦合到变压器的第一至第九输出端子。如图3和图4所示，输出端子位于绕组的交叉点处。9个输出相线可以耦合到诸如整流器、滤波器等其它电子部件。

以上描述的发明具有数个优点，包括将变压器用作升压或降压变压器而不使用附加绕组。此外，变压器可用于电压比输入电压更高的负载。此外，变压器可用于补偿输出电压降，从而降低系统线缆成本，并且还显著降低对将总线调整到更高电压水平的有源前端转换器的需要。

虽然这里仅示出和描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员将会想到许多修改和改变。因此，应理解所附权利要求旨在覆盖落在本发明的本质精神之内的所有这样的修改和改变。

Claims (14)

1.一种多相变压器，用于将3相交流AC电力转换成9相AC电力，所述多相变压器包括：

第一线圈、第二线圈和第三线圈，每个线圈具有耦合在一起以形成多边形的多个串联绕组；

第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，每个输入端子链接到所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的相应绕组，并且被配置成接收输入AC电力的第一相、第二相和第三相，其中，能够调节所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子中的至少一个选择的输入端子以改变在所选择的输入端子的任一侧上的对应的第一线圈、第二线圈或第三线圈的相应绕组的匝数；以及

第一输出端子至第九输出端子，其能够链接到第一输出电力线至第九输出电力线。

2.如权利要求1所述的多相变压器，其中，每个线圈形成包括第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组的五个分开的绕组。

3.如权利要求2所述的多相变压器，其中，所述多边形是六边形。

4.如权利要求3所述的多相变压器，其中，所述第一线圈的第一绕组和第二绕组串联耦合以形成所述六边形的第一腿，而所述第一线圈的第三绕组至第五绕组串联耦合以形成所述六边形的第四腿；并且其中，所述第二线圈的第一绕组、第二绕组和第三绕组串联耦合以形成所述六边形的第二腿，而所述第二线圈的第四绕组和第五绕组串联耦合以形成所述六边形的第五腿；并且其中，所述第三线圈的第一绕组和第二绕组串联耦合以形成所述六边形的第三腿，而所述第三线圈的第三绕组至第五绕组串联耦合以形成所述六边形的第六腿。

5.如权利要求4所述的多相变压器，其中：

所述第一输出端子位于所述第一线圈的第一绕组与第二绕组之间；

所述第二输出端子位于所述第二线圈的第一绕组与第二绕组之间；

所述第三输出端子位于所述第二线圈的第二绕组与第三绕组之间；

所述第四输出端子位于所述第三线圈的第一绕组与第二绕组之间；

所述第五输出端子位于所述第一线圈的第三绕组与第四绕组之间； 

所述第六输出端子位于所述第一线圈的第四绕组与第五绕组之间；

所述第七输出端子位于所述第二线圈的第四绕组与第五绕组之间；

所述第八输出端子位于所述第三线圈的第三绕组与第四绕组之间；以及

所述第九输出端子位于所述第三线圈的第四绕组与第五绕组之间。

6.如权利要求4所述的多相变压器，其中，能够调节所述第一输入端子以改变所述第一线圈的第二绕组上的绕组数目。

7.如权利要求4所述的多相变压器，其中，以可调节的方式定位所述第三输入端子以改变所述第一线圈的第四绕组上的绕组数目。

8.如权利要求1所述的多相变压器，其中，所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子中的至少一个被配置成调节所述多相变压器的电压变换比。

9.如权利要求8所述的多相变压器，其中，能够调节所述电压比以将所述多相变压器操作为升压变压器或降压变压器。

10.一种多相变压器，用于将3相交流AC电力转换成9相AC电力，所述多相变压器包括：

第一线圈、第二线圈和第三线圈，每个线圈具有耦合在一起以形成六边形的多个串联绕组，其中，每个线圈包括五个分开的绕组，所述五个分开的绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组、第四绕组和第五绕组；

第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，每个输入端子分别链接到所述第一线圈、第二线圈和第三线圈之一的选择的绕组，并且被配置成接收输入电力的第一相、第二相和第三相，其中，能够调节所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子中的至少一个以改变对应的第一线圈、第二线圈或第三线圈的所选择的绕组的匝数比；以及

第一输出端子至第九输出端子，其能够链接到第一输出电力线至第九输出电力线。

11.如权利要求10所述的多相变压器，其中，所述第一线圈的第一绕组和第二绕组串联耦合以形成所述六边形的第一腿，而所述第一线圈的第三绕组至第五绕组串联耦合以形成所述六边形的第四腿；并且其中，所述第二线圈的第一绕组、第二绕组和第三绕组串联耦合以形成所述六边形的第二腿，而所述第二线圈的第四绕组和第五绕组串联耦合以形成所述六 边形的第五腿；并且其中，所述第三线圈的第一绕组和第二绕组串联耦合以形成所述六边形的第三腿，而所述第三线圈的第三绕组至第五绕组串联耦合以形成所述六边形的第六腿。

12.如权利要求11所述的多相变压器，其中：

所述第一输出端子位于所述第一线圈的第一绕组与第二绕组之间；

所述第二输出端子位于所述第二线圈的第一绕组与第二绕组之间；

所述第三输出端子位于所述第二线圈的第二绕组与第三绕组之间；

所述第四输出端子位于所述第三线圈的第一绕组与第二绕组之间；

所述第五输出端子位于所述第一线圈的第三绕组与第四绕组之间；

所述第六输出端子位于所述第一线圈的第四绕组与第五绕组之间；

所述第七输出端子位于所述第二线圈的第四绕组与第五绕组之间；

所述第八输出端子位于所述第三线圈的第三绕组与第四绕组之间；以及

所述第九输出端子位于所述第三线圈的第四绕组与第五绕组之间。

13.如权利要求10所述的多相变压器，其中，所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子中的至少一个被配置成调节所述多相变压器的电压变换比。

14.如权利要求13所述的多相变压器，其中，能够调节所述电压比以将所述多相变压器操作为升压变压器或降压变压器。 

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