CN205376277U - 变压器、系留球及电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于交直流配电领域，尤其涉及一种集成滤波电抗器的变压器、系留球及电源装置。本实用新型提供的变压器，除了包括铁芯及环绕在铁芯周侧的线圈绕组外，还包括并联在线圈绕组两端的滤波单元。该滤波单元包括至少一组滤波支路；每组滤波支路包括一个对称解耦绕组对及与所述对称解耦绕组对串联的滤波电容器。本实用新型利用变压器绕组的对称解耦原理，将电抗器元件集成于变压器来降低电力系统的谐波和变压器噪声，能够大大减小滤波装置的占地，提高供电系统的功率因数，提升供电装置的可靠性。并且，本实用新型提供的变压器不仅可以用于系留球供电的谐波滤除与噪声抑制，还可以应用于其他大功率交直流用电场合，例如大功率电解锰、直流电动机车等。

Description

变压器、系留球及电源装置

技术领域

本实用新型属于交直流配电领域，尤其涉及一种集成滤波电抗器的变压器、系留球及电源装置。

背景技术

配电领域，电源装置中的变压器是必不可少的器件，但变压器的体积一般又比较大，这对在有限的空间内设置器件是十分不利的。以系留球为例，目前系留球上的用电设备就主要为交直流电能变换装备，但是系留球本身载箱内的空间有限。而随着这些交直流电能变换装备的使用，系留球产生大量的谐波成分，不仅影响球上弱电通信设备的通讯，也造成了强电设备的谐波含量超标等问题。而现有的无源滤波装置由空心电抗器与电容器等装置组成，无法在球载箱内安装使用；有源滤波装置又需安装多余的逆变、波形跟踪装置，使得在球载箱内安装有源滤波装置也存在极大困难。

实际上，现有技术中已经存在不少改进后的变压器，例如一种磁集成变压器，该变压器的电感器的副芯柱由若干柱状磁粉芯拼接而成，因此其气隙被均匀的分布于柱状磁粉芯上，不需要集中的设置气隙，漏磁不会集中于个别被集中在气隙位处而产生噪音，也能够有效避免初级线圈和次级线圈因漏磁干扰而产生噪音。但是，该变压器并未提供集成滤波电抗器，在减少噪声的同时，并未达到谐波滤除的目的。而另一种三相变单相滤波变压器，尽管能够实现变压器三相变单相及滤波的功能，但由于其磁路结构与常见的铁心电抗器并无本质差别，因此依然存在噪声高、电感值不恒定、滤波效果差的问题，其实用性也值得怀疑。因此，有必要提供一种新型的变压器，在有限的空间内实现谐波滤除与噪声抑制的双重功效。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的首先即在于一种变压器，以解决有限空间内的变压器在谐波治理方面存在的滤波装置安装困难的技术问题，减小装备体积，同时降低谐波和噪声，以提高供电系统的功率因数，提升供电系统的可靠性。

一方面，为了实现上述目的，本实用新型提供的变压器包括铁芯及环绕在铁芯周侧的线圈绕组，作为改进，所述变压器还包括并联在所述线圈绕组两端的滤波单元；所述滤波单元包括至少一组滤波支路；所述每组滤波支路包括一个对称解耦绕组对及与所述对称解耦绕组对串联的滤波电容器。

具体地，所述对称解耦绕组对由位于同一直线上的两个绕组段组成；所述两个绕组段的匝数相同、绕向相反，并且所述两个绕组段到所述铁芯的中轴线的空间距离相等。

进一步地，所述线圈绕组包括与交流电源相接的受电高压绕组以及与负载相接的供电低压绕组。并且，所述滤波单元与所述供电低压绕组并联在一起。

进一步地，所述线圈绕组与所述铁芯之间设置有绝缘垫片。

进一步地，所述受电高压绕组与所述供电低压绕组之间设置有屏蔽层。

具体地，所述滤波单元包括并联的第一滤波支路和第二滤波支路；所述第一滤波支路和第二滤波支路分别包括一个对称解耦绕组对及与其串联的滤波电容器；或者，

所述滤波单元包括并联的第一滤波支路、第二滤波支路和第三滤波支路；所述三组滤波支路分别包括一个对称解耦绕组对及与其串联的滤波电容器。

另一方面，本实用新型还提供一种系留球，为的是解决目前系留球在谐波治理方面存在的滤波装置安装困难的问题，减小装备体积，降低谐波和噪声，同时提高系留球供电系统的功率因数，并且提升系留球供电装置的可靠性。具体地，本实用新型提供的系留球，就是设置于系留球上安装如上任一形式下的变压器。

第三方面，本实用新型的目的还在于提供一种电源装置。该电源装置内置了如第一方面所述的变压器。

根据本实用新型提供的集成了滤波电抗器的变压器及内置了该变压器的电源装置，利用变压器绕组的对称解耦原理，将传统电力滤波装置中的电抗器元件集成于变压器来降低电力系统的谐波和变压器噪声，能够大大减小滤波装置的占地，进一步减小电源装置的体积，并且实现谐波就地产生，就地滤除，同时提高供电系统的功率因数，提升供电装置的可靠性。并且，本实用新型提供的变压器不仅可以用于系留球供电的谐波滤除与噪声抑制，还可以应用于其他大功率交直流用电场合，例如大功率电解锰、直流电动机车等，同样可以实现装备的精简和降低装备的体积。

附图说明

图1是本实用新型一优选实施例提供的变压器的结构示意图；

图2是本实用新型另一优选实施例提供的变压器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的变压器中一个对称解耦绕组对的电路模型示意图；

图4是图3所示的一个对称解耦绕组对的绕组排布示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例首先提供一种变压器。该变压器包括铁芯及环绕在铁芯周侧的线圈绕组，作为改进，该变压器还包括并联在线圈绕组两端的滤波单元。该滤波单元包括至少一组滤波支路；而每组滤波支路包括一个对称解耦绕组对及与对称解耦绕组对串联的滤波电容器。

作为一优选实施例，所述线圈绕组包括与交流电源相接的受电高压绕组以及与负载相接的供电低压绕组。所述受电高压绕组与所述供电低压绕组之间设置有屏蔽层。进一步地，所述线圈绕组与所述铁芯之间还设置有绝缘垫片。

作为本实用新型的另一实施例，该集成到了变压器上的滤波单元中的每组滤波支路都包括一个对称解耦绕组对及与对称解耦绕组对串联的滤波电容器。在具体实现时，所述对称解耦绕组对可由位于同一直线上的两个绕组段组成；所述两个绕组段的匝数相同、绕向相反，并且所述两个绕组段到铁芯的中轴线的空间距离相等。

进一步地，所述滤波单元与所述供电低压绕组并联在一起。

图1示出了本实用新型一优选实施例提供的变压器的结构示意图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

一种变压器，包括铁芯10、受电高压绕组20和供电低压绕组30，其中受电高压绕组20与交流电源相接，供电低压绕组30与用电负载相接，滤波单元40并联在供电低压绕组30两端。

在具体实现时，滤波单元40包括至少一组滤波支路。并且，每组滤波支路包括一个对称解耦绕组对以及与该对称解耦绕组对串联的滤波电容器。而其中的对称解耦绕组则是由位于同一直线上的两个绕组段组成；两个绕组段的匝数相同、绕向相反，并且两个绕组段到铁芯10的中轴线的空间距离相等。

在具体使用中，该变压器的主要功能有变压供电、电力滤波和降噪等，即将传统电力滤波装置中的电抗器元件集成于变压器来降低电力系统的谐波和变压器噪声，减小滤波装置的占地，并且实现谐波就地产生就地滤除，同时提高供电系统的功率因数，提升供电装置的可靠性。

作为优选，本实用新型实施例的变压器可以如图2所示。即图2示出了本实用新型另一优选实施例提供的变压器的结构示意图。参见图2：

本优选实施例提供的变压器，包括铁芯10、受电高压绕组20和供电低压绕组30，其中受电高压绕组20与交流电源相接，供电低压绕组30与用电负载相接，而与供电低压绕组30并联的滤波单元40则包括并联的第一滤波支路和第二滤波支路；

具体地，第一滤波支路包括第一对称解耦绕组对41及与其串联的滤波电容器C1；第二滤波支路包括第二对称解耦绕组对42及与其串联的滤波电容器C2。并且，该第一对称解耦绕组对41和第二对称解耦绕组对42分别由位于同一直线上的两个绕组段组成；两个绕组段的匝数相同、绕向相反，并且两个绕组段到铁芯的中轴线的空间距离相等。

在本实施例中，滤波单元40中的第一滤波支路和第二滤波支路分别与供电低压绕组30并联，两组滤波支路可以分别针对不同频率的谐波进行滤除和去噪。实际上，在具体实施过程中，为了满足不同变压器实际工作的需要，滤波单元40还可以包括三组及三组以上的滤波支路。例如，滤波单元40包括并联的第一滤波支路、第二滤波支路和第三滤波支路；三组滤波支路分别包括一个对称解耦绕组对及与其串联的滤波电容器。也就是说，滤波单元40中所包括的滤波支路的组数在具体应用中可以根据实际需求设定，在此就不再赘述。

为了对本实用新型实施例提供的变压器的工作原理作进一步说明，图3和图4分别示出了本实用新型实施例提供的变压器中一个对称解耦绕组对的电路模型示意图和绕组排布示意图。参见图3和图4：

绕组A为受电高压绕组，绕组B为对称解耦绕组。绕组B由匝数相等的两段绕组B1、B2串联组成，在空间上绕组段B1、B2与绕组A呈水平镜像关系，并且B1、B2两绕组段的绕向相反(即为对称解耦关系)。绕组A与绕组B上的电流分别为I_A、I_B，由绕组排布关系可知绕组之间的互感：

M_AB1＝-M_AB2(1)

M_B1A＝-M_B2A(2)

绕组A通过电流I_A在空间中产生磁场，与绕组段B1、B2发生交链，产生的磁链分别ψ_B1A、ψ_B2A，绕组A的电流I_A在绕组B上产生的两段感应电动势：

$\left\{\begin{array}{c}{E}_{B1}=-\frac{{\mathrm{d\ψ}}_{B1A}}{dt}\\ E_{B2}=-\frac{{\mathrm{d\ψ}}_{B2A}}{dt}\end{array}\right.---\left(3\right)$

由磁链与互感的关系可知

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ψ}}_{B1A}=M_{B1A}{I}_A\\ {\mathrm{\ψ}}_{B2A}=M_{B2A}{I}_A\end{array}\right.---\left(4\right)$

将(1)、(3)式代入(4)，可得绕组A的电流I_A在绕组B上的电动势之和：

$E_{BA}=E_{B1A}+E_{B2A}=-(M_{B1A}+M_{B2A})\frac{{\mathrm{dI}}_A}{dt}=0---\left(5\right)$

同理可知对于绕组A，绕组B的电流I_B在绕组A上的感应电动势之和：

$E_{AB}=E_{AB1}+E_{AB2}=-(M_{AB1}+M_{AB2})\frac{{\mathrm{dI}}_B}{dt}=0---\left(6\right)$

由此可知绕组A与绕组B存在电磁耦合，但由于特殊的绕组排列使两绕组彼此之间的感应电动势均为0，即无功率耦合，由此实现了两绕组的对称解耦。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种系留球，在目前高空系留气球供电系统谐波含量高、变压器及滤波系统所占空间又极为有限的条件下，降低谐波和噪声，同时提高系留球供电系统的功率因数，并且提升系留球供电装置的可靠性。具体地，本实用新型提供的系留球，包括了如上任一实施例所述的变压器。

最后，本实用新型实施例还提供一种电源装置。该电源装置内置了如上第一方面实施例中的变压器。

综上所述，根据本实用新型提供的集成了滤波电抗器的变压器及内置了该变压器的电源装置，利用变压器绕组的对称解耦原理，将传统电力滤波装置中的电抗器元件集成于变压器来降低电力系统的谐波和变压器噪声，能够大大减小滤波装置的占地，进一步减小电源装置的体积，并且实现谐波就地产生，就地滤除，同时提高供电系统的功率因数，提升供电装置的可靠性。并且，本实用新型提供的变压器不仅可以用于系留球供电的谐波滤除与噪声抑制，还可以应用于其他大功率交直流用电场合，例如大功率电解锰、直流电动机车等，同样可以实现装备的精简和降低装备的体积。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本实用新型的保护范围。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压器，包括铁芯及环绕在铁芯周侧的线圈绕组，其特征在于：所述变压器还包括并联在所述线圈绕组两端的滤波单元；

所述滤波单元包括至少一组滤波支路；每组所述滤波支路包括一个对称解耦绕组对及与所述对称解耦绕组对串联的滤波电容器。

2.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述对称解耦绕组对由位于同一直线上的两个绕组段组成；

所述两个绕组段的匝数相同、绕向相反，并且所述两个绕组段到所述铁芯的中轴线的空间距离相等。

3.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述线圈绕组包括与交流电源相接的受电高压绕组以及与负载相接的供电低压绕组。

4.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述滤波单元与所述供电低压绕组并联在一起。

5.如权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述线圈绕组与所述铁芯之间设置有绝缘垫片。

6.如权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述受电高压绕组与所述供电低压绕组之间设置有屏蔽层。

7.如权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述滤波单元包括并联的第一滤波支路和第二滤波支路；

所述第一滤波支路和第二滤波支路分别包括一个对称解耦绕组对及与其串联的滤波电容器。

8.如权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述滤波单元包括并联的第一滤波支路、第二滤波支路和第三滤波支路；

所述第一滤波支路、第二滤波支路和第三滤波支路分别包括一个对称解耦绕组对及与其串联的滤波电容器。

9.一种系留球，其特征在于，所述系留球上安装有如权利要求1-8任一项所述的变压器。

10.一种电源装置，包括一变压器，其特征在于，所述变压器为如权利要求1-8任一项所述的变压器。