CN2323461Y

CN2323461Y - 能保持输入电流平衡的变相变频变压器

Info

Publication number: CN2323461Y
Application number: CN 98200925
Authority: CN
Inventors: 李文恒
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-06-09
Anticipated expiration: 2008-01-23

Abstract

一种能保持输入电流平衡的变相变频变压器,其铁心是由若干个圆环形硅钢片叠压而成,各硅钢片的内边缘上开有槽口;在铁心中空的部分装有一导磁铁体,该导磁体是由若干圆盘形硅钢片叠压而成,原边绕组是由三个做星形连接的绕组构成,副边绕组是由三个串联的绕组构成,原边绕组和副边绕组的三个绕组都是按120度电角度的空间间隔下线到铁心的槽道内,其优点是可将三相输入电压、电流变为单相电压、电流输出,能够使输入的三相电流保持平衡,能够变频。

Description

能保持输入电流平衡的变相变频变压器

本实用新型涉及变压器，特指一种能保持输入电流平衡的变相变频变压器。

传统的变压器有两种，一种是原边绕组输入单相电流，副边绕组输出单相电流，即单相变压器，另一种是原边绕组输入三相电流，副边绕组输出三相电流，即三相变压器，这类传统的变压器只能变压，不能变相变频。

目前全世界的电力系统从220伏至22万伏都是用三相电源供电的，但是供电的末端的用电设备在很多场合却需要单相大容量电源，例如：各油田油井抽油机的空心抽油杆单芯电缆式电加热装置，单相涡流电加热装置，电气机车，以及其它的各种单相设备及加热装置等。

为了解决大功率单相用电设备用三相电源供电，按常规方法是配用单相变压器供电，然而，单相变压器的单相负载会造成三相供电电流不平衡，对电网造成危害，有时有些单相用电设备还需要变频，例如，使50赫增加到100赫或150赫等，而一般的变压器只能变压不能变频。

近期电气科技人员为解决三相进单相出的变相变压器，又要同时使输入原边绕组的三相供电电流平衡，采用了在变压器原边绕组加装电抗器和很多电容器的方法。我们知道变压器的原副边绕组的不同接法将会影响原副边的电压的比值和其间的相位关系，三相输入的变压器只有在对称负载下运行时，各相的电流和电压才大小相等。

目前解决变频问题的方法是在变压器副边绕组上增加各种电子装置，以使变压器副边绕组上输出的电流的频率与原边绕组上输入的电流频率不相同，这种方法会使变压器成本增加，且其输出波形会严重畸变，而且环节复杂，故障率大大增加。

能否找到一种原边绕组输入为三相电流，副边绕组输出为单相电流，且变频容易的变压器是工程技术界急待解决的问题。

本实用新型的目的在于提供一种能保持输入电流平衡的变相变频变压器，它的铁心结构简单，原边绕组和副边绕组下线容易，变频容易，能够将三相输入电流变为单相电流输出，且可使输入的三相电流保持平衡，因此可以方便的将大功率单相用电设备与三相电源连接。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种能保持输入电流平衡的变相变频变压器，包括有铁心、原边绕组、副边绕组，原边绕组和副边绕组都套在铁心上，其特征在于：该铁心成圆筒形，该铁心是由若干个形状相同的硅钢片叠压而成，各硅钢片间相互绝缘，所述的每个硅钢片成圆环形，在每个硅钢片的内边缘上沿圆周均匀开有若干槽口；该若干个硅钢片槽口对齐叠压后在铁心内形成槽道；

在所述圆筒形铁心中空的部分装有一导磁铁体，该导磁体的形状为圆柱体形，该导磁体是由若干形状相同的硅钢片叠压而成，各硅钢片相互绝缘，每个硅钢片呈圆盘形，且中心带有小孔；该导磁体的大小与所述铁心的中空部分的大小相同，该导磁体与铁心相互间成密配合。

该变压器的原边绕组是由三个独立的绕组构成，每个绕组首端分别与三相电源线连接，每个绕组的尾端连接在一起构成中性点，即三个绕组做星形连接；三个绕组相互间按120度的电角度的空间间隔均匀下线到所述铁心的槽道内；

该变压器的副边绕组也是由三个绕组构成，该三个绕组相互间按120度电角度的空间间隔均匀下线到所述铁心的槽道内，该三个绕组的首端和尾端两两顺序连接，即三个绕组相互串联成一个绕组。

所述铁心的槽道数为24槽。

所述铁心的槽道数为36槽。

本实用新型有以下积极有益效果：

1．能够变相：本实用新型的变压器是三相输入单相输出适应于大功率的单相用电终端使用三相电源供电的场合。

2．能使三相输入电流保持平衡，当变压器原边绕组接通三相供电电源后，在铁心内的空间便产生旋转磁场，旋转磁场可能是顺时针方向旋转，也可能是逆时针方向旋转，其旋转方向可由三相电源接入原边绕组的顺序决定，三相绕组所建立的旋转磁场的分布规律接近于正弦曲线，因为三相绕组只能形成一个旋转磁场，而且是标准的圆形旋转磁场，原边绕组与副边绕组之间的能量传递是通过旋转磁场传递的，因此，无论副边绕组的负载怎样变化，都不会影响原边绕组中的电流的平衡。

3．变频容易：本实用新型通过改变原边绕组和副边绕组的下线方式，可改变旋转磁场的极数，进而改变输出电流的频率。

现以较佳实施例结合附图对本实用新型进一步详述如下：

图1是本实用新型铁心和导磁体外形结构分解示意图；

图2是本实用新型组成铁心的一个硅钢片的外形图；

图3是本实用新型组成导磁体的一个硅钢片的外形图；

图4是本实用新型铁心槽道数为24时的原边三相绕组下线展开图；

图5是本实用新型铁心槽道数为24时的副边绕组下线展开图；

图6为本实用新型铁心槽道数为36时的原边三相绕组下线展开图；

图7为本实用新型铁心槽道数为36时的副边绕组下线展开图；

图8为三相绕组产生2极旋转磁场的原理示意图；

图9是三相电流随时间变化的曲线图；

图10为三相绕组产生4极旋转磁场的原理示意图。

请参阅图1，本实用新型的能保持输入电流平衡的变相变频变压器，其铁心1成圆筒形，该铁心1是由若干个形状相同的硅钢片2叠压而成，各硅钢片2间相互绝缘，所述的每个硅钢片2成圆环形，在每个硅钢片2的内边缘上沿圆周均匀开有若干槽口3；该若干个硅钢片2的槽口3对齐叠压后在铁心内形成槽道4；如图1所示。

在所述圆筒形铁心中空的部分装有一导磁铁体5，该导磁体5的形状为圆柱体形，该导磁体5是由若干形状相同的硅钢片6叠压而成，各硅钢片6相互绝缘，每个硅钢片6呈圆盘形，且中心带有小孔7；如图3所示，导磁体5的大小与所述铁心1的中空部分的大小相同，该导磁体5与铁心1相互间成密配合，使用硅钢片制做铁心和导磁体，目的是减少交变磁通在铁心和导磁体中引起的涡流损耗。

该变压器的原边绕组是由三个独立的绕组构成，每个绕组首端分别与三相电源线连接，每个绕组的尾端连接在一起构成中性点，即三个绕组做星形连接；且三个绕组相互间按120度的电角度的空间间隔均匀下线到所述铁心的槽道4内；

该变压器的副边绕组也是由三个绕组构成，该三个绕组相互间按120度电角度的空间间隔均匀下线到所述铁心的槽道4内，该三个绕组的首端和尾端两两顺序连接，即三个绕组相互串联成一个绕组；

在较佳实施例中，铁心的槽道数分别为24槽和36槽，下面分别举例说明：

图4示24槽铁心内嵌入的原边三相绕组的下线图，原边三相绕组的每相组数相同，相与相之间在铁心槽内分布间隔为120度电角度的空间位置开始下线。铁芯的总槽数为24槽，设第一相绕组从第一槽开始下线，则第二相绕组应在第一相绕组后面120度电角度开始下线。因为槽之间的角度为360/24=15度空间角度，所以只需相隔8个槽，就间隔15×8=120度电角度，也就是第二相绕组从第9槽开始下线，第三相绕组从第17槽开始下线。

这样的下线方式会使铁心内产生旋转磁场，其原理如下，我们把原边的三相绕组，用三个相同的单匝线圈代替，如图8所示，图中A-X、B-Y、C-Z三个线圈彼此互隔120度电角度分布在铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。这个对称三相绕组在空间的位置关系是B相相对A相后移120度，C相相对B相后移120度，当对称三相绕组接上对称的三相电源后，其中通过的各相电流的瞬时表达式为：

i_A=I_mcoswt

i_B=I_mcos(wt-120°)

i_c=I_mcos(wt-240°)各相电流随时间变化的曲线如图9所示。

由于三相电流随时间的变化是连续的，且极为迅速，为了便于观察对称三相电流产生的合成磁场效应，我们可以通过几个特定的瞬时，用以窥视其全貌。为此，我们选择wt=0(t=0),wt=120°(t=T/3),

wt=240°(t=2T/3),wt=360°(t=T)四个特定瞬时。并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端A、B、C流出，由线圈的末端X、Y、Z流入；当电流为负时，从每相线圈的末端流出，由首端流入。用符号⊙表示电流流出，表示电流流入。

当wt=0时，由电流瞬时表达式或电流变化曲线得：

i_A=I_m,i_B=i_C=-1/2I_m

将各相电流分别表示在各相线圈的剖面图上。A-X相电流为正值，由X端流入，A端流出，而B-Y、C-Z两相电流均为负值，故由B、C端流入，Y、Z端流出，如图8a所示。由图上看出，Y、Z、 A三个端点中的电流都从纸面流出，且Y、Z端点中电流值相等，则根据右手螺旋定则，可以知道三个线圈中的电流，它们建立的合成磁场的磁力线，其分布以A端为中心，左右反对称，磁场的方向从下至上；同理，可以决定B、X、C三个端点中电流建立的合成磁场磁力线的分布情况。由此看出整个磁场磁力线的分布是左右对称的。而且从磁力线分布的图像还可看出，它和一对磁极建立的磁场是一样的。

采用同样的方法，画出wt=120°、240°、360°三个瞬时的电流方向和磁场磁力线的分布情况，如图8(b)、(c)、(d)所示。

我们依次观察图8(a)、(b)、(c)、(d)，便可以看出，当对称三相电流流过对称三相绕组时，由它们建立的合成磁场并不是静止不动的，而是像有一对磁极旋转的磁场，磁场的大小不变。从wt=0到wt=120°、240°、360°各个瞬间随着三相电流的变化，由它们建立的合成磁场，在空间相应地旋转了120°、240°、360°；旋转的方向是由A相转向B相再转向C相，即按A→B→C顺序旋转，图8中为逆时针方向旋转，由图8看出，电流变化一周，旋转磁场转过一转。这样的旋转磁场为2极旋转磁场，就是说旋转磁场在每个360度圆周内只有一个N极，一个S极。

请参阅图5，图5示24槽铁心内副边绕组的下线图，副边绕组也为三相绕组，该三个绕组相互间按120度电角度的空间间隔均匀下线到所述铁心的槽道4内，该三个绕组的首端和尾端两两顺序连接，即三个绕组相互串联成一个绕组；最后只有两个接线端X1和X2，三个绕组中的电流方向如图5中箭头所示，由图5中可见，电流在副边绕组中成为单相电流输出。

下面说明本实用新型变压器的变频原理：图6图7表示出了铁心为36槽的变压器的下线图，其中，图6表示原边绕组，图7表示副边绕组，请参阅图6，图6所示的下线图将使原边绕组产生的旋转磁场为4极，4极的旋转磁场是指有两对磁极，就是说旋转磁场在每个360度圆周内两个N极，两个S极，其产生原理是请参阅图10,A、B、C三相绕组的每相绕组分别看成由两个线圈A-X、A′-X′、B-Y、B′-Y′、C-Z、C′-Z′串联组成。每个线圈在铁心内圆周上的跨距为1/4圆周，用上述的分析方法，同样可以决定三相电流在该三相绕组中所建立的合成磁场，仍然是一个旋转磁场，但是磁场的极数变为四个，即具有两对磁极，由图10还可知，当电流变化一个周期时，旋转磁场仅转过1/2周。同样将绕组按一定的规则排列，可以得到3对4对或p对磁极的旋转磁场。由此也可以推得，对于能使旋转磁场形成p对磁极的绕组，电流变化一个周期，旋转磁场转过1/p转。如果交流电源的频率是f，旋转磁场的转速为n=60f/p(转/分)。

其原边绕组下线方式为：三相绕组的每相组数相同，相与相之间在定子槽内分布间隔为120度电角度。因为是36槽4极，第一相绕组从第一槽开始下线，第二相绕组应在第一相绕组后面120度电角度下线。因为槽之间的角度为360/36=10度空间角度，4极为两对极，所以只需相隔6个槽，就间隔120度电角度，也就是第二相绕组从第7槽开始下线，第三相绕组从第13槽开始下线。

请参阅图7，图7中副边绕组的下线图，它也是由三相绕组组成，它是按6极下线的，既把三相绕组的每相绕组看成是由6个线圈串联组成，这样三个绕组尽管相互在空间间隔120度电角度下线，而每个线圈在空间上相差120度/6个线圈=20度电角度下线。

下面说明其变频原理：

设n=旋转磁场的旋转速度(转/分)

f=频率

P=极对数

其关系是：n=60f/P,f=np/60；

原边绕组P1=2即四极如图6所示，n1=原边绕组产生的旋转磁场的速度，f1=50赫兹

n1=60f1/P1=3000/2=1500转/分

副边绕组P2=3即六极如图7所示，副边绕组不产生旋转磁场，是被感应的，所以用原边绕组产生的旋转磁场速度n1来计算副边绕组输出频率f2，则下述公式成立；

f2=n1×P2/60=1500×3/60=75赫

可见原边绕组输入50赫兹的三相电压、电流，副边绕组接上单相负载就会输出75赫兹电压、电流；而达到了变频的目的。

Claims

1．一种能保持输入电流平衡的变相变频变压器，包括有铁心、原边绕组、副边绕组，原边绕组和副边绕组都套在铁心上，其特征在于：该铁心成圆筒形，该铁心是由若干个形状相同的硅钢片叠压而成，各硅钢片间相互绝缘，所述的每个硅钢片成圆环形，在每个硅钢片的内边缘上沿圆周均匀开有若干槽口；该若干个硅钢片槽口对齐叠压后在铁心内形成槽道；

在所述圆筒形铁心中空的部分装有一导磁铁体，该导磁体的形状为圆柱体形，该导磁体是由若干形状相同的硅钢片叠压而成，各硅钢片相互绝缘，每个硅钢片呈圆盘形，且中心带有小孔；该导磁体的大小与所述铁心的中空部分的大小相同，该导磁体与铁心相互间成密配合；

2．如权利要求1所述的能保持输入电流平衡的变相变频变压器，其特征在于：所述铁心的槽道数为24槽。

3．如权利要求1所述的能保持输入电流平衡的变相变频变压器，其特征在于：所述铁心的槽道数为36槽。