TWI320985B - Transforming apparatus for automatically adjusting three-phase power supply voltage - Google Patents

Description

1320985 , «* 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係相關於變壓設備， 地點之三相電源電壓自動調整到 壓範圍內，並且供應到負載裝置 變壓器當作其基本組態的此種變 【先前技術】 在例如旅館、超市、工廠等 '電力設備等消耗大量的電力。 費者對節能對策的必要有強烈的 且完成它。 一般電力消費者能夠採用之 將引導商業電源到室內設備的電 利號碼2750275或號碼3372178 方法，此變壓設備將商業電源的 定電壓的幾個百分比之電壓並且 在電力產生設施和電力分佈 中，電力消費者的接收點中之電 在稍微高於額定電壓的電壓範圍 由供應以變壓設備將其電壓自動 個百分比的電壓之電源到負載裝 電力消耗，如此產生特別大的節 其將被引導到電力消費者 低於其額定電壓的目標電 ，尤其是具有Y連接三相 壓設備。 中，照明設備、空調設備 近年來，此種一般電力消 認知，及提出各種對策並 節能對策的其中之一是， 力接收系統設置有日本專 所揭示之變壓設備的已知 電壓自動調整到低於其額 供應至負載裝置。 設施的穩定性較低之區域 源電壓不穩定，並且通常 波動。在此種情況中，藉 調整到低於額定電壓之幾 置，大幅降低負載裝置的 能效果。 1320985 【發明內容】 [本發明欲解決之問題] 上述日本專利號碼3372178所揭示之變壓設備將三相 電源的電壓自動調整到低於額定電壓的目標電壓範圍內， 並且供應到負載裝置。然而，用於此變壓設備之變壓器的 繞組組態並非Y連接而是各相的磁量和電流與其他相的磁 量和電流組合之特定組態，因此極難設計其繞組電路和磁 路來達成想要的特性。 上述習知變壓設備被組配成，藉由切換〇n (開）/off (關）組合式連接到不同相之複數開關來改變其變壓特性 ，如此在開關的相對端之間的電壓（不同相之間的電壓） 變成零時需要切換on/off開關。因此，其開關控制電路複 雜，如此難以確保切換操作時序的穩定性和可靠性。 本發明的目的係設置具有Y連接三相變壓器當作其基 本組態之變壓設備，其將三相電源的電壓自動調整到低於 額定電壓的目標電壓範圍內並且供應到負載裝置。 [用於解決問題之機構] 根據本發明的變壓設備，其特徵係爲下面項目（1)至 (22): (1)爲變壓設備，其自動調整三相電源的電壓，包含： 三輸入終端（Rin、Sin、Tin)、三輸出終端（Rout、Sout 、Tout ) 、Y連接三相變壓器、開關群、及開關切換電路 -6- 1320985 , « (2) 三輸入終端（Rin、Sin、Tin)分別連接到三相電 源的三主要線路； (3) 三輸出終端（R〇ut、Sout、Tout)連接到負載裝置 (4) Y連接三相變壓器包含核心、R相繞組電路、S相 繞組電路、及Τ相繞組電路； (5) 在R相繞組電路中，將R相主要繞組、R相第一 輔助繞組、R相第一開關、R相第二輔助繞組、及R相第 三輔助繞組以那順序串聯連接在輸入終端Rin和中性點0 之間，輸出終端Rout連接到R相主要繞組的另一端； (6) 將開關群的R相第二開關與R相第一輔助繞組和 R相第一開關的串聯電路並聯連接； (7) 將開關群的R相第三開關與R相第一輔助繞組、R 相第一開關、和R相第二輔助繞組的串聯電路並聯連接； (8) 該開關群的R相第四開關與R相第二輔助繞組和 R相第三輔助繞組的串聯電路並聯連接； (9) 在S相繞組電路中，將S相主要繞組、S相第一輔 助繞組、S相第一開關、S相第二輔助繞組、及S相第三 輔助繞組以那順序串聯連接在輸入終端S in和中性點0之 間，輸出終端Sout連接到S相主要繞組的另一端； (1 0)將開關群的S相第二開關與S相第一輔助繞組和 S相第一開關的串聯電路並聯連接； (Π)將開關群的S相第三開關與S相第一輔助繞組、 S相第一開關、和S相第二輔助繞組的串聯電路並聯連接 1320985 (12)將開關群的S相第四開關與S相第二輔助繞組和 S相第三輔助繞組的串聯電路並聯連接； (1 3)在T相繞組電路中，將T相主要繞組、T相第一 輔助繞組、τ相第一開關、T相第二輔助繞組、及τ相第 三輔助繞組以那順序串聯連接在輸入終端Tin和中性點〇 之間，輸出終端Tout連接到T相主要繞組的另一端； (14)將開關群的T相第二開關與T相第一輔助繞組和 T相第一開關的串聯電路並聯連接； (1 5)將開關群的T相第三開關與T相第一輔助繞組、 T相第一開關、和T相第二輔助繞組的串聯電路並聯連接 t (1 6)將開關群的T相第四開關與T相第二輔助繞組和 T相第三輔助繞組的串聯電路並聯連接； (17) 開關切換電路依據輸入終端（Rin、Sin、Tin)或 輸入終端（Rout、S out、Tout )的電壓位準來控制開關， 以利用替代的方式在第一至第四模式之間切換； (18) 在第一模式中，各相的第一開關是ON (開）， 及各相的第二、第三、和第四開關是OFF (關）； (19) 在第二模式中，各相的第二開關是ON (開）， 及各相的第一、第三、和第四開關是OFF (關）； (20) 在第三模式中，各相的第三開關是ON (開）， 及各相的第一、第二、和第四開關是OFF (關）； (2 1)在第四模式中，各相的第四開關是ON (開）， -8- 1320985 . ·· 及各相的第一、第二、和第三開關是OFF (關）：以及 (22)在相的電壓瞬時値變成零之時序中，開關切換電 路切換on/off各相的開關，以切換模式。 【實施方式】 ===變壓設備槪述==二 圖1爲根據本發明的變壓設備之繞組組態圖，及圖3 爲開關切換電路8的組態圖。首先將說明此變壓設備的全 部槪要。 此變壓設備包含三輸入終端Rin、Sin、Tin，其分別 連接到三相電源的三主要線路；及三輸出終端Rout、Sout 、Tout，其連接到負載裝置。變壓設備以替代的方式在第 一至第四模式之間切換，在第一模式，使輸出電壓低於輸 入電壓約2% ;在第二模式中，使輸出電壓低於輸入電壓 約4% ;在第三模式中’使輸出電壓低於輸入電壓約6% ; 及在第四模式中，輸出電壓大體上等於輸入電壓。 變壓設備包含Y連接三相變壓器當作其基本組態，如 圖1所示，此Y連接三相變壓器係由組態相同之R相繞組 電路、S相繞組電路、及T相繞組電路所組成。 = = = R相繞組電路=== 在R相繞組電路中，將R相主要繞組1 0 R、R相第一 輔助繞組1 1 R、R相第一開關2 1 R、R相第二輔助繞組 12R、及R相第三輔助繞組13R以那順序串聯連接在輸入 -9- 1320985 終端Rin和中性點〇之間。將輸出終端R〇ut連接到R相 主要繞組i〇R的另一端。 將R相第二開關22R與R相第一輔助繞組11R和R 相第一開關21R的串聯電路並聯連接。 將R相第三開關23R與R相第一輔助繞組11R、R相 第一開關21R、和R相第二輔助繞組12R的串聯電路並聯 連接。 將R相第四開關24R與R相第二輔助繞組12R和R 相第三輔助繞組1 3 R的串聯電路並聯連接。 = = = S相繞組電路=== 在S相繞組電路中，將S相主要繞組1 0 S、S相第一 輔助繞組1 1 s、S相第一開關2 1 S、S相第二輔助繞組1 2S 、及S相第三輔助繞組1 3 S以那順序串聯連接在輸入終端 Sin和中性點Ο之間。將輸出終端Sout連接到S相主要繞 組10S的另一端。 將S相第二開關2 2 S與S相第一輔助繞組1 1 S和S相 第一開關2 1 S的串聯電路並聯連接。 將S相第三開關2 3 S與S相第一輔助繞組1 1 S、S相 第一開關2 1 S、和S相第二輔助繞組1 2 S的串聯電路並聯 連接。 將S相第四開關24S與S相第二輔助繞組12S和S相 第三輔助繞組1 3 S的串聯電路並聯連接。 1320985 , «* = ==τ相繞組電路=== 在T相繞組電路中，將T相主要繞組1 οτ、T相第一 輔助繞組1 1 τ、Τ相第一開關2 1 Τ、Τ相第二輔助繞組1 2Τ 、及Τ相第三輔助繞組1 3 Τ以那順序串聯連接在輸入終端 Tin和中性點Ο之間。將輸出終端Tout連接到Τ相主要 繞組1 0 T的另一端。 將T相第二開關22T與T相第一輔助繞組1 1T和T 相第一開關21T的串聯電路並聯連接。 將T相第三開關23T與T相第一輔助繞組1 1 Τ、T相 第一開關2 1 T、和T相第二輔助繞組1 2T的串聯電路並聯 連接。 將T相第四開關24T與T相第二輔助繞組12T和T 相第三輔助繞組1 3 T的串聯電路並聯連接。 ===核心5的例子=== 圖2爲Y連接三相變壓器的核心5之例子圖。將R相 繞組電路的繞組1 〇 R、1 1 R、1 2 R、1 3 R纏繞在核心5的R 相繞組部5 R四周。將S相繞組電路的繞組1 〇 S、1 1 S、 12 S、1 3 S纏繞在核心5的S相繞組部5 S四周。將T相繞 組電路的繞組1〇Τ、11T、12T、13T纏繞在核心5的T相 繞組部5 T四周。 ===開關切換電路8的槪述=== 圖3爲開關切換電路8的組態之例子圖。開關切換電 -11 - 1320985 路8被組配成監視輸出終端Rout、Sout、Tout的電壓位準 ，及控制圖1的開關群以利用替代的方式在第一至第四模 式之間切換，使得輸出電壓是在預定目標電壓範圍內。 在第一模式中，各相的第一開關21R、21S、21T變成 ON，及所有其他開關（各相的第二、第三、及第四開關 )變成OFF。在第一模式中，輸出電壓小於輸入電壓約 2%。 在第二模式中，各相的第二開關22R、22S、22T變成 ON，及所有其他開關（各相的第二、第三、及第四開關 )變成OFF。在第二模式中，輸出電壓小於輸入電壓約 4%。 在第三模式中，各相的第三開關23R、23S、23T變成 ON，及所有其他開關（各相的第二、第三、及第四開關 )變成OFF。在第三模式中，輸出電壓小於輸入電壓約 6 %。 在第四模式中，各相的第四開關24R、24S、24T變成 ON，及所有其他開關（各相的第二、第三、及第四開關 )變成OFF。在第四模式中，輸出電壓大體上等於輸入電 壓。 ===開關切換電路8的細節=== 如圖3所示，開關切換電路8包含電壓偵測電路8 1、 微電腦82、及驅動電路83。電壓偵測電路8 1偵測輸出終 端Rout、Sout、Tout的電壓位準，並且輸出偵測信號到微 -12- 1320985 . .· 電腦8 2。依據來自電壓偵測電路81的偵測信號以執行如 圖4的流程圖所示之處理’微電腦82輸入控制信號到驅 動電路83’以利用替代的方式在第一至第四模式之間切換 。根據來自微電腦82的控制信號，如上述，驅動電路83 切換on/off R相的第一至第四開關2111至24R，s相的第 —至第四開關21S至24S、及T相的第—至第四開關21T 至 24Τ » 將梦考圖4的流程圖說明微電腦82之處理程序的例 子。微電腦82比較程式化的目標電壓範圍和來自電壓偵 測電路8 1的偵測信號，藉以監視輸出電壓高於或低於目 標電壓範圍（步驟410及420)。 若輸出電壓高於目標電壓範圍，則處理進行到步驟 411及後面的電壓降低常式。在電壓降低常式中，當目前 在第四模式（0%模式）時，使變壓器切換到第一模式（_ 2°/。模式）；當目前在第一模式（-2%模式）時，切換到第 一模式（-4°/。模式）；及當目前在第二模式（_4%模式）時 ’切換到第三模式（-6%模式）。 若輸出電壓低於目標電壓範圍，則處理進行到步驟 421及後面的電壓提高常式。在電壓提高常式中，當目前 在第二模式（-6 %模式）時’使變壓器切換到第二模式（-4%模式）：當目前在第二模式（-4%模式）時，切換到第 一模式（-2¼模式）：及目前在第—模式（模式）時， 切換到第四模式（〇%模式）。 -13- 1320985 ===開關和驅動電路83的特定例子=== 如上述，圖1所示之γ連接三相變壓器的電路中包括 十二個開關，及藉由圖3所示之驅動電路83來個別切換 on/off這些開關。十二個開關及驅動電路83中之其各自 電路在組態上彼此相同。 圖5爲十二個開關的其中之一和驅動電路83中之其 一對應的電路之例示組態圖。開關係由以彼此相對方向並 聯連接之兩閘流體所組成。驅動電路8 3包含閘極信號產 生電路53和兩電壓偵測電路54、55。閘極信號產生電路 5 3輸出打開閘流體5 1的閘極信號G 1和打開閘流體5 2的 閘極信號G 2。 電壓偵測電路54偵測閘流體5 1的閘極至陰極電壓， 及當閘極至陰極電壓變成零時（經由閘流體51的電流變 成零）其輸出信號A變成"1 "，而當電流流經閘流體51但 是閘極至陰極電壓非零時則在"0"。 同樣地，電壓偵測電路55偵測閘流體52的閘極至陰 極電壓，及當閘極至陰極電壓變成零時（經由閘流體52 的電流變成零）其輸出信號B變成"1"，而當電流流經閘 流體5 2但是閘極至陰極電壓非零時則在"〇 ··。 當圖3的微電腦82給予圖3的驅動電路83 (包括閘 極信號產生電路53 )指示關掉閘流體5 1、52 ( —開關） 的控制信號時，閘極信號產生電路5 3經由其閘極信號來 關掉閘流體5 1、52，以回應電壓偵測電路54、55的輸出 信號A、B變成"1 "。另外，打開欲打開以取代被關掉的閘 -14- 1320985 . .· 流體5 1、52 ( —開關）之另一開關（ 聯連接之兩閘流體）。 就其本身而言，圖3的開關切換 相的電壓瞬時値變成零之時序中，切 以切換模式。在上述實施例中，各個 的方向並聯連接之閘流體所組成，及 電壓偵測器，其偵測各個閘流體的閘 被組配成關掉一閘流體而打開另一閘 關掉之閘流體的電壓偵測器所偵測到 已剛變成零的時序。 【圖式簡單說明】 圖1爲根據本發明的實施例之變 » 圖2爲根據本發明的實施例之核 圖3爲根據本發明的實施例之開 » 圖4爲實施例中的微電腦82之 及 圖5爲開關切換電路中的一開關 組態圖。 【主要元件符號說明】 〇 :中性點 以彼此相對的方向並 電路8被組配成，在 換on/off各相的開關 開關係由以彼此相對 開關切換電路8包含 極至陰極電壓；以及 流體，以回應透過欲 之其閘極至陰極電壓 壓設備的繞組組態圖 心的組態圖； 關切換電路的組態圖 處理程序的流程圖； 和其對應部分之例示 -15- 1320985

Rin :輸入終端 S i η :輸入終端

Tin :輸入終端

Rout :輸出終端

Sout :輸出終端

Tout :輸出終端 1 0 R : R相主要繞組 1 1 R : R相第一輔助繞組 12R : R相第二輔助繞組 1 3 R : R相第三輔助繞組 2 1 R : R相第一開關 2 2 R : R相第二開關 2 3 R : R相第三開關 24R : R相第四開關 1 〇 S : S相主要繞組 1 1 S : S相第一輔助繞組 1 2 S : S相第二輔助繞組 1 3 S : S相第三輔助繞組 21S: S相第一開關 2 2 S : S相第二開關 2 3 S : S相第三開關 24S : S相第四開關 10T : T相主要繞組 1 1 T : T相第一輔助繞組 -16 1320985 12T : T相第二輔助繞組 13Τ : Τ相第三輔助繞組 2 1 T : Τ相第一開關 22Τ : Τ相第二開關 2 3 T : Τ相第三開關 24Τ : Τ相第四開關 5 :核心 5 R : R相繞組部 5 S : S相繞組部 5 T : Τ相繞組部 8 :開關切換電路 8 1 :電壓偵測電路 82 :微電腦 8 3 :驅動電路 5 1 :閘流體 52 :閘流體 5 3 :閘極信號產生電路 5 4 :電壓偵測電路 5 5 :電壓偵測電路 -17-

Claims (1)

1320985 -. .> · 十、申請專利範圍 第97 1 46982號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國98年10月3〇日修正 1. 一種變壓設備，其自動調整三相電源的電壓，包含 三輸入終端（Rin、Sin、Tin); 二輸出終端（Rout、Sout、Tout)； 一 γ連接三相變壓器； 一開關群；及 —開關切換電路，其中： 該三輸入終端（Rin、Sin、Tin)分別連接到該三相電 源的三主要線路： 該三輸出終端（Rout、Sout、Tout )分別連接到一·負 載裝置； 該Y連接三相變壓器包含一核心、一R相繞組電路、 一 S相繞組電路、及一 T相繞組電路； 在該R相繞組電路中，將一 R相主要繞組、一R相 第一輔助繞組'一 R相第一開關、一 R相第二輔助繞組、 及一 R相第三輔助繞組以該順序串聯連接在該輸入終端 Rin和一中性點之間，該輸出終端Rout連接到該R相主 要繞組的另一端； 將該開關群的一 R相第二開關與該R相第一輔助繞組 1320985 和該R相第一開關的一串聯電路並聯連接； 將該開關群的一 R相第三開關與該R相第一輔助繞組 、該R相第一開關、和該R相第二輔助繞組的一串聯電路 並聯連接； 將該開關群的一 R相第四開關與該R相第二輔助繞組 和該R相第三輔助繞組的一串聯電路並聯連接； 在該S相繞組電路中，將一 S相主要繞組、一 S相第 —輔助繞組、一 S相第一開關、一 S相第二輔助繞組、及 一 S相第三輔助繞組以該順序串聯連接在該輸入終端S in 和一中性點之間，該輸出終端Sout連接到該S相主要繞 組的另一端； 將該開關群的一 S相第二開關與該S相第一輔助繞組 和該S相第一開關的一串聯電路並聯連接： 將該開關群的一 S相第三開關與該S相第一輔助繞組 、該S相第一開關、和該S相第二輔助繞組的一串聯電路 並聯連接； 將該開關群的一 S相第四開關與該S相第二輔助繞組 和該S相第三輔助繞組的一串聯電路並聯連接： 在該T相繞組電路中，將一 T相主要繞組、一 T相第 —輔助繞組、一T相第一開關、一 T相第二輔助繞組、及 一 T相第三輔助繞組以該順序串聯連接在該輸入終端Tin 和一中性點之間，該輸出終端Tout連接到該T相主要繞 組的另一端； 將該開關群的一 T相第二開關與該T相第一輔助繞組 -2- 1320985 .* λ_ 和該τ相第一開關的一串聯電路並聯連接； 將該開關群的一 Τ相第三開關與該Τ相第一輔助繞組 、該Τ相第一開關、和該Τ相第二輔助繞組的一串聯電路 並聯連接； 將該開關群的一 Τ相第四開關與該Τ相第二輔助繞組 和該τ相第三輔助繞組的一串聯電路並聯連接； 該開關切換電路依據該等輸出終端（Rout、Sout、 Tout)或該等輸入終端（Rin、Sin、Tin)的該電壓位準來 控制該等開關群，在第一至第四模式之間擇一地切換； 在該第一模式中，各相的該第一開關是ON (開）， 及各相的該第二、第三、和第四開關是OFF (關）； 在該第二模式中，各相的該第二開關是ON (開）， 及各相的該第一、第三、和第四開關是OFF (關）； 在該第三模式中，各相的該第三開關是ON (開）， 及各相的該第一、第二、和第四開關是OFF (關）； 在該第四模式中，各相的該第四開關是ON (開）， 及各相的該第一、第二、和第三開關是OFF (關）：以及 該開關切換電路係在切換該等模式時，在該相的該電 壓瞬時値變成零之一時序中，切換各相的該等開關。 2.根據申請專利範圍第1項之變壓設備，其中該等開 關的每一個包括以彼此相對的方向並聯連接之閘流體，及 該開關切換電路包含一電壓偵測器，其偵測該等閘流體的 每一個之閘極至陰極電壓，及當將一閘流體形成爲〇FF( 關）而將另一閘流體形成爲ON(開）時，回應透過欲關掉之 1320985 曰修正雜ί 該閘流體的該電壓偵測器所偵測到之其閘極至陰極電壓已 剛變成零的時序，進行開啓（turn on)驅動及關閉（turn off) 驅動。