同步分析盤及基於電壓相量的三相變壓器組別判定方法
2023-05-05 07:28:31 1
專利名稱：同步分析盤及基於電壓相量的三相變壓器組別判定方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓相量關係的教學分析裝置，尤其涉及一種用於電工理論和電力電子電路理論中，採用電壓相量判定三相變壓器組別的方法及其同步分析盤。
背景技術：
在電工理論中，單位旋轉相量反映了三相電源的正弦電壓相量關係，而電力電子電路與三相正弦電源相量存在著一定的對應關係，這樣就把電工理論與電力電子技術聯繫在了一起。由於對三相電源相量及波形的印象和理解缺乏直觀簡便的設備，使得該問題成為教學的難點，不易為同學們掌握。而同步分析也是《電力電子技術》、《半導體變流技術》課程教學中的一大難點，同樣不易被同學理解和掌握，長期以來一直困擾著同學們的學習，直接影響著教學效果和質量。而且目前國際上通用的三相變壓器高、低壓繞組「線電勢」的相位關係標誌三相變壓器聯接組別的時鐘表示法，但這種線電勢相量不能直觀反映變壓器繞組的實際接線，且在實際應用中難以掌握，不僅學生不易理解，在工程中也不易運用。
發明內容
本發明就是為了解決上述問題，提供一種具有結構合理，使用方便、形象直觀等優點的同步分析盤，它根據電壓相量利用同步分析盤判定變壓器組別，便於學生掌握。
為實現上述目的，本發明採用了如下技術方案一種同步分析盤，它有原盤，其特徵是在原盤上有與之同心安裝、可相對轉動同步盤；其中原盤有由變壓器繞組聯結鐘點數刻度、變壓器繞組聯結方式刻度和變壓器一次線電壓刻度和相電壓刻度、三相電源正弦電壓相量刻度、電力電子主電路晶閘管器件刻度組成的原盤指示單元；同步盤有由指示同步電壓刻度、與最小控制角αmin和最小逆變角βmin相應的限制電壓刻度及變壓器二次繞組聯接方式刻度的同步盤指示單元。
在原盤和同步盤間有可相對轉動的副盤，其上有由變壓器二次線電壓刻度和相電壓刻度及其相應滯后角度數刻度的副盤指示單元。
所述原盤指示單元中，變壓器繞組聯結鐘點數刻度，它為鐘錶刻度0-11，分別對應三相變壓器繞組的不同組別數；變壓器一次線電壓刻度為刻度半徑AB、相電壓刻度為刻度半徑A，它們是與刻度0對應的同一半徑；變壓器繞組聯結方式刻度，它包括三角形和星形聯接刻度單元和圖形指示單元；三相電源正弦電壓相量刻度，它包括彼此相差120°的三相電源正弦相電壓A、B、C，它們分別是對應刻度0、4、8並順時針分布的半徑，以及同樣彼此相差120°的三相電源正弦反向相電壓-A、-B、-C，它們是與刻度6、10、2對應並順時針分布的半徑；電力電子主電路晶閘管器件刻度，它表示晶閘管三相全控橋中的器件VT1-VT6所對應的電壓相量，其中VT1、VT3、VT5彼此相差120°，是與刻度0、4、8對應並順時針分布的半徑，VT2、VT4、VT6彼此相差120°，是與刻度2、6、10對應並順時針分布的半徑。
所述變壓器繞組聯結鐘點數刻度中，刻度0、2、4、6、8、10分別對應變壓器的Dd0Yyo、Dd2Yy2--Dd10Yy10聯結方式，刻度1、3、5、7、9、11分別對應變壓器的Dy1Yd1、Dy3Yd3--Dy11Yd11聯結方式；所述變壓器繞組聯結方式刻度中的聯接刻度單元分為三角形單元和星形單元，三角形單元是由0-o-10組成的三角形，其中與刻度0對應的相電壓刻度半徑A表示左三角形接法中的一個相電壓A；由刻度10指向刻度0的相量弦A對應右三角形接法中的一個相電壓A；星形單元則為與刻度1、5、9對應的各相電壓，其中與刻度1對應、落後變壓器一次線電壓刻度半徑AB30°的為星形接法中的相電壓A；圖形指示單元為十二對與對應變壓器實際聯結方式相應的三角形組成，其中刻度3、4、5、9、10、11對應左、右兩三角形聯結；刻度0對應兩右三角形聯結，刻度6對應兩左三角形聯結。
所述左三角形聯結指以與刻度0所對應的半徑即相電壓刻度A表示三角形接法中的相電壓A，其方向向上時，0-O-10構成的三角形一個角指向左側，並按順時針方向依次為A、B、C相量，即相量A的頭接相量C的尾；所述右三角形聯結指，相量弦0-10垂直向上時作為A相量，0-10-O組成的三角形一個角指向右側，按順時針方向依次為A、B、C相量，即相量A的頭接相量B的尾；左三角形和右三角形接法與變壓器實際聯結方式相對應。
所述變壓器二次線電壓刻度為刻度半徑ab，相電壓刻度為刻度半徑a，變壓器二次線電壓刻度ab的起始角度超前相電壓刻度a的起始角度30°；變壓器二次線電壓刻度ab和相電壓刻度a分別對應各自的滯后角度數刻度為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°順時針均勻分布。
所述同步電壓刻度包括同步相電壓刻度和同步線電壓刻度，其中半徑UT1a為同步相電壓刻度，該刻度同時還與其他相同步相電壓中的UT1刻度重合，其他相同步相電壓UT1-UT6是彼此相差60°並順時針均勻分布的半徑；同步線電壓刻度UT1ab是超前同步相電壓刻度UT1a30°的刻度半徑；變壓器二次繞組聯接方式刻度包括三角形和星形聯接刻度，其中三角形聯接刻度是以同步線電壓UT1ab作為一邊構成變壓器繞組的三角形接法，其中同步線電壓刻度半徑UT1ab表示相電壓a，該相電壓a的頭端接相電壓c的尾端，構成左三角形聯結方式；同時該三角形中與半徑方向垂直的邊也表示相電壓a，該相電壓的頭端接相電壓b的尾端，構成右三角形接法；所述星形聯接刻度為在上述三角形聯接刻度中可將各頂點聯成丫型接法，其中與刻度半徑UT1a平行的為相電壓刻度a，其餘按相差120°順時針分布分別為相電壓刻度b、c；限制電壓刻度，它是分別與最小控制角αmin和最小逆變角βmin相應的限制電壓刻度半徑U1α～U6α和U1β～U6β，其中U1α超前UT1a60°角，U1α～U6α彼此間隔60°角順時針均勻分布；U1β落後UT1a60°角，U1β～U6β彼此間隔60°角順時針均勻分布。
一種基於電壓相量的三相變壓器組別判定方法，其特徵是它包括如下步驟(1)將原盤的變壓器一次線電壓刻度半徑AB、相電壓刻度半徑A向上，再根據已知的三相變壓器一次聯接方式，確定採用原盤變壓器繞組聯結方式刻度中的三角形刻度單元或星形刻度單元；(2)若已知為三相變壓器一次側為三角形接法，則根據已知的其是左三角形聯接或右三角形聯接，選定三角形聯接刻度中相應參考相電壓A；若已知變壓器一次為星形接法，則選定星形聯接刻度中的相電壓A為參考相電壓；(3)根據已知變壓器二次聯接方式，確定採用變壓器二次繞組聯接方式刻度中的三角形聯接刻度或星形聯接刻度；(4)若變壓器二次為三角形聯接，則根據其是左三角形聯接或右三角形聯接，確定參考相電壓a；若變壓器二次為星形聯接，則選定星形聯接刻度，取定參考相電壓a；(5)根據三相變壓器副邊相電壓a或b或c和原邊相電壓A的相位關係，旋轉同步盤，使之相對應；
(6)同步盤上的同步線電壓刻度UT1ab指向的原盤變壓器繞組聯結鐘點數刻度即為變壓器的聯結組別。
在步驟(5)中兩相量方向相同時，相電壓符號與同名端標在一起；兩相量方向相反時，相電壓符號與同名端不能標在一起。
本發明以三個同心安裝的盤組成快速同步分析盤，並以電壓相量取代了傳統的利用電勢判斷變壓器繞組聯接的方法，它以各相量的尾端為共起點，所表示的聯接方式與實際的聯接方式相同，並提出了變壓器左右三角形聯接方式，利用各個盤上不同指示單元內容的組合，不僅反映三相電源屬性，以實物的形式加深了學生對三相電源相量及波形的印象和理解，樹立了教學的立體感覺而不是憑空想像，還使同步分析這一難點成為「難而不難」的極易理解和掌握的知識，並能迅速判斷出變壓器的繞組聯接方式。快速同步分析盤是看得見、摸得著的教學工具，適用於電類有關專業，對於激發學生學習興趣、開發學生智力很有好處，提高了教學效果和教學質量，實物輕巧，富有美感，操作簡便，以圖代文，具有實用和推廣價值。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為原盤結構示意圖；圖3為副盤結構示意圖；圖4為同步盤結構示意圖；圖5為變壓器一、二次繞組聯結方式和同名端結構示意圖；圖6為Yy形接法相量圖；圖7為左三角形接法相量圖；圖8為右三角形接法相量圖；圖9為Y，y星形接法的相電壓、線電壓；圖10為Y，d左三角形接法的相電壓、線電壓；圖11為Y，d右三角形接法的相電壓、線電壓；圖12為第一實施例結構示意圖；圖13為第二實施例結構示意圖；圖14為第三實施例結構示意圖；圖15為第四實施例結構示意圖；具體實施方式
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
圖1給出了本發明的整體結構示意圖。它由三個盤組成，它們同心安裝在一起，可相對轉動。其直徑由原盤1至同步盤3依次減小。在原盤1上有指示變壓器繞組聯結鐘點數刻度、變壓器繞組聯結方式刻度和變壓器一次線電壓刻度和相電壓刻度、三相電源正弦電壓相量刻度、電力電子主電路晶閘管器件刻度原盤指示單元；副盤2上有由變壓器二次線電壓刻度和相電壓刻度及其相應滯后角度數刻度的副盤指示單元；同步盤3上有由指示同步電壓刻度、與最小控制角αmin和最小逆變角βmin相應的限制電壓刻度及變壓器二次繞組聯接方式刻度的同步盤指示單元。利用三個盤上指示單元內容的組合，即可對三相電源正弦電壓相量關係進行分析。
圖2給出了本發明中原盤1的結構示意圖。原盤指示單元組成包括變壓器繞組聯結鐘點數刻度，它由鐘錶刻度0-11組成，其中刻度0、2、4、6、8、10分別對應變壓器的Dd0Yyo、Dd2Yy2--Dd10Yy10聯結方式，刻度1、3、5、7、9、11分別對應變壓器的Dy1Yd1、Dy3Yd3--Dy11Yd11聯結方式；變壓器一次線電壓刻度AB和相電壓刻度A，它們是與刻度0對應的同一半徑，分別表示變壓器一次線電壓和相電壓；三相電源正弦電壓相量刻度，其中三相電源正弦相電壓A、B、C對應的刻度半徑彼此間隔120°，分別對應刻度0、4、8沿順時針分布；三相電源正弦反向相電壓-A、-B、-C對應的刻度半徑彼此間隔120°，分別與刻度6、10、2對應並順時針分布；電力電子主電路晶閘管器件刻度是刻度半徑VT1-VT6，它們與晶閘管三相全控橋器件的電壓相量對應，其中刻度半徑VT1、VT3、VT5彼此相差120°，與刻度0、4、8對應並順時針分布，刻度半徑VT2、VT4、VT6彼此相差120°，與刻度2、6、10對應並順時針分布。變壓器繞組聯結方式刻度，它包括三角形和星形聯接刻度單元和圖形指示單元。三角形聯接單元由0-o-10三角形組成，其中0-o半徑表示三角形接法中的相量A，該相量與變壓器一次線電壓刻度AB和相電壓刻度A重合，將該半徑向上後，0-o-10三角形的一個角指向左側，即構成左三角形接法，其餘電壓相量B、C按順時針排列，其規律為相量A的頭接相量C；將上述三角形中0-10相量弦向上，表示三角形接法中的相電壓A，其餘電壓相量B、C按順時針排列，其規律為以相量A的頭接相量B的尾，構成右三角形接法。圖形指示單元由與鐘錶刻度0-11對應的十二對三角形組成，與其表示的變壓器繞組實際聯結方式相對應，其中刻度1、2、7、8對應右、左兩三角形聯結；刻度3、4、5、9、10、11對應左、右兩三角形聯結；刻度0對應兩右三角形聯結，刻度6對應兩左三角形聯結。
圖3為副盤2的結構示意圖。根據線電壓超前相電壓30°的原則，變壓器二次線電壓刻度ab起始角度超前相電壓刻度a起始角度30°，它們分別對應的滯后角度數刻度為0°、30°、60°、90°、120°、150°和180°，順時針均勻分布，其各角度數與實際變壓器繞組接法有關。
圖4給出了同步盤3的結構示意圖。同步電壓刻度分為同步線電壓刻度和同步相電壓刻度，根據線電壓超前相電壓30°的原則，同步線電壓刻度半徑UT1ab逆時針超前同步相電壓刻度半徑UT1a30°。同時刻度半徑UT1a與其他相同步相電壓刻度中的刻度半徑UT1刻度重合，刻度半徑UT1--UT6彼此相差60°順時針均勻分布。與最小控制角αmin對應的限制電壓刻度半徑U1 α刻度超前同步相電壓刻度UT1a60°，與最小逆變角βmin對應的限制電壓刻度U1β刻度落後同步相電壓刻度UT1a60°，而刻度半徑U1α～U6α間彼此相差60°順時針均勻分布，刻度半徑U1 β～U6β間彼此相差60°順時針均勻分布。變壓器二次繞組聯接方式刻度，它包括三角形聯接刻度和星形聯接刻度，其中三角形聯接刻度以同步線電壓刻度UT1ab作為一邊構成一個三角形聯結，其中同步線電壓刻度半徑UT1ab表示相電壓a，該相電壓a的頭端接相電壓c的尾端，構成左三角形聯結方式；同時該三角形中與半徑方向垂直的邊也表示相電壓a，該相電壓的頭端接相電壓b的尾端，構成右三角形接法；所述星形聯接刻度為在上述三角形聯接刻度中可將各頂點聯成星形接法，其中與刻度半徑UT1a平行的為相電壓刻度a，其餘按相差120°順時針分布，分別為相電壓刻度b、c。
圖5則給出了與原盤上鐘點數相對應的變壓器聯接組別和刻度間的對應關係。
本發明針對目前國際通用的「線電勢」相位關係，提出了基於電壓相位關係標誌三相變壓器高、低壓繞組聯接組別的方法。它把三相高壓繞組頭、尾端分別標記為A、B、C、和X、Y、Z；三相低壓繞組頭、尾端分別標記為a、b、c和x、y、z。三相繞組相電壓都規定為「從尾端指向頭端」，高壓繞組相電壓從X指向A為AX，三相簡記為A、B、C；低壓繞組相電壓從x指向a為ax，三相簡記為a、b、c。
若高、低壓繞組的頭端A、a標為同極性端，則高、低壓繞組相電壓A、a同相位，相量方向相同；若高、低壓繞組的頭端A、a標為異極性端，則高、低壓繞組相電壓A、a反相位，相量方向相反。
三相變壓器每相的相電壓即為該相繞組電壓，其線電壓是指引出端電壓，線電壓AB就是A與B的電壓相量差。下面分別就星形和三角形接法分別描述如下1、星形聯接星形聯接接線圖如圖6所示，繞組按相序A、B、C自左至右依次排列，同名端符號分別標在三相繞組頭端A、B、C處，三相繞組尾端X、Y、Z聯接在一起。在接線圖上標出各繞組相電壓方向，根據相電壓方向畫出三相相電壓、線電壓AB相量圖。
相電壓為A＝∠0°B＝∠-120°C＝∠-240°線電壓為 AB＝A-BBC＝B-CCA＝C-A相量圖的特點是三相繞組尾端聯接在一起，是等電位的電源零點，相序是順時針，線電壓超前相電壓，相量A箭頭就是實際繞組A頭端。因為同名端符號標在三相繞組的頭端A、B、C處，所以A相相量圖A方向向上。
在三角形接法中分別有左三角形和右三角形之分。
2、左三角形聯接左三角形聯接接線圖如圖7所示，繞組按相序A、B、C自左至右依次排列，同名端符號分別標在三相繞組頭端A、B、C處。三相繞組尾端X、Y、Z分別與頭端B、C、A聯接在一起，即XB、YC、ZA聯接在一起。在接線圖上標出各繞組相電壓方向，根據相電壓方向畫出三相相電壓與線電壓AB相量圖。
相電壓與線電壓的關係為
AB＝ABC＝BCA＝C相量圖中，三相繞組「A頭C尾」聯接在一起，相序是順時針，線電壓與相電壓同方向，相量A箭頭就是實際繞組A頭端。因為同名端符號標在三相繞組的頭端A、B、C處，所以A相相量圖A方向向上。
3、右三角形聯接右三角形聯接接線圖如圖8所示，繞組按相序A、B、C自左至右依次排列，同名端符號分別標在三相繞組頭端A、B、C處。三相繞組尾端X、Y、Z分別與頭端C、A、B聯接在一起，即XC、ZB、YA、聯接在一起。在接線圖上標出各繞組相電壓方向，根據相電壓方向畫出三相相電壓與線電壓AB相量圖。
相電壓與線電壓的關係為AB＝-BBC＝-CCA＝-A相量圖中，三相繞組「A頭B尾」聯接在一起，相序是順時針，線電壓與相電壓同方向，相量A箭頭就是實際繞組A頭端。因為同名端符號標在三相繞組的頭端A、B、C處，所以A相相量圖A方向向上。
在三角形聯接組別中，「頭尾聯接」的相量分析方法與三相繞組的實際接線形式相吻合，相量圖的「頭尾聯接」，就是實際三相繞組的「頭尾聯接」。
在三相變壓器的聯接組別中，已知三相變壓器的繞組接線圖與同名端，確定變壓器聯接組別的方法是分別畫出高壓(原邊)繞組和低壓(副邊)繞組的電壓相量圖，由高壓繞組AB和低壓繞組ab的相位關係確定變壓器聯接組別的標號。
其具體步驟是1)按已知繞組的頭、尾標誌聯接成所規定的聯接法，畫出接線圖。
2)在接線圖上標明相電壓與線電壓方向。
3)畫出高、低壓(原、副邊)繞組相電壓與線電壓相量圖，令繞組尾端X、x共起點。
4)根據低壓繞組相電壓a、b、c與高壓繞組相電壓A的相位關係(同方向或反方向)，確定出ab與AB的相位關係，ab指向的數字即為變壓器聯接組別的標號。
1、Y，y聯接如圖9所示接線圖，以高壓繞組尾端X為公共點，畫出變壓器原邊相電壓A與線電壓AB相量圖，以低壓繞組尾端x為公共點，畫出變壓器副邊相電壓a、線電壓ab相量圖，畫出變壓器副邊相電壓a、b、c相量圖。以原、副邊X、x為共起點，原、副邊相電壓a與A同方向，線電壓ab、與AB同方向，則變壓器組別為Y，y12。如果相電壓a、與A反方向，則線電壓ab與AB反方向，變壓器組別應為Y，y6，選擇b、c相量圖與A同方向或反方向，可以得到其它不同Y，y聯接組別。
2、Y，d左三角形聯接如圖10所示接線圖，以高壓繞組尾端X為公共點，畫出原邊相電壓A與線電壓AB相量圖，以低壓繞組尾端x為公共點，畫出副邊相電壓a、線電壓ab相量圖，以「A頭C尾」聯接畫出副邊相電壓a、b、c相量圖。以原、副邊X、x為共起點，原、副邊相電壓a、與A同方向，線電壓ab與A同方向，則變壓器組別為Y，d1。如果相電壓a、與A反方向，則線電壓ab與A反方向，變壓器組別應為Y，d7，如圖5(b)所示。選擇b、c相量圖與A同方向或反方向，可以得到其它不同Y，d聯接組別。
3、Y，d右三角形聯接如圖11所示接線圖，以高壓繞組尾端X為公共點，畫出原邊相電壓a與線電壓AB相量圖，以低壓繞組尾端x為公共點，畫出副邊相電壓a與線電壓ab相量圖，以「A頭B尾」聯接畫出副邊相電壓a、b、c相量圖。以原、副邊X、x為共起點，原、副邊相電壓a、與A同方向，線電壓ab與b反方向，則變壓器組別為Y，d11。如果相電壓a、與A反方向，則線電壓ab、與b反方向，變壓器組別應為Y，d5，選擇b、c相量圖與A同方向或反方向，可以得到其它不同Y，d聯接組別。
在偶數組別中，如果同名端符號標在了副邊繞組的尾端x、y、z處，則副邊電壓相量圖的方向應與原邊相量圖A反相。D，d三角形聯接中，只有右三角形接法，變壓器的相位關係由同名端極性確定。在齊數組別中，同名端符號標在了副邊繞組的頭端a、b、c處，D，y、Y，d聯接中，既有左三角形又有右三角形，變壓器的相位關係由左、右三角形接法確定。
根據上述分析，結合本發明的同步分析盤可形象直觀的分析出變壓器聯結組別，從而方便學生的學習。其使用方法如下(1)將原盤的變壓器一次線電壓刻度半徑AB、相電壓刻度半徑A向上，再根據已知的三相變壓器一次聯接方式，確定採用原盤變壓器繞組聯結方式刻度中的三角形刻度單元或星形刻度單元；(2)若已知為三相變壓器一次側為三角形接法，則根據已知的其是左三角形聯接或右三角形聯接，選定三角形聯接刻度中相應參考相電壓A；若已知變壓器一次為星形接法，則選定星形聯接刻度中的相電壓A為參考相電壓；(3)根據已知變壓器二次聯接方式，確定採用變壓器二次繞組聯接方式刻度中的三角形聯接刻度或星形聯接刻度；(4)若變壓器二次為三角形聯接，則根據其是左三角形聯接或右三角形聯接，確定參考相電壓a；若變壓器二次為星形聯接，則選定星形聯接刻度，取定參考相電壓a；(5)根據三相變壓器副邊相電壓a或b或c和原邊相電壓A的相位關係，旋轉同步盤，使之相對應；(6)同步盤上的同步線電壓刻度UT1ab指向的原盤變壓器繞組聯結鐘點數刻度即為變壓器的聯結組別。
在步驟(5)中兩相量方向相同時，相電壓符號與同名端標在一起；兩相量方向相反時，相電壓符號與同名端不能標在一起。
具體的實施例如下一、Dy組別判定方法實施例一Dy1變壓器一次線電壓刻度為刻度半徑AB、相電壓刻度為刻度半徑A向上，已知變壓器一次三角形為右三角形，選擇原盤上的0-10弦作為右三角形接法中的相電壓A，選擇同步盤上的星形接法刻度，根據一次相電壓A與二次相電壓a同方向，轉動同步盤使星形聯接刻度的相量a與原盤上的相電壓A同向，則同步盤上的同步線電壓刻度UT1ab指向的刻度為1，由此確定變壓器組別為Dy1聯接，如圖12所示。
變壓器一、二次繞組聯結方式和同名端如圖5所示二、Yd組別判定方法實施例二Yd1原盤變壓器一次線電壓刻度為刻度半徑AB、相電壓刻度為刻度半徑A向上，已知變壓器一次為Y形接法，則選定其星形聯接刻度，即刻度1所對應的半徑為相電壓A；已知二次三角形為左三角形，選定同步盤上的三角形聯接刻度，確定左三角形的參考相電壓a，根據一次相電壓A與二次相電壓a同方向，轉動同步盤使之對應，則同步線電壓刻度UT1ab指向的刻度為1，由此確定變壓器組別為Yd1，如圖13所示。
變壓器一、二次繞組聯結方式和同名端如圖5所示。
三、Dd組別判定方法實施例三Dd2原盤變壓器一次線電壓刻度為刻度半徑AB、相電壓刻度為刻度半徑A向上，已知變壓器一次為右三角形接法，由此選定原盤的三角形聯接刻度中0-10弦對應參考相電壓A；已知變壓器二次三角形為左三角形，由此選定同步盤上的左三角形聯接刻度所對應的參考相電壓a，根據一次相電壓A與二次相電壓a同方向，轉動同步盤使之對應，則同步線電壓刻度UT1ab指向原盤的刻度2，由此確定變壓器組別為Dd2，如圖14所示。
變壓器一、二次繞組聯結方式和同名端如圖5所示。
四、Yy組別判定方法實施例四Yy2原盤變壓器一次線電壓刻度為刻度半徑AB、相電壓刻度為刻度半徑A向上，已知變壓器一次為星形接法，由此選定原盤的星形聯接刻度，確定參考相電壓A；已知變壓器二次為星形接法，由此選定同步盤的星形聯接刻度，確定其參考相電壓a，根據變壓器一次相電壓A與二次相電壓b反方向，轉動同步盤使之對應，則同步線電壓刻度UT1ab指向原盤的刻度2，如圖15所示。
變壓器一、二次繞組聯結方式和同名端如圖5所示。
權利要求
1.一種同步分析盤，它有原盤(1)，其特徵是在原盤(1)上有與之同心安裝、可相對轉動的同步盤(3)；其中原盤(1)有由變壓器繞組聯結鐘點數刻度、變壓器繞組聯結方式刻度和變壓器一次線電壓刻度和相電壓刻度、三相電源正弦電壓相量刻度、電力電子主電路晶閘管器件刻度組成的原盤指示單元；同步盤(3)有由指示同步電壓刻度、與最小控制角αm in和最小逆變角βmin相應的限制電壓刻度及變壓器二次繞組聯接方式刻度的同步盤指示單元。
2.根據權利要求1所述的同步分析盤，其特徵是在原盤(1)和同步盤(3)間有可相對轉動的副盤(2)，其上有由變壓器二次線電壓刻度和相電壓刻度及其相應滯后角度數刻度的副盤指示單元。
3.根據權利要求1所述的同步分析盤，其特徵是所述原盤指示單元中，變壓器繞組聯結鐘點數刻度，它為鐘錶刻度0-11，分別對應三相變壓器繞組的不同組別數；變壓器一次線電壓刻度為刻度半徑AB、相電壓刻度為刻度半徑A，它們是與刻度0對應的同一半徑；變壓器繞組聯結方式刻度，它包括三角形和星形聯接刻度單元和圖形指示單元；三相電源正弦電壓相量刻度，它包括彼此相差120°的三相電源正弦相電壓A、B、C，它們分別是對應刻度0、4、8並順時針分布的半徑，以及同樣彼此相差120°的三相電源正弦反向相電壓-A、-B、-C，它們是與刻度6、10、2對應並順時針分布的半徑；電力電子主電路晶閘管器件刻度，它表示晶閘管三相全控橋中的器件VT1-VT6所對應的電壓相量，其中VT1、VT3、VT5彼此相差120°，是與刻度0、4、8對應並順時針分布的半徑，VT2、VT4、VT6彼此相差120°，是與刻度2、6、10對應並順時針分布的半徑。
4.根據權利要求3所述的同步分析盤，其特徵是所述變壓器繞組聯結鐘點數刻度中，刻度0、2、4、6、8、10分別對應變壓器的Dd0Yyo、Dd2Yy2--Dd10Yy10聯結方式，刻度1、3、5、7、9、11分別對應變壓器的Dy1Yd1、Dy3Yd3--Dy11Yd11聯結方式；所述變壓器繞組聯結方式刻度中的聯接刻度單元分為三角形單元和星形單元，三角形單元是由0-o-10組成的三角形，其中與刻度0對應的相電壓刻度半徑A表示左三角形接法中的一個相電壓A；由刻度10指向刻度0的相量弦A對應右三角形接法中的一個相電壓A；星形單元則為與刻度1、5、9對應的各相電壓，其中與刻度1對應、落後變壓器一次線電壓刻度半徑AB30°的為星形接法中的相電壓A；圖形指示單元為十二對與對應變壓器實際聯結方式相應的三角形組成，其中刻度3、4、5、9、10、11對應左、右兩三角形聯結；刻度0對應兩右三角形聯結，刻度6對應兩左三角形聯結。
5.根據權利要求4所述的同步分析盤，其特徵是所述左三角形聯結指以與刻度0所對應的半徑即相電壓刻度A表示三角形接法中的相電壓A，其方向向上時，0-O-10構成的三角形一個角指向左側，並按順時針方向依次為A、B、C相量，即相量A的頭接相量C的尾；所述右三角形聯結指，相量弦0-10垂直向上時作為A相量，0-10-O組成的三角形一個角指向右側，按順時針方向依次為A、B、C相量，即相量A的頭接相量B的尾；左三角形和右三角形接法與變壓器實際聯結方式相對應。
6.根據權利要求2所述的同步分析盤，其特徵是所述變壓器二次線電壓刻度為刻度半徑ab，相電壓刻度為刻度半徑a，變壓器二次線電壓刻度ab的起始角度超前相電壓刻度a的起始角度30°；變壓器二次線電壓刻度ab和相電壓刻度a分別對應各自的滯后角度數刻度為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°順時針均勻分布。
7.根據權利要求1所述的同步分析盤，其特徵是所述同步電壓刻度包括同步相電壓刻度和同步線電壓刻度，其中半徑UT1a為同步相電壓刻度，該刻度同時還與其他相同步相電壓中的UT1刻度重合，其他相同步相電壓UT1-UT6是彼此相差60°並順時針均勻分布的半徑；同步線電壓刻度UT1ab是超前同步相電壓刻度UT1a30°的刻度半徑；變壓器二次繞組聯接方式刻度包括三角形和星形聯接刻度，其中三角形聯接刻度是以同步線電壓UT1ab作為一邊構成變壓器繞組的三角形接法，其中同步線電壓刻度半徑UT1ab表示相電壓a，該相電壓a的頭端接相電壓c的尾端，構成左三角形聯結方式；同時該三角形中與半徑方向垂直的邊也表示相電壓a，該相電壓的頭端接相電壓b的尾端，構成右三角形接法；所述星形聯接刻度為在上述三角形聯接刻度中可將各頂點聯成星形接法，其中與刻度半徑UT1a平行的為相電壓刻度a，其餘按相差120°順時針分布分別為相電壓刻度b、c；限制電壓刻度，它是分別與最小控制角αmin和最小逆變角βmin相應的限制電壓刻度半徑U1α～U6α和U1β～U6β，其中U1α超前UT1a60°角，U1α～U6α彼此間隔60°角順時針均勻分布；U1β落後UT1a60°角，U1β～U6 β彼此間隔60°角順時針均勻分布。
8.一種基於電壓相量的三相變壓器組別判定方法，其特徵是它包括如下步驟(1)將原盤的變壓器一次線電壓刻度半徑AB、相電壓刻度半徑A向上，再根據已知的三相變壓器一次聯接方式，確定採用原盤變壓器繞組聯結方式刻度中的三角形刻度單元或星形刻度單元；(2)若已知為三相變壓器一次側為三角形接法，則根據已知的其是左三角形聯接或右三角形聯接，選定三角形聯接刻度中相應參考相電壓A；若已知變壓器一次為星形接法，則選定星形聯接刻度中的相電壓A為參考相電壓；(3)根據已知變壓器二次聯接方式，確定採用變壓器二次繞組聯接方式刻度中的三角形聯接刻度或星形聯接刻度；(4)若變壓器二次為三角形聯接，則根據其是左三角形聯接或右三角形聯接，確定參考相電壓a；若變壓器二次為星形聯接，則選定星形聯接刻度，取定參考相電壓a；(5)根據三相變壓器副邊相電壓a或b或c和原邊相電壓A的相位關係，旋轉同步盤，使之相對應；(6)同步盤上的同步線電壓刻度UT1ab指向的原盤變壓器繞組聯結鐘點數刻度即為變壓器的聯結組別。
9.根據權利要求8所述的基於電壓相量的三相變壓器組別判定方法，其特徵是在步驟(5)中兩相量方向相同時，相電壓符號與同名端標在一起；兩相量方向相反時，相電壓符號與同名端不能標在一起。
全文摘要
本發明公開了一種同步分析盤及其基於電壓相量判定三相變壓器組別的方法。它解決了目前教學中缺乏直觀實物，學生不易理解三相正弦電源相量關係，國際上通用的電勢分析變壓器組別的方法難以掌握的問題，具有結構合理，使用方便，形象直觀，易於理解等優點。其結構為它有原盤，其特徵是在原盤上有與之同心安裝、可相對轉動的同步盤；其中原盤有由變壓器繞組聯結鐘點數刻度、變壓器繞組聯結方式刻度和變壓器一次線電壓刻度和相電壓刻度、三相電源正弦電壓相量刻度、電力電子主電路晶閘管器件刻度組成的原盤指示單元；同步盤有由指示同步電壓刻度、與最小控制角α
文檔編號G06C3/00GK1696862SQ20051004323
公開日2005年11月16日 申請日期2005年4月12日 優先權日2005年4月12日
發明者張慶範, 崔納新, 金萍, 張博, 王秀琴 申請人:山東大學