磁差分感應調壓器及其構成的調壓電源和功率因素補償器的製作方法

2023-11-06 06:11:07 2

專利名稱：磁差分感應調壓器及其構成的調壓電源和功率因素補償器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電工調壓和功率因數補償裝置，特別是一種磁差分感應調壓器及其構成的磁差分感應直流調壓電源和磁差分感應調壓功率因數補償裝置。
目前，實現大功率交流調壓的方法共有下列六種一是變壓器抽頭接觸調壓，多用碳刷或金屬觸點，它們允許通過的電流有限；二是旋轉感應調壓器，調壓時間較長，難於提供低壓大電流；三是採用磁放大器，須多耗直流控制功率，且抵消控制繞組上感生的交流高壓比較費事；四是採用動鐵或動圈方式，調壓範圍有限；五是採用晶閘管調相方式，諧波汙染大，可靠性差；六是採用逆變方式，但多一重逆變就多一重損耗，且原器件價格昂貴，也不耐用。大電流直流調壓一直是個難題，過去只能靠改變變壓器抽頭和用晶閘管調相或開關電源的方式解決，它們能提供的電流都有限，且都有諧波汙染大的共同缺點，可靠性也不盡理想。而實現動率因數補償的辦法，目前多半是並聯電容器，補償量的調整方式不外乎採用交流接觸器觸點、晶閘管或二者的組合來切換多個電容器組，但電容器易擊穿，觸點或晶閘管易燒壞，且用此辦法絕難實現功率因數的完全補償；新近出現用晶閘管加電容器來構成可調電容器或用電晶體組合來產生容性無功功率的辦法，都須用有源器件來實現，它們都存在著可靠性不盡理想的問題，且電壓越高、功率越大，麻煩越多。
本發明的目的之一在於提供一種通過調整變壓器機構鐵芯橫軛位置而實現寬範圍無觸點無級調壓、電壓波形無畸變、空載損耗小、因而高效可靠、能減少維護工作量的磁差分交流感應調壓器。
本發明的目的之二在於在上述磁差分交流感應器的基礎上，再加一級帶平衡電抗器的多相半波整流電路，而構成的大電流低損耗直流調壓電源。
本發明的目的之三在於提供一種通過恰當改變三相磁差分感應調壓器初次級繞組的接線方式，以產生一個相對於電網各相電壓相位超前90°的三相補償電壓，將其疊加到供電線路上，從而實現功率因數的無觸點無級補償和極高的補償精度的磁差分感應調壓功率因數補償裝置。
本發明的上述目的之一是通過這樣的技術方案實現的，即一種磁差分感應調壓裝置，包括單相或多相變壓器機構，其特徵在於裝置的每一相變壓器機構均採用等截面三柱式鐵芯製作，初級線圈繞於中心柱，次級線圈繞在任一邊柱上；另一邊柱空著，只作調壓過程中的磁分路，三柱共用一個能在三柱端面上作平穩直線滑動、令其和兩邊柱端面的貼合面積按差分方式增減的橫軛。
本發明的上述結構可以通過附圖
給出的非限定性的實施例進一步說明。
附圖為本發明的一個實施例的結構示意圖。
參見附圖磁差分感應調壓裝置，包括單相或多相變壓器機構，其特徵在於裝置的每一相變壓機構採用等截面三柱式鐵芯2製作，初級線圈N1繞於中心柱，次級線圈N2繞在任一邊柱上，另一邊空著，只作調壓過程中的磁分路；三柱共用一個能在三柱端面上作平穩直線滑動、令其和兩邊柱端面的貼合面積按差分方式增減的橫軛1。
本發明的的工作原理是這樣的當橫軛1隻貼合在鐵芯2的中心柱和次級邊柱端面時，次級線圈N2即感應輸出全電壓；當該橫軛搭上空邊柱而逐步調離次級邊柱時，中心柱上初級線圈N1產生的磁力線即在兩邊柱之間進行差分分配，輸出電壓隨之降低；當此橫軛完全移離次級邊柱時，輸出即為零；在從全壓到零的整個調壓過程中，由於有彈簧5將橫軛1與鐵芯中心柱端面始終保持壓緊，兩邊柱供磁力線通過的總截面積始終保持不小於中心柱截面積，因而初級線圈不會失磁而引起輸入短路，同時也防止了交流共振，在整個調壓範圍內輸出電壓無波形畸變。在上述實施例子中，當可調橫軛處於圖示位置時，初級線圈產生的磁力線只在中心柱與左邊柱之間環流，右邊柱上次級線圈無磁力線交鏈，因而輸出為零；當轉動偏心輪驅使可調橫軛右端搭上右邊柱逐步右移時，輸出電壓即隨之升高；當可調橫軛膠離左邊柱而完全貼合右邊柱端面時，輸出即為全壓。三柱端面和可調橫軛的下柱面均須磨平並加油潤滑，以保證高效靈便。
上述技術方案的一個實施例中，三柱式鐵芯2和可調橫軛1均由矽鋼片疊成並鉚緊，初級線圈N1繞於中心柱，次級線圈N2繞在右邊柱上，左邊柱空著；可調橫軛1用導軌限定其只在三柱端面中心點所確定的直線上滑動，並用彈簧5將橫軛1和鐵芯2的中心柱端面壓緊，橫軛1的驅動和定位由偏心輪4和彈簧3共同保證；偏心輪4採用手動或電動，轉半周即可實現電壓的全範圍調整。
上述技術方案的另一個實施例是將橫軛1與中心柱固定，兩邊柱端面與橫軛之間留有空隙，由一順磁金屬和一逆磁金屬對焊後構成的薄片，兩薄片一順一逆插入間隙中，並同時相對於橫軛的端面移動。這種結構同樣能使在薄片進退時確保兩邊柱端面允許磁力線通過的面積按差分方式增減，同樣能實現前述功能。
可調橫軛1也可用槓桿、齒條、方紋螺杆或蝸輪蝸杆驅動，大功率設備還可用氣動或液壓方式驅動。
根據本發明，三相的磁差分感應調壓裝置由三個單相調壓機構組成，三個可調橫軛配裝在一起統一驅動。
本發明的目的之二是通過這樣的技術方案實現的，即一種磁差分感應調壓直流電源，其特徵在於由至少一個三相磁差分感應調壓器的次級接成雙反星形和至少兩個三相磁差分感應調壓器初級繞組分別接成三角形或星形，橫軛統一驅動而構成。
本發明上述結構可以通過其幾個非限定性的實施例進一步說明。
實施例1中，將一個三相磁差分感應調壓器的次級接成雙反星形，再加一級帶平衡電抗器的6相半波整流電路，即做成大電流低損耗直流調壓電源。
實施例2中，將兩個三相磁差分感應調壓器初級繞組分別接成三角形和星形，次級均為雙反星形，六個橫軛統一驅動，即做成12相半波整流的大電流低損耗直流調壓電源。
總之，將多個三相磁差分感應調壓器的初級電壓作適當移相，次級均為雙反星形，所有橫軛統一驅動，即可做成24-96相整流的大電流低損耗直流調壓電源本發明的目的之三是通過這樣的技術方案實現的，即一種磁差分感應調壓功率因數補償裝置，其特徵是將三相磁差分感應調壓器的初次級繞組按相對於電網各相電壓相位超前90°、幅值連續可調的Y/Δ-9型或Δ/Y-9接線方式構成的三相補償電源，其中所有三相橫軛統一移動。
根據本發明，上述技術方案中的具體實施例1是使用於Δ/Δ-12接線的電力變壓器的功率因數補償器，即將三相磁差分感應調壓器的初次級線圈按Y/Δ-9型式連接而構成。使用時，將其各相次級線圈和電力變壓器的同相次級線圈一一串聯起來接成複合三角形，輸出電壓即疊加了用以抵消線路感性無功分量的補償電壓，同步移動三相橫軛接需調整此電壓幅值，即可實現供電線路功率因數的完全補償；上述技術方案中的具體實施例2是適用於電力變壓器為Y/Y-12接線的電力變壓器的功率因數補償器，即將三相磁差分感應調壓器的初次級圈按Δ/Y-9型式連接。將其各相次級線圈和電力變壓器的同相次級線圈一一串聯起來後接成複合星形輸出，功能也一樣。
在上述兩個實施例中，當採用自動補償的方式時，只須採用一個高靈敏電流互感器對某一相交流電壓每半周過零點的電流取樣放大後用來控制伺服電機統一驅動三相橫軛按需進退，即可保證線路功率因數始終維持在0.995以上。整個補償電路完全無觸點，也未接入電容器或任何有源器件，具有高效、高可靠、長壽命等突出優點。若將與之配合的電力變壓器改為三相磁差分感應調壓器，即可做成帶功率因數自動補償的有載調壓器。
本發明由於所述結構而具有以下的優點1．調壓是寬範圍無觸點無級的，為製造高效可靠的大電流、高電壓交直流調壓設備奠定了基礎；2．工作時對電網無諧波汙染，也不幹擾其他用電設備；3．輸出電壓無波形畸變，特別適合電機等感性負載；4．效率高，空載損耗小，無過剩電壓產生多餘的消耗，也根除了碳刷、觸點及各類有源器件產生的熱耗，5．調壓快捷，特別適合鍍銘等工藝中需頻繁升降電壓的場合；6．結構簡單牢靠，通體無易損件，長壽命，免維護；
7．為功率因數補償開闢了新路，應用本發明可做成無觸點高效可靠免維護的功率因數自動精密補償設備，高低壓電網均適用。
本發明可用來製造大電流與超高壓交直流無觸點調壓專用設備、寬範圍調流又調壓的弧焊電源和新一代電鍍電觸電源、直流電弧煉鋼爐電源、鹽浴爐變壓器、電氣鐵道專用調壓器和電氣機車牽引電源等新技術產品；現有眾多大功率設備採用本發明技術後將因電源電壓可如意調整而更趨合理與完善。將上述功率因數自動補償方案形成產品，並加熱管散熱器將鐵芯和線包的發熱有效地引出體外，即可做成樹脂澆注式新一代電力變壓器與有載調壓器。它們可直接用於電廠、電話、直流輸電系統中的換流站和所有輸配電系統的功率因數自功精密補償和送電調壓、大功率交直流電機的軟起動與調壓調速、大型起重設備以及大功率風機和水泵的節能運行等諸多領域。它們將在國民經濟中發揮重要作用，並在國際市場上創造無限產機。
權利要求
1．一種磁差分感應調壓裝置，包括單相或多相變壓器機構，其特徵在於裝置的每一相變壓機構採用等截面三柱式鐵芯2製作，初級線圈(N1)繞於中心柱，次級線圈(N2)繞在任一邊柱上，另一邊空著，只作調壓過程中的磁分路；三柱共用一個能在三柱端面上作平穩直線滑動、令其和兩邊柱端面的貼合面積按差分方式增減的橫軛(1)。
2．根據權利要求1所述的磁差分感應調壓裝置，其特徵在於三柱式鐵芯(2)和可調式橫軛(1)均由矽鋼片疊成並鉚緊；可調橫軛(1)用導軌限定其只能在三柱端面上作直線上滑動，令其和兩邊柱端面的貼合面積按差分方式增減，並用彈簧(5)將橫軛(1)和鐵芯(2)的中心柱端面壓緊，橫軛(1)的驅動和定位由偏心輪(4)和彈簧(3)共同保證；偏心輪採用手動或電動；亦可用槓桿、齒條、方紋螺杆或蝸輪蝸杆以及氣動、液壓方式驅動。
3．根據權利要求1、2所述的磁差分感應調壓裝置，其特徵在於在次級線圈(N2)的輸出端接整流管。
4．根據權利要求1所述的磁差分感應調壓裝置，其特徵在於由三個單相調壓機構組成，將三個可調橫軛裝配在一起統一驅動。
5．根據權利要求1所述的磁差分感應調壓裝置，其特徵在於由六個單相調壓機構構成，其中三個單相調壓機構的初級繞組按三角形連接，另外三個單相調壓機構的初級繞組接成星形，六個橫軛統一驅動。
6．根據權利要求1所述的磁差分感應調壓裝置，其特徵在於將橫軛(1)與中心柱固定，兩邊柱端面與橫軛之間留有空隙，由一順磁金屬和一逆磁金屬對焊後構成的薄片，兩薄片一順一逆插入間隙中，並同時相對於橫軛的端面移動。
7．一種磁差分感應調壓直流電源，其特徵在於由至少一個三相磁差分感應調壓器的次級接成雙反星形和至少兩個三相磁差分感應調壓器初級繞組分別接成三角形或星形，橫軛統一驅動而構成。
8．根據權利要求7所述的磁差分感應調壓直流電源，其特徵在於將一個三相磁差分感應調壓器的次級接成雙反星形，再加一級帶平衡電抗器的6相半波整流電路，做成大電流低損耗直流調壓電源。
9．根據權利要求7所述的磁差分感應調壓直流電源，其特徵在於將兩個三相磁差分感應調壓器初級繞組分別接成三角形和星形，次級均為雙反星形，六個橫軛統一驅動，做成12相半波整流的大電流低損耗直流調壓電源。
10．根據權利要求1所述的磁差分感應調壓裝置，其特徵在於由三個單相調壓機構構成，其初次級繞組按Y/Δ-9型式接線，三個橫軛統一驅動。
11．一種磁差分感應調壓功率因數補償裝置，其特徵是將三相磁差分感應調壓器的初次級繞組按相對於電網各相電壓相位超前90°、幅值連續可調的Y/Δ-9型或Δ/Y-9接線方式構成的三相補償電源，其中所有三相橫軛統一移動。
12．根據權利要求11所述的磁差分感應調壓功率因數補償裝置，其特徵是將三相磁差分感應調壓器的初次級線圈按Y/Δ-9型式連接而構成。
13．根據權利要求11所述的磁差分感應調壓功率因數補償裝置，其特徵是將三相磁差分感應調壓器的初次級圈按Δ/Y-9型式連接而構成。
14．根據權利要求11所述的磁差分感應調壓功率因數補償裝置，其特徵是採用一個高靈敏電流互感器對某一相交流電壓每半周過零點的電流取樣放大後用來控制伺服電機統一驅動三相橫軛按需進退。
全文摘要
本發明採用等截面三柱式鐵芯製作每一相變壓器機構，初級線圈繞於中心柱，次級線圈繞在一邊柱上，另一邊柱用調壓過程中的磁分路；三柱共用一個可在三柱端面上作平穩直線滑動的橫軛，產生磁差分感應而使輸出電壓發生變化。採用該磁差分感應調壓器為基礎，可做成大功率交流調壓器。若於其後再加一級帶平衡電控器的6—96相半波整流電路，即構成大功率低損耗直流調壓電源。若將三相磁差分感應器調壓器的初次級繞組作改接，以產生一個相對於電網各相電壓相位超前90°的三相補償電壓，並統一驅動三相橫軛，即可實現電網功率因數的無觸點自動補償。
文檔編號H02P13/10GK1237823SQ9911494
公開日1999年12月8日 申請日期1999年6月18日 優先權日1999年6月18日
發明者王先倫, 丁漢林, 蒲光鵬 申請人:王先倫