一種連續可控變壓器的製作方法
2024-03-20 13:03:05 1
專利名稱：一種連續可控變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統送變電技術領域和工業電器領域，特別涉及一種連續可控變壓器。
背景技術：
電力變壓器的變比大部分是固定的，電力變壓器一旦製造完成，電力變壓器一次線圈匝數和二次線圈匝數就確定了，電力變壓器的變比就確定了。電力系統希望有調整電壓的手段。通過調整無功功率可以調整電壓，但是，控制設備複雜，使用不方便，調節範圍較小。電鍍企業、煉鋼廠及工業電器領域需要較大範圍與較大功率的電壓與電流調節設備。
通過變壓器調整電力系統電壓最直接。但是，變壓器在運行中要改變線圈的匝數， 需要技術含量很高的有載調節開關。發明專利號為2008100551634「採用電抗式有載分接開關的高壓線圈角接得有載調壓變壓器」和發明專利號為2008101381541的「多檔乾式調壓變壓器」提出了兩種有載調壓變壓器。提出的各種有載調壓變壓器各具特色，但是，這些有載調壓變壓器都是利用機械開關原理，切換變壓器線圈的抽頭，改變線圈的匝數來調節電壓。這種調壓方式不能對電壓連續調節，反應速度慢。
發明內容
本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種晶閘管控制的，調節範圍較大，反應速度快，電壓連續可調，內電抗較小，輸出電壓的變化受負載電流的變化影響較小的連續可控變壓器。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案 一種連續可控變壓器，它包括 一個連續可控變壓器鐵芯，鐵芯包括5根十字形排列的柱子，其中一個中心柱，四個邊柱，5根柱子間相互平行；5根柱子通過十字形橫梁構成磁通迴路；邊柱I、邊柱II、邊柱III、邊柱IV截面積相等，邊柱I、邊柱II面積之和等於中心柱截面積，邊柱III、邊柱IV 截面積之和等於中心柱截面積；中心柱子設有交流線圈Li，交流線圈L2 ；邊柱I設有交流線圈L3、直流線圈L5 ；邊柱II設有線圈交流L4、直流線圈L6 ；邊柱III設有直流線圈L7 ； 邊柱IV設有直流線圈L8 ；交流線圈L2的兩個端子為連續可控變壓器交流輸出端子； 直流線圈L5的同名端與直流線圈L6的同名端連接，直流線圈L5的異名端與直流線圈L6的異名端分別為直流電流輸入端子I和直流電流輸入端子II ；直流線圈L7的同名端與直流線圈L8的同名端連接，直流線圈L7的異名端與直流線圈L8的異名端分別為直流電流輸入端子III和直流電流輸入端子IV ； 交流控制電源I經反向並聯的一對晶閘管D5、晶閘管D6連接到第一全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出端連接直流電流輸入端子I和直流電流輸入端子II，並形成閉合迴路，晶閘管D5、晶閘管D6與相應的控制電路I連接；交流控制電源II經反向並聯的另一對晶閘管D11、晶閘管D12連接到第二全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出端連接直流電流輸入端子III和直流電流輸入端子IV，並形成閉合迴路，晶閘管D11、晶閘管 D12與相應的控制電路II連接。
所述交流線圈Ll的同名端為連續可控變壓器輸入端子I ；交流線圈Ll的異名端與交流線圈L3的同名端連接，交流線圈L3的異名端與交流線圈L4的同名端連接，交流線圈L4的異名端為交流電源的連續可控變壓器輸入端子II。
所述交流線圈L3與交流線圈L4的匝數相等，直流線圈L5與直流線圈L6的匝數相等；直流線圈L7與直流線圈L8的匝數相等；交流線圈Ll的匝數應滿足在交流線圈L兩端加額定電壓時，中心柱鐵芯不飽和。
所述直流線圈L5與直流線圈L6產生的直流磁通只在邊柱I與邊柱II之間的閉合磁通迴路流通，不會流到中心柱與其他邊柱的鐵芯；直流線圈L7與直流線圈L8產生的直流磁通只在邊柱III與邊柱IV之間的閉合磁通迴路流通，不會流到中心柱與其他邊柱的鐵
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心。
所述控制電路I的兩個輸出分別連接反向並聯的晶閘管D5與晶閘管D6的觸發端，控制電路I連續控制晶閘管D5與晶閘管D6的導通量，從而連續控制直流線圈L5和直流線圈L6直流電流的大小； 所述控制電路II的兩個輸出分別連接反向並聯的晶閘管Dll與晶閘管D12的觸發端，控制電路II連續控制晶閘管Dll與晶閘管D12的導通量，從而連續控制直流線圈L7 和直流線圈L8直流電流的大小。
所述第一全橋整流電路的輸出端並聯電容Cl和過壓保護電路I ；所述第二全橋整流電路輸出端並聯電容C2和過壓保護電路II。
本發明的有益效果是連續可控變壓器輸出電壓調節範圍較大，反應速度快，電壓連續可調。連續可控變壓器內電抗較小，輸出電壓的變化受負載電流的變化影響較小。
圖1表示連續可控變壓器的一種拓撲結構與連接方式； 圖2a為一種連續可控變壓器的主體鐵芯的正視圖； 圖2b為一種連續可控變壓器的主體鐵芯的側視圖； 圖2c為一種連續可控變壓器的主體鐵芯的俯視圖； 圖3a為另一種連續可控變壓器的主體鐵芯的正視圖； 圖3b為另一種連續可控變壓器的主體鐵芯的側視圖； 圖3c為另一種連續可控變壓器的主體鐵芯的俯視圖； 其中，1.連續可控變壓器輸入端子I，2.連續可控變壓器輸入端子II，3.連續可控變壓器輸出端子I，4.連續可控變壓器輸出端子II，5.直流電流輸入端子I 6.直流電流輸入端子II，7.直流電流輸入端子ΙΙΙ，8.直流電流輸入端子IV，9.連續可控變壓器鐵芯， 10.過壓保護電路I，11.交流控制電源I，12.控制電路I，13.過壓保護電路II，14.交流控制電源II，15.控制電路II。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。
實施例1 —種連續可控變壓器的拓撲結構與連接方式如圖1所示。圖2a為連續可控變壓器的主體鐵芯的正視圖；圖2b為連續可控變壓器的主體鐵芯的側視圖；圖2c為連續可控變壓器的主體鐵芯的俯視圖。連續可控變壓器鐵芯有5根柱子，一根中心柱，四根邊柱，5 根柱子間相互平行，呈十字型排列；5根柱子兩頭有十字形橫梁構成磁通迴路，邊柱I、中心柱、邊柱II的橫梁在一個條直線上，邊柱III、中心柱、邊柱IV的橫梁在另一個條直線上，兩條直線在中心柱軸心相互垂直；邊柱I、邊柱II分別在中心柱兩側，並以中心柱兩側對稱； 邊柱III、邊柱IV分別在中心柱另兩側，並以中心柱兩側對稱；邊柱I、邊柱II、邊柱III、邊柱IV截面積相等，邊柱I、邊柱II截面積之和等於中心柱截面積，邊柱III、邊柱IV截面積之和等於中心柱截面積(即各邊柱面積為中心柱面積一半)；中心柱子有交流線圈Li，交流線圈L2，邊柱I有交流線圈L3、直流線圈L5，邊柱II有線圈交流L4、直流線圈L6，邊柱III 有直流線圈L7，邊柱IV有直流線圈L8 ；交流線圈L2的兩個端子為連續可控變壓器輸出端子13和連續可控變壓器輸出端子114。
所述交流線圈Ll的同名端為交流電源的一個連續可控變壓器輸入端子Il ；交流線圈Ll的異名端與交流線圈L3的同名端連接，交流線圈L3的異名端與交流線圈L4的同名端連接，交流線圈L4的異名端為交流電源的另一個連續可控變壓器輸入端子112。交流線圈Ll的匝數應滿足在交流線圈Ll兩端加額定電壓時，中心柱鐵芯不飽和。
直流線圈L5的同名端與直流線圈L6的同名端連接，直流線圈L5的異名端與直流線圈L6的異名端分別為直流電流輸入端子15和直流電流輸入端子116 ；直流線圈L7的同名端與直流線圈L8的同名端連接，直流線圈L7的異名端與直流線圈L8的異名端分別為直流電流輸入端子III7和直流電流輸入端子IV8 ； 交流控制電源111經反向並聯的一對晶閘管D5、晶閘管D6連接到第一全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出端連接直流電流輸入端子15和直流電流輸入端子116， 並形成閉合迴路，晶閘管D5、晶閘管D6還與相應的控制電路112連接；交流控制電源1114 經反向並聯的另一對晶閘管D11、D晶閘管12連接到第二全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出端連接直流電流輸入端子III7和直流電流輸入端子IV，並形成閉合迴路，晶閘管 D11、晶閘管D12還與相應的控制電路II15連接 邊柱I與邊柱II對於中心柱對稱，所以邊柱I與邊柱II的交流磁通相等，所述交流線圈L3與交流線圈L4的匝數相等，直流線圈L5與直流線圈L6的匝數相等；兩個邊柱的交流磁通在直流線圈L5與直流線圈L6產生的交流電壓大小相等，方向相反。連續可控變壓器直流線圈上的交流感應電動勢不會對直流線圈L5與直流線圈L6直流迴路產生影響。 當直流線圈L5與直流線圈L6流入直流電流時，所述直流線圈L5與直流線圈L6產生的直流磁通只在邊柱I與邊柱II之間的閉合磁通迴路流通，不會流到中心柱和其他邊柱中。
邊柱III與邊柱IV對於中心柱對稱，所以邊柱III與邊柱IV的交流磁通相等，直流線圈L7與直流線圈L8的匝數相等；兩個邊柱的交流磁通在直流線圈L7與直流線圈L8 產生的交流電壓大小相等，方向相反。連續可控變壓器直流線圈上的交流感應電動勢不會對直流線圈L7與直流線圈L8直流迴路產生影響。當直流線圈L7與直流線圈L8流入直流電流時，所述直流線圈L7與直流線圈L8產生的直流磁通只在邊柱III與邊柱IV之間的閉合磁通迴路流通，不會流到中心柱與其他邊柱的鐵芯。
當連續可控變壓器直流線圈L5與直流線圈L6電流為零，且直流線圈L7與直流線圈L8電流最大，邊柱III與邊柱IV深度飽和時，連續可控變壓器輸入的交流電壓Un加在交流線圈Li、交流線圈L3、交流線圈L4上。勵磁電流流過交流線圈Li、交流線圈L3與交流線圈L5。交流線圈Ll在中心柱產生的磁通，分別從邊柱I與邊柱II流回，不會流入邊柱 III與邊柱IV。各邊柱的截面積為中心柱的一半，通等線圈匝數，交流電壓減小一半。所述連續可控變壓器鐵芯中心柱子有線圈L2，交流線圈L2的兩個端子為連續可控變壓器交流輸出端子。交流線圈L2的輸出電壓U = Un*N2/(N1+N3) = nUN ；其中連續可控變壓器最小變比 η = Ν2/(Ν1+Ν3)。
如果直流線圈L5與直流線圈L6直流電流足夠大，邊柱I與邊柱II深度飽和；直流線圈L7與直流線圈L8電流為零。連續可控變壓器輸入的交流電壓Un加在交流線圈Li、 交流線圈L3、交流線圈L4上，勵磁電流流過交流線圈Li、交流線圈L3與交流線圈L4。 由於連續可控變壓器邊柱I與邊柱II深度飽和，交流線圈Ll在中心柱產生的磁通不從邊柱I與邊柱II流回，而是流入邊柱III與邊柱IV，從邊柱III與邊柱IV返回。由於連續可控變壓器邊柱I與邊柱II深度飽和，交流線圈L3與交流線圈L4的交流磁通很小，交流線圈L3與交流線圈L4的交流電壓很小，連續可控變壓器輸入的交流電壓Un幾乎全部加在交流線圈Ll上。所述連續可控變壓器鐵芯中心柱子有線圈L2，交流線圈L2的兩個端子為連續可控變壓器交流輸出端子。交流線圈L2的輸出電壓U = Un*N2/N1 = mUN，其中連續可控變壓器最大變比m = N2/N1。
交流控制電源111為電壓源時，交流控制電源111串聯一對反向並聯的晶閘管D5 和晶間管D6後連接由二極體D1、二極體D2、二極體D3、二極體D4構成的全橋整流電路的輸入端，全橋整流電路的輸出端連接直流電流輸入端子15和直流電流輸入端子116，形成閉合迴路；如圖1所示。
交流控制電源111為電流源時，交流控制電源111並聯一對反向並聯的晶閘管D5 和晶間管D6後連接由二極體D1、二極體D2、二極體D3、二極體D4構成的全橋整流電路的輸入端，全橋整流電路的輸出端連接直流電流輸入端子15和直流電流輸入端子116，形成閉合迴路。
所述第一全橋整流電路的輸出端並聯電容Cl和過壓保護電路I ；所述第二全橋整流電路輸出端並聯電容C2和過壓保護電路II。可使直流電流更平穩，並吸收脈衝幹擾電壓，保護整流電路。
控制電路112，它的兩個輸出端分別連接兩反向並聯的晶閘管D5、晶閘管D6的觸發端。晶閘管D5和晶閘管D6兩端為工頻電壓；控制電路112可從0°至180°範圍連續控制兩晶閘管的導通量；晶閘管D5和晶閘管D6的觸發角小時，晶閘管D5和晶閘管D6的導通量大；晶閘管D5和晶閘管D6的觸發角大時，晶閘管D5和晶閘管D6的導通量小。控制電路 112連續控制晶閘管D5與晶閘管D6的導通量，可以連續控制直流線圈L5和直流線圈L6直流電流的大小。
同理，控制電路1114可以按照與上述方式完全相同的方式，通過控制晶閘管D11、 晶閘管D12的導通量，從而連續控制直流線圈L7和直流線圈L8直流電流的大小。
當控制電路112的觸發晶閘管D5和晶閘管D6全關斷，直流線圈L3與直流線圈L4 的直流電流為零；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯不飽和；當控制電路1115的觸發晶閘管Dll和晶閘管D12全導通，直流線圈L7與直流線圈L8的直流電流為最大；直流線圈L7 與直流線圈L8所在鐵芯深度飽和；交流線圈L2的輸出電壓為連續可控變壓器最小值。
當控制電路112和控制電路1115逐步改變各晶閘管的觸發角時，晶閘管D5和晶閘管D6逐步加大導通量，直流線圈L3與直流線圈L4中直流電流逐漸加大；晶閘管Dll和晶閘管D12逐步減小導通量，直流線圈L7與直流線圈L8中直流電流逐漸減小；交流線圈L2 的輸出電壓逐漸加大。
當控制電路112觸發晶閘管D5和晶閘管D6全導通，直流線圈L3與直流線圈L4流過設計的最大直流電流；直流線圈L3與直流線圈L4所在鐵芯深度飽和；當控制電路1115 的觸發晶閘管Dll和晶閘管D12全關閉，直流線圈L7與直流線圈L8的直流電流為零；直流線圈L7與直流線圈L8所在鐵芯不飽和；交流線圈Ll產生的交流磁通流到邊柱I與邊柱II 很少，全部流入邊柱III與邊柱IV。交流線圈L2的輸出電壓為連續可控變壓器最大值。
連續可控變壓器的輸入埠與輸出埠對調，也是可以使用的。
把交流線圈L2分為相等的兩個線圈分別安裝在邊柱I與邊柱II上，兩個線圈可串聯，也可並聯；連續可控變壓器也是可以使用的。
把交流線圈L2分為相等的兩個線圈分別安裝在邊柱III與邊柱IV上，兩個線圈可串聯，也可並聯；連續可控變壓器也是可以使用的。
為了方便連續可控變壓器鐵芯的製造，連續可控變壓器鐵芯也可採用圖3所示結構。
實施例2 在本實施例中，有交流線圈Ll的匝數等於交流線圈L3的匝數。
當連續可控變壓器直流線圈L5與直流線圈L6電流為零，且直流線圈L7與直流線圈L8電流也為零時。交流線圈L2的輸出電壓為零。
當連續可控變壓器直流線圈L5與直流線圈L6電流為零，且直流線圈L7與直流線圈L8電流從零開始增大。交流線圈L2的輸出電壓從零增大至最大輸出電壓的一半。
當連續可控變壓器直流線圈L5與直流線圈L6電流從最大逐漸降為零，且同時，直流線圈L5與直流線圈L6的電流在從零逐漸增至最大時，交流線圈L2的輸出電壓從最大輸出電壓的一半逐漸增大至最大輸出電壓。
連續可控變壓器可實現柔性分合器功能，可實現短路電流限制器功能。
本發明可用現有技術設計製造，完全可以實現。有廣闊應用前景。
權利要求
1.一種連續可控變壓器，其特徵是，它包括一個連續可控變壓器鐵芯，鐵芯包括5根十字形排列的柱子，其中一個中心柱，四個邊柱，5根柱子間相互平行；5根柱子通過十字形橫梁構成磁通迴路；邊柱I、邊柱II、邊柱 III、邊柱IV截面積相等，邊柱I、邊柱II面積之和等於中心柱截面積，邊柱III、邊柱IV截面積之和等於中心柱截面積；中心柱子設有交流線圈Li，交流線圈L2 ；邊柱I設有交流線圈L3、直流線圈L5 ；邊柱II設有線圈交流L4、直流線圈L6 ；邊柱III設有直流線圈L7 ；邊柱IV設有直流線圈L8 ；交流線圈L2的兩個端子為連續可控變壓器交流輸出端子；直流線圈L5的同名端與直流線圈L6的同名端連接，直流線圈L5的異名端與直流線圈 L6的異名端分別為直流電流輸入端子I和直流電流輸入端子II ；直流線圈L7的同名端與直流線圈L8的同名端連接，直流線圈L7的異名端與直流線圈L8的異名端分別為直流電流輸入端子III和直流電流輸入端子IV ；交流控制電源I經反向並聯的一對晶閘管D5、晶閘管D6連接到第一全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出端連接直流電流輸入端子I和直流電流輸入端子II，並形成閉合迴路，晶閘管D5、晶閘管D6與相應的控制電路I連接；交流控制電源II經反向並聯的另一對晶間管D11、晶間管D12連接到第二全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出端連接直流電流輸入端子III和直流電流輸入端子IV，並形成閉合迴路，晶閘管D11、晶閘管D12與相應的控制電路II連接。
2.如權利要求1所述的連續可控變壓器，其特徵是，所述交流線圈Ll的同名端為連續可控變壓器輸入端子I ；交流線圈Ll的異名端與交流線圈L3的同名端連接，交流線圈L3的異名端與交流線圈L4的同名端連接，交流線圈L4的異名端為交流電源的連續可控變壓器輸入端子II。
3.如權利要求1所述的連續可控變壓器，其特徵是，所述交流線圈L3與交流線圈L4的匝數相等，直流線圈L5與直流線圈L6的匝數相等；直流線圈L7與直流線圈L8的匝數相等；交流線圈Ll的匝數應滿足在交流線圈Ll兩端加額定電壓時，中心柱鐵芯不飽和。
4.如權利要求1所述的連續可控變壓器，其特徵是，所述直流線圈L5與直流線圈L6產生的直流磁通只在邊柱I與邊柱II之間的閉合磁通迴路流通，不會流到中心柱與其他邊柱的鐵芯；直流線圈L7與直流線圈L8產生的直流磁通只在邊柱III與邊柱IV之間的閉合磁通迴路流通，不會流到中心柱與其他邊柱的鐵芯。
5.如權利要求1所述的連續可控變壓器，其特徵是，所述控制電路I的兩個輸出分別連接反向並聯的晶閘管D5與晶閘管D6的觸發端，控制電路I連續控制晶閘管D5與晶閘管 D6的導通量，從而連續控制直流線圈L5和直流線圈L6直流電流的大小；所述控制電路II的兩個輸出分別連接反向並聯的晶閘管Dll與晶閘管D12的觸發端， 控制電路II連續控制晶閘管Dll與晶閘管D12的導通量，從而連續控制直流線圈L7和直流線圈L8直流電流的大小。
6.如權利要求1所述的連續可控變壓器，其特徵是，所述第一全橋整流電路的輸出端並聯電容Cl和過壓保護電路I ；所述第二全橋整流電路輸出端並聯電容C2和過壓保護電路II。
全文摘要
本發明公開了一種連續可控變壓器。一個連續可控變壓器鐵芯，鐵芯包括5根十字形排列的柱子，其中一個中心柱，四個邊柱，5根柱子間相互平行；5根柱子通過十字形橫梁構成磁通迴路；中心柱子有交流線圈L1，交流線圈L2，邊柱I有交流線圈L3、直流線圈L5，邊柱II有線圈交流L4、直流線圈L6，邊柱III有直流線圈L7，邊柱IV有直流線圈L8；線圈L5的同名端與線圈L6的同名端連接；直流線圈L7的同名端與直流線圈L8的同名端連接，交流控制電源I經反向並聯的一對晶閘管連接到第一全橋整流電路輸入端；交流控制電源II經反向並聯的另一對晶閘管連接到第二全橋整流電路輸入端，該全橋整流電路輸出連接端子III和端子IV。
文檔編號H02P13/00GK102185553SQ20111008939
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者李曉明 申請人:山東大學