三繞組補償型交流穩壓裝置製造方法
2023-10-05 19:46:54 2
三繞組補償型交流穩壓裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三繞組補償型交流穩壓裝置，解決了現有的調壓方式採用兩組鐵心並且有多分接抽頭使其調壓精度受局限的問題。在每相的一隻補償繞組與兩隻調節繞組共同套裝在一個鐵心柱上而成互為原、付邊的繞組及磁路耦合條件下，用電容器與開關型的調壓器共同構成包含自耦調壓、補償隔離技術在內的交流穩壓電路而進行三相及雙極性的電壓調節；三個補償繞組Wa1、Wb1、Wc1的電壓值及極性隨兩組調節繞組而變，在Wa2、Wb2、Wc2三隻調節繞組受D1-D6整流橋及T1管子控制，可使補償繞組以升壓形式改變輸出電壓；兩隻調節器是將三相交流電壓經三相整流變成直流，再用T1或T2可關斷電力電子器件及PWM方式進行直流電壓的調節，本實用新型具有電壓波形畸變小結構簡單的優點。
【專利說明】三繞組補償型交流穩壓裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於交流穩定電源及變壓器領域，特別涉及一種三繞組補償型交流穩壓裝置。
【背景技術】
[0002]目前，市場上的三相電力穩壓器屬於大功率補償型交流穩壓電源，由三相調壓器、補償變壓器、伺服電機及傳動機構、採樣檢測與控制電路等部分組成。其補償變壓器的次級繞組串聯在供電線路中，通過改變其初級繞組上電壓的大小和極性，來改變補償電壓的大小和極性；三相調壓器是三相柱式自耦變壓器，藉助於伺服電機帶動碳刷沿圓筒式繞組的裸露部分上下滑動，從而調節輸出電壓的大小和極性。這種電壓調節方式不僅結構複雜而且反應較慢，其兩個電磁器件也必來帶來損耗較大的問題。中國專利雙曲折接線移相調壓器(00235152.8)，採用兩組三相鐵芯、三個原邊繞組和三個組合調壓繞組，利用三個組合調壓繞組的自耦作用使得原邊繞組發生相位轉移和數值變化，並使兩兩串聯的副邊繞組從負一零一正範圍的電壓變化，從而得到穩定的電壓。這種調壓方式仍然要用兩組鐵心，並且其三至十五個分接抽頭使其調壓精度有所局限。設法用一組三相鐵心及繞組進行大功率及連續的調節，涉及到在自耦調壓技術基礎上對包括開關型交流穩壓在內的多種交流調壓技術進行組合的問題。
【發明內容】
[0003]本發明旨在提供一種僅用一組三相鐵心同時進行電壓調節與電壓補償，並用以一控三的調節器對星形接線繞組的三個中性端進行連續調節的三繞組補償型交流穩壓裝置。
[0004]本發明的三繞組補償型交流穩壓裝置的技術方案是:採用三相鐵心，補償繞組、調節繞組、電容器、調節器和檢測控制器等器件構成，所述的三相補償繞組Wal、Wbl、Wcl與三相兩組調節繞組Wa2與Wa3、Wb2與Wb3、Wc2與Wc3套裝在三相鐵心的三個心柱上，並將每相的一隻補償繞組與兩隻調節繞組按照Wa2末端與Wal首端相聯並引出A2端，Wa3首端與Wal末端相聯並引出A3端，Wb2未端與Wbl首聯相聯並引出B2端，Wb3首端與Wbl末端相聯並引出B3端，Wc2末端與Wcl首端相聯並引出C2端，Wc3首端與Wcl未端相聯並引出C3端，每相的三隻繞組以相同的首端方向分別進行聯接；三隻(組)電容器C01、C02、C03依次聯接於Wa2首端與Wb3末端、Wb2首端與Wc3末端；Wc2首端與Wa3末端。調節器分別用六隻整流管聯成三相整流橋，並在其直流兩端以正極接正端方式聯接一隻可關斷電力電子器件Tl或T2，其中D1-D6整流橋的三個輸入端聯接於Wa2、Wb2、Wc2三個繞組的首端，D7-D12整流橋的三個輸入端聯接於Wa3、Wb3、Wc3三個繞組的末端，分別用Tl或T2及其PWM方式進行電壓調節。
[0005]進一步地，所述的調節繞組每相有相同匝數的兩隻繞組，補償繞組與調節繞組的線圈匝數比為1:4-9 ;所述的電容器C01、C02、C03的額定電壓值選擇為調節繞組最大電壓(有效值)的2倍值，電容器電流與調節繞組最大電流(有效值)選擇為1-3:3的比例；所述的調節器的Tl與T2用IGBT (絕緣柵雙極電晶體)或GTO (門極關斷晶閘管)，並用頻率為5-1OKHZ的三角形載波與直流電壓比較而進行PWM控制(脈寬調製)。
[0006]本發明的工作原理是:在每相的一隻補償繞組與兩隻調節繞組共同套裝在一個鐵心柱上而成互為原，付邊的繞組及磁路耦合條件下，再用電容器與開關型的調壓器共同構成包含自耦調壓、補償隔離技術在內的交流穩壓電路而進行三相及雙極性的電壓調節；三個補償繞組Wal、Wb1、WcI的電壓值及極性隨兩組調節繞組而變，在Wa3、Wb3、Wc3三隻調節繞組受D7-D12整流橋及T2管子的控制，其繞組電壓可從零至額定相電壓之間變化，補償繞組以降壓形式改變輸出電壓，在Wa2、Wb2、Wc2三隻調節繞組受D1-D6整流橋及Tl管子控制，可使補償繞組以升壓形式改變輸出電壓；兩隻調節器是將三相交流電壓經三相整流變成直流，再用Tl或T2可關斷電力電子器件及PWM方式進行直流電壓的調節，其三角形載波頻率為3-10KHZ、同直流電壓量比較後形成各脈寬相等的控制信號，可隨其導通脈衝寬度的逐漸增加，使得交流輸入端的電壓逐漸減少；兩組三相調節繞組分別是中性端斷開的三相星形接線，並在其三個中性端聯接三相整流橋進行電壓調節，例如在Wa2與Wb2兩調節繞組首端相對其它繞組的電壓量較大時，將形成Wa2-D5-Tl-D6-Wb2的通流迴路，並隨Tl管脈衝寬度的逐漸增大，其兩個調節繞組首端的電壓有效值逐漸減少，在Tl管子全導通時，兩繞組首端的電壓值為零，從而使調節繞組的電壓有效值達到電源的相電壓值；隨A2、B2、C2三端交流電壓的變化，三個調節繞組經Dl或D3或D5而至Tl管子，再經D2或D4或D6，依次以間隔η/3且通流2/3 π電角度的規律進行換流，並利用三相鐵心柱對各相繞組的磁路耦合與電容器的濾波作用使各繞組形成幅值變化的正弦波電壓；可關斷器件Tl (Τ2)的PWM快速通斷方式勢必要造成諧波電壓，並且在其沒有設置反饋整流的條件下還要形成其難以關斷的問題，與其配套的C01、C02、C03三隻電力電容器既有對繞組中的感性能量進行內補償，還有以其交叉聯接方式對各繞組產生的諧波電壓進行消除的功能，在某一時段的Tl(Τ2)管子瞬間關斷時，流經繞組中的感性電流便經由所聯的電容器形成通流迴路，並以此感性與容性而種電磁能量的輪徊傳遞使其兼有調節無功功率(功率因數)的功能；在一個補償繞組分別相接兩隻調節繞組，並用交叉方式聯接電容器構成的組合接線，為整流後再用可關斷器件對直流電壓進行調節提供了可靠的換流條件，其電容器的電壓有效值隨調節器的控制在線電壓至2倍相電壓值的範圍內變化；在每相的補償繞組與兩個調節繞組串聯，三相繞組的中性端解開而聯接於調節器的三相整流橋時，便形成了以一控三(六)的用一隻可關斷器件對三相繞組進行電壓調節的條件，並用三隻電容器能夠形成第二條電流通路的特點，使得脈寬調製的Tl或Τ2管子能夠快速地進行通一斷，從面將三相繞組的電壓調節簡單化。
[0007]本發明較三相晶閘管調壓技術具有電壓波形畸變較小，較電刷滑動的補償穩壓技術具有結構簡單與造價低的優點，並以其交一直的電壓調節中同時進行無功補償的特點有助於交流穩壓的技術進步。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是三繞組補償型交流穩壓技術的主迴路接線圖。
【具體實施方式】[0009]實施例1
[0010]採用80KVA乾式變壓器的三相柱式鐵心製作補償與調節共用的調壓器，其主要技術指標為:三相輸入電壓為304— 456V ;輸出容量320KVA ;響應時間小於20ms ;波形失真度小於3% ;損耗1%(平均值);功率因數提高0.1 (平均值)。其補償繞組按44V設計，Wa2、Wb2、Wc2三隻調節繞組(升壓)176V設計，Wa3、Wb3、Wc3三隻調節繞組(降壓)按220V設計，三組繞組的設計容量相等。三隻(組)電容器C01、C02、C03選用460-500V額定電壓的單相電力電容器，三隻電力電容器的額定容量為穩壓器容量的15%—20 %。各繞組的套裝順序採用補償繞組為內圈(靠近心柱)、調節繞組為中圈及外圈，依次將每相的三隻筒式線圈套裝在三個心柱上，其繞組設計，製作亦採用常規的技術規範。繞組的聯接方式為:Wa2末端與Wal首端相聯並引出A2端，Wa3首端與Wal末端相聯並引出A3端，Wb2末端與Wbl首端相聯並引出B2端，Wb3首端與Wbl末端相聯並引出B3端，Wc2末端與Wcl首端相聯並引出C2端，Wc3首端與Wcl末端相聯並引出C3端，每相的三隻繞組以相同的首端方向串聯而成分別具有四個接線端的接線方式；三隻(組)電容器C01、C02、C03依次聯接於Wa2首端與Wb3末端、Wb2首端與Wc3末端、Wc2首端與Wa3末端的三對端子之間；調節器分別用六隻整流管聯成三相整流橋，並在其直流兩端以正極接正端方式聯接IGBT管子(絕緣柵雙極電晶體)，其中Dl-D6整流橋的三個交流輸入端聯接於Wa2、Wb2、Wc2三個繞組的首端，D7 — D12整流橋的三個交流端聯接於Wa3、Wb3、Wc3三個繞組的末端，並用PWM進行控制。
[0011]D1-D6及Tl構成的調節器在三相輸入交流線電壓有效值低於380V或設定輸出值時進入工作，D7—D12及T2構成的調節器在高於設定輸出值(380±1—5% V)時進入工作，兩者不能同時工作。三隻(組)電容器既使在兩個調節器均未進入工作狀況時也能分別經由調節繞組與補償繞組構成的迴路而具有接近於線電壓數值的電壓，例如COl電容器可經由A2—Wa2—CO I—Wb3—Wb I—B2構成通流迴路；在調節的Tl或T2管子進入PWM工作時，其電容器電壓的數值略有升高而接近於2倍相電壓值，用其一方面對負載的感性功率進行平衡，還用其對PWM控制時產生的諧波電壓進行濾波而使其為正弦波，也能利用其在六隻整流管的交替換流中為調節繞組提供通流迴路。
[0012]交替工作的Tl或T2的IGBT管子採用三角形的8KHZ的載波頻率與JC採樣檢測器給出的控制信號進行比較，JC從A3、B3、C3、0四個輸出端點採樣，經整流濾波後與基準電壓的上限和下限比較，輸出控制信號，進而控制Tl或T2管，一直到穩壓器輸出接近額定值為止。
【權利要求】
1.一種三繞組補償型交流穩壓裝置，包括三相鐵心、補償繞組、調節繞組、電容器、調節器和檢測控制器，其特徵在於:所述的三相補償繞組Wal、Wbl、Wcl與三相兩組調節繞組Wa2與Wa3、Wb2與Wb3、Wc2與Wc3套裝在三相鐵心的三個心柱上，並將每相的一隻補償繞組與兩隻調節繞組按照Wa2末端與Wal首端相聯並引出A2端，Wa3首端與Wal末端相聯並引出A3端，Wb2末端與Wbl首端相聯並引出B2端，Wb3首端與Wbl末端相聯並引出B3端，Wc2末端與Wcl首端相聯並引出C2端，Wc3首端與Wcl末端相聯並引出C3端，每相的三隻繞組以相同的首端方向分別進行聯接；三隻電容器C01、C02、C03依次聯接於Wa2首端與Wb3末端、Wb2首端與Wc3末端；Wc2首端與Wa3末端，調節器分別用六隻整流管聯成三相整流橋，並在其直流兩端以正極接正端方式聯接一隻可關斷電力電子器件Tl或T2，其中D1-D6整流橋的三個輸入端聯接於Wa2、Wb2、Wc2三個繞組的首端，D7-D12整流橋的三個輸入端聯接於Wa3、Wb3、Wc3三個繞組的末端，分別用Tl或T2及其PWM方式進行電壓調節。
2.根據權利要求1所述的一種三繞組補償型交流穩壓裝置，其特徵在於，所述的調節繞組每相有相同匝數的兩隻繞組，補償繞組與調節繞組的線圈匝數比為1:4-9 ;所述的電容器C01、C02、C03的額定電壓值選擇為調節繞組最大電壓的2倍值，電容器電流與調節繞組最大電流選擇為1-3:3的比例；所述的調節器的Tl與T2用絕緣柵雙極電晶體或門極關斷晶閘管，並用頻率為5-10KHZ的三角形載波與直流電壓比較而進行脈寬調製控制。
【文檔編號】G05F1/253GK203588102SQ201320743490
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月23日 優先權日:2013年11月23日
【發明者】劉濤, 劉建平, 郝朝虹 申請人:國家電網公司, 國網山西省電力公司忻州供電公司