交流变相、变压器及其输变电方法

专利名称：交流变相、变压器及其输变电方法
技术领域：
本发明涉及输送交流电的变压器及其交流电的输变方法。
背景技术：
公知的三相交流电的输送方法是使用三相变压器，在高压侧以三相三线、在低压侧以三相四线的方式来进行。其主要优点是三相变压器其铁芯横截面较小、结构简单、紧凑、造价低；且其输电导线仅须用三条而无须六条。但也存在一些欠缺，主要有1.长距离输电时还是用三条导线输电，其线路的架空及设施费用相对较高；2.在变压器及输电线路上皆存在‘相间’电压，相对地不利于提高输变电压。

发明内容
本发明旨在提供一种既能改变电压、又能改变相数的交流变相、变压器，以克服上述缺点对发电和用电而言，仍皆是三相交流电，而在变压器的高压侧以单相的方式来进行输变电。一方面可利用大地作回路，实现单一条电线来输电(到达用电端，又变回符合供电要求的三相电)，相对地降低输电线的架空及设施费用；另一方面，在变压器及输电线路上因不存在‘相间’电压，绕组数目减小，有利于提高输变电压，从而有利于减少输电导线的横截面、减少输电线的用量、相对地降低输电成本。本发明的目的是这样来实现的以‘三相/三相’——‘单相/两相’——‘两相/三相’三种变相、变压器配套来进行三相交流电的输变，其中在高压侧以单相的方式来进行。说明如下上述三种变相、变压器，皆为三个铁芯柱，且横截面积相同；原、副边绕组的功率容
量相等。其中‘三相/三相’变压器，就是现行的三相变压器，分三个方向、分三路向用电端输电；三路输电的电压、电流情形相同。就其中的一路而言，以单相、单线的方式(以大地作同路)进行输电。其中‘单相/两相’变压器由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成。(一)附加的‘励磁器’在圆形铁芯上嵌放原、副边绕组而成，其结构是1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯；环状、套合在外面的为外铁芯；内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组及副边两相绕组。2.原边是单相绕组，分为主、副两个线圈主、副线圈在铁芯上夹90°电角；主线圈直接接单相交流电、副线圈与电容器串联后接单相交流电。3.副边是两相绕组为两相线圈；原边单相绕组的主线圈与副边两相线圈在铁芯上互夹120°电角。当原边单相绕组接单相交流电后，会在铁芯内产生旋转磁场，于是在副边的两相线圈上能感应产生大小相等、夹120°电角的两相交流电。该两相交流电可确保‘主变压器’三个绕组的励磁磁势对称平衡(大小相等、互夹120°电角)。(二)‘主变压器’的组成情况是其原边为单相绕组、在中芯柱上，接单相交流电；其副边为两相绕组在两个边芯柱上；两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组接‘励磁器’供出的两相励磁交流电。当‘主变压器’的原边绕组接单相交流电、附加的两相励磁绕组接两相励磁交流电后，就相当于接上了三相交流电，虽然三相电压不相等，但能够做到使其三个绕组的励磁磁势对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故在三个铁芯柱内会产生对称平衡的三相磁通；于是在‘主变压器’的副边绕组上能感应产生大小相等、夹120°电角的两相交流电。其中‘两相/三相’变压器，其副边为三相绕组、在三个铁芯柱上；其原边为两相绕组、在两个边芯柱上，原边的两相绕组接从‘单相/两相’变压器副边绕组输出的两相交流电；因该两相交流电大小相等、夹120°电角，故在该变压器三个铁芯柱内会产生对称平衡的三相磁通；于是该变压器副边的三相绕组能输出对称平衡的三相交流电。本发明的主要优点是1.在长距离输电时，在变压器的高压侧以单相、单线的方式来进行输送，降低输变电成本费用。2.在变压器及输电线路上因不存在‘相间’电压，相对地有利于提高输变电压，从而有利于减少输电导线的横截面、减少输电线的用量、降低输电成本。3.变压器上的绕组数目减少，相对而言更有利于变压器的绝缘，结构更简单、紧
凑一些。


下面结合附图以实施例来对本发明在实施方式上作进一步说明。附图1是第一种输变电方案的电路图。附图2是第一种输变电方案的各变压器图。附图3是变压器4附加的‘励磁器’的结构图，左边是其电路图。附图4是变压器4附加的两相励磁绕组接线图。附图5是第一种输变电方案中4的电压、磁通矢量图。附图6是第一种输变电方案中 的电压、磁通矢量图。附图7是第一种输变电方案中 的电压、磁势、电流矢量图。附图8是第一种输变电方案中B2的磁势、电流矢量图。附图9是第二种输变电方案的电路图。附图10是第二种输变电方案的各变压器图。附图11是变压器B4附加的‘励磁器’的结构图，左边是其电路图。附图12是第二种输变电方案中B4的电压、磁通矢量图。附图13是第二种输变电方案中B4的电压、磁通矢量图。附图14是第二种输变电方案中B4的电压、磁势、电流矢量图。附图15是第二种输变电方案中B4的磁势、电流矢量图。附图16是第三种输变电方案的电路图。附图17是第三种输变电方案的变压器图。附图18是第三种输变电方案中&的电压、磁通矢量图。附图19是第三种输变电方案中&的电压、磁通矢量图。附图20是第三种输变电方案中&的电压、磁势、电流矢量图。附图21是第四种输变电方案的电路图。附图22是第四种输变电方案的变压器图。附图23是第四种输变电方案中 的电压、磁通矢量图。附图M是 副边所接、呈Δ接法的三相负载电路图。附图25是 副边所接、呈Δ接法的三相负载的其电压、电流矢量图。附图26是第四种输变电方案中 的电压、磁势、电流矢量图。附图27是第五种输变电方案的电路图。附图观是第五种输变电方案的各变压器图。附图四是第五种输变电方案中B7的电压、磁通矢量图。附图30是变压器&附加的‘励磁器’的结构图，左边是其电路图。附图31是第五种输变电方案中&的电压、磁通矢量图。附图32是&副边绕组为‘串联’的‘V形’接法电路图。附图33是&副边绕组为‘并联’的‘V形’接法电路图。附图34是&副边绕组为‘X形’接法电路图。附图35是&副边绕组为‘X形’接法时，其各种电压的矢量图。附图36是第五种输变电方案中&的电压、磁势、电流矢量图。
具体实施例方式为简化分析、便于阐述，设各实施例、各变压器、各铁芯柱的横截面相同(变压器铁芯柱的横截面若不相同，在实施例中再作说明)，原、副边绕组匝数皆相同。这样一来，在下面的分析中因各变压器、各铁芯柱内的磁通皆相同(变压器铁芯柱的磁通若不相同，在实施例中再作说明)，故铁芯柱上各绕组的电压关系就会显得简单、易述；在无说明时，则表示它们相等。在分析磁势、电流关系时，无须考虑其匝数，只须考虑其电流关系即可。第1个实施例——第一种输变电方案该输变电方案，以‘三相/三相’——‘单相/两相’——‘两相/三相’三种变压器配套来进行三相交流电的输变；其中在高压侧以单相、单线的方式(以大地作回路)来进行。附图1是第一种输变电方案的电路图，附图2是第一种输变电方案的各变压器图。(一 )电压情况1.在变压器B1上在附图1、附图2中，B1是‘三相/三相，变压器其原边为三相绕组A1Q、B1Q、C1Q，其副边为三相绕组aXl、byi、Cz1对应地在三个铁芯柱上。从变压器&副边绕组aXl、byi、CZl输出的三相交流电，分三个方向、分三路向用电端输电，三路的输电电压、电流情形相同。下面仅述绕组3^这一路，它输出单相交流电压Uaxl，是以单相、单线的方式(以大地作回路)对变压器化供电。2.在变压器化上在附图1、附图2中，化是‘单相/两相’变压器，它由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成。‘主变压器’其原边为单相绕组aXl在中芯柱上、接B1输出的单相交流电压Uaxl ；其副边为两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)，在两个边芯柱上；两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)相当于从Δ接法的三相绕组cz2、aX2、by2中拆除中芯柱上的一相绕组by2而成(为图示清晰，在附图2中将它们画在磁轭上)；它能输出大小相等、夹120°电角的两相交流电压U。b2、Ua。2，这是因为在两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组C0、a0，该绕组接有‘励磁器’供出的两相励磁交流电U。。、Ua。.附加的‘励磁器’在圆形铁芯上嵌放原、副边绕组而成，其结构如附图3所示。1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯N(附图3中加有‘淡阴影’)，环状、套合在外面的为外铁芯W，内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯N的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组DO、FO及副边两相绕组co、ao.其电路图在附图3的左边。2.原边是单相绕组，分有主、副两个线圈主线圈DO与副线圈FO在铁芯上夹90°电角；主线圈DO直接接单相交流电、副线圈FO与电容器串联后接单相交流电。3.副边是两相绕组为两相线圈C0、a0 ；单相绕组的主线圈DO与两相线圈C0、a0在铁芯上互夹120°电角。当附加的‘励磁器’的原边单相绕组D0、F0接单相交流电后，会在其圆形铁芯内产生旋转磁场，于是在副边的两相线圈co、ao上会感应产生大小相等、夹120°电角的两相交流电压U。。、Ua。.B2 ‘主变压器’上附加的两相励磁绕组C0、a0其接线如附图4所示。当化的原边绕组aXl接单相交流电压Uaxl、而附加的两相励磁绕组co、ao接‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Ua。后，就相当于接上了三相交流电；实际情况中，单相交流电压Uaxl是高压，而‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Ua。是低压，虽然这三相电压不相等，但能够做到使这三个绕组的空载励磁磁势对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故在B2三个铁芯柱内的三相磁通Oal与Φ。2、Φ32会对称平衡；于是在化副边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)上感应产生的两相交流电压U。b2、Ua。2大小相等、夹120°电角。其电压、磁通矢量如附图5所
7J\ ο以Ud表示化原边绕组aXl上的单相交流电压Uaxl，以Uv表示化副边两相绕组cb2、ac2(即CZ2, ax2)上的两相交流电压Ucb2、Uac2 ；因B2三个铁芯柱内的三相磁通Φ3 与Φ。2、Φ32对称平衡，故在磁通数值上Φ31 = Φ。2 = ，又因设变压器4各绕组匝数相同，故Ud=Uv.3.在变压器 上在附图1、附图2中， 是‘两相/三相’变压器其原边为两相绕组cb2、ac2(即CZ2, ax2)，在两个边芯柱上；两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)相当于从Δ接法的三相绕组cz2、aX2、by2中拆除中芯柱上的一相绕组by2而成(为图示清晰，在附图2中将它们画在磁轭上)；该两相绕组接化输出的大小相等、夹120°电角的两相交流电压U。b2、Ua。2。因变压器 原边绕组所接氏输出的两个相电压U。b2、Uac2大小相等、夹120°电角，故 内两个边芯柱内的磁通Φ。2、ΦΑ2大小相等、夹120°电角。而中芯柱内的磁通ΦΒ2=-(0。2+0^，故 三个芯柱内的磁通Φ 、ΦΑ2与ΦΒ2对称平衡(大小相等、夹120°电角)。于是在 的副边绕组c2。、A20, B20上感应产生的三个相电压Uc2、UA2、Ub2对称平衡，其电压、磁通矢量如附图6所示。于是其三个线电压UCA2、Uab2, Ubc2也对称平衡。以Uv表示 原边绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)上的两相交流电压Ucb2、Uac2，以Uy表示 副边三相绕组C2Q、A2Q、Bm上的三相交流电压Uc2、UA2、Ub2 ； SB3三个铁芯柱内的三相磁通①^①旭与①拟对称平衡，故在磁通数值上①。=ΦA2 = ΦΒ2，又因设变压器化各绕组匝数相同，故Uv = Uy.(二)电流情况1.在变压器 上设变压器 副边所接三相负载相同，在 副边三相绕组C2Q、A2Qj2Q输出对称平衡的三个相电压UC2、UA2、UB2的作用下，其副边三相绕组C2Q、A2Q、Bm上三个负载相电流IC2、IA2>Ib2对称平衡。此时，在 原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)上必然同步地产生两相负载电流I。b2、Iac2以平衡磁势。其电压、磁势、电流矢量如附图7所示。在磁势上，副边电流IC2、Ia2与原边电流I。b2、Iac2性相反，与副边电流Ib2性相同。在画IA2、Ic2与Ib2的磁势、电流矢量图时，要以Γ B2( = -ΙΒ2)来代替ΙΒ2.电流I' Β2，在Ic2、Ia2两个矢量方向上皆有磁势作用。在 的C2相磁路中，原边绕组Cb2 (即CZ2)上负载电流Ieb2所产生的磁势为副边绕组cm、B2()上两个负载相电流IC2、IB2所产生的磁势之矢量之和，磁势、电流数值关系式为I' B2cos30° +IC2COS30° = Icb2.在 的A2相磁路中，原边绕组ac2 (即ax2)上负载电流Ia。2所产生的磁势为副边绕组Am、B2()上两个负载相电流IA2、Ib2所产生的磁势之矢量之和，磁势、电流数值关系式为I' B2cos30° +IA2COS30° = Iac2.由其附图7所示的磁势、电流矢量可知=B3原边两相绕组Cb2、ac2(即cz2、ax2)上的负载电流I。b2、Ia。2大小相等，夹60°电角。以Iy来表示副边电流IC2、IA2, IB2,以Iv来表示原边电流I。b2、Ia。2，其磁势、电流关系式是r Ycos30° +IYcos30° = Iv ；因在数值上 I' Y = Ιγ，故 Iv = V 3ΙΥ.2.在变压器化上B3原边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)输入的大小相等、夹60°电角的负载电流Icb2> Iac2,就是4副边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)输出的负载电流I。b2、Iac2.此时，B2原边绕组aXl必然会同步地产生负载电流Iaxl，以平衡I。b2、Iac2所产生的磁势。其磁势、电流矢量如附图8所示。与前述同理，在画磁势、电流矢量图时，要以要以Γ axl( = -Iaxl)来代替Iaxl.因化两个边芯柱上附加的两相励磁绕组C0、a0所接的是‘励磁器’供出的两相励磁交流电，其容量小，仅能供4所需的空载励磁电流，供不出负载电流；而化中芯柱上原边绕组aXl所接的是单相交流电，其容量大，故4原边所需的负载电流就会由它供出。在化原边绕组aXl负载电流Iaxl所产生的磁势为副边两相绕组cb2、ac2负载电流I。b2、Ia。2所产生的磁势之矢量之和。在数值上，磁势、电流关系式为Icb2cos30° +Iac2cos30° = I' axl.以Iv来表示副边电流I。b2、Iac2,以Id来表示原边电流是Γ axl，其磁势、电流关系式是Ivcos30° +Ivcos30° =Γ D ；因在数值上 Γ D = ID，故 Id = V 3IV.3.在变压器B1上B2原边单相绕组aXl输入的负载电流Iaxl，就是B1副边绕组aXl输出的负载电流B1副边，除了输送一相绕组aXl输出负载电流Iaxl之外，还有两相绕组byi、CZ1输出负载电流；设三路输电所接的负载平衡(即相等)，因B1副边绕组aXl、byi、Cz1输出的三相交流电压对称平衡(大小相等、互夹12°电角)，故输出的三相交流电流也对称平衡。(三)绕组电功率传递情况1.在变压器 上设变压器 副边所接的三相负载相同，其功率因数为cos θ ；以P。表示 原边原边绕组cb2 (即Cz2)的电功率，以Pa表示B3原边原边绕组ac2 (ax2)的电功率，以P31表示原边两相绕组cb2、ac2 (即ch、a&)的电功率；以表示副边三相绕组C2Q、A2Q、B2Q的电功率；以Uv表示B3原边两相绕组cb2, ac2 (即CZ2, ax2)的相电压，以Uy表示B3副边的三相绕组C2Q、A2Q、4Q的相电压；以Iv表示 原边两相绕组Clvac2 (即ch、a&)的相电流，以Iy表示B3副边的三相绕组C2Q、A20, B20的相电流。对电感性负载而言，在画电压、电流矢量图时，电流滞后于电压一个电角；该电角是由其功率因数为cos θ所决定的。在附图7中，取cos θ = cos30°，即取θ =30° ；从附图7可见相电流Ia。2与相电压Ua。2夹0°电角，相电流I。b2滞后于相电压U。b260°电角。这说明此时绕组ac2(aX2)上的复合功率因数角为θ - β ( = 30° -30° = 0° )，绕组Cb2 (即CZ2)上的复合功率因数角为θ+β ( = 30° +30° =60° )。θ是一个‘负载，功率因数角，是个变量，其大小由负载的性质所决定；β是‘相移’功率因数角，它是由变压器的结构配合一定的使用方法造成电流的相位变动而形成的，具体来说，它是由于变压器原边绕组缺相所造成的，它是个常量，在这里β Ε 30° .(1) B3原边绕组cb2 (即Cz2)的电功率Pc该绕组复合有功功率是=Icb2Ucb2Cos( θ +30 ° ) = Uv Ivcos ( θ +30 ° )=UvIv(cos30° cos θ -sin30° sin θ )，其中 UvIvcos30° cos θ 是绕组 cb2 (即 cz2)上的有功功率；即 Pc = ( V 3/2) UvIvCos θ ·(2) B3原边绕组ac2 (ax2)的电功率Pa该绕组复合有功功率是Uac2Iac2cOS( θ -30 ° ) = UvIvCos ( θ -30 ° )=Uviv(cos30° cos θ +Sin30° sin θ )，其中 Uvivcos30cos θ 是绕组 ac2(ax2)上的有功功率；BP Pa = ( V 3/2) UvIvCos θ ·(3) B3原边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)的电功率P31B3原边两相绕组的电功率P31为 原边原边绕组(Λ2 (即Cz2)的电功率P。与 原边原边绕组ac2(ax2)的电功率Pa之和，即=P31 = Pc+Pa = 2( V 3/2)UvIvCos θ = V 3UvIvcos θ ·
(4) B3副边三相绕组C2。、A20, B20的电功率P32B3副边三相绕组的电功率P32为副边三相绕组C2Q、A20, B20电功率之和，即=3UYIYcos θ .(5) B3原边两相绕组的电功率P31与副边三相绕组的电功率P32相等P32 = 3UYIYcos θ ；由上述对B3的‘电压情况，分析知Uv = Uy,由上述对B3的‘电流情况’分析知 Iv = ν 3ΙΥ ；故 P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32.也就是说，在不计损耗时，变压器 原、副两边绕组的电功率相等。2.在变压器化上以P21表示化原边单相绕组aXl的电功率，以P22表示化副边两相绕组cb2、ac2 (即CZ2, ax2)的电功率；以Ud表示化原边单相绕组aXl的相电压Uaxl，以Uv表示化副边的两相绕组(A2、ac2(即ch、a&)的相电压U。b2、Ua。2 ；以Id表示 原边单相绕组aXl的电流Iaxl，以Iv表示化副边的两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)的相电流Ι。κ、Iac20变压器化副边两相绕组cb2、ac2 (即(^2、ε 2)的电功率与变压器 原边两相绕组cb2、ac2(即 cz2、ax2)的电功率之情形相同，即 P22 = P31 = V 3UvIvcos θ ·P21 = UdIdCOS θ ；由上述对B2的‘电压情况’分析知Ud = Uv,由上述对B2的‘电流情况，分析知Id = V 3IV ；故P21 = P22.在变压器B3 上:P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32，在变压器 B2 上=P21 = P22
也就是说，在不计损耗时，变压器4原、副两边绕组的电功率相等，且与变压器 原、副两边绕组的电功率相等。(四)与当地三相电源的‘并网’在变压器B1与化之间的高压侧，以单相单线、以大地作回路的方式进行输电，到达用电端，通常会存在当地的三相电源；在这种情况下，‘当地的’与‘输送的’两种电源可‘并网’运行。此时，在变压器化上附加的‘励磁器’，既可以用，也可以不用。1.在变压器化上仍用附加的‘励磁器，在这种情况下，在变压器 副边三相绕组C2Q、A2Q、Bm输出的三个线电压H、Ubc2与当地三相电源的三个线电压‘同步’的‘瞬间’合闸‘并网’即可。2.在变压器化上不用附加的‘励磁器，在这种情况下，将变压器 副边三相绕组C2Q、A20,化。接上当地的三相电源，则变压器 、化各铁芯柱内的磁通及各绕组间的电压，其情形皆与上述相同；当变压器化原边单相绕组aXl上感应产生的单相交流电压Uaxl与变压器B1副边绕组aXl输出单相交流电压Uaxl ‘同步’的‘瞬间’合间‘并网’即可。第2个实施例——第二种输变电方案该输变电方案，以‘三相/三相’——‘单相/两相’——‘两相/三相’三种变压器配套来进行三相交流电的输变；其中在高压侧以单相、单线的方式(以大地作回路)来进行。附图9是第二种输变电方案的电路图，附图10是第二种输变电方案的各变压器图。(一)电压情况1.在变压器B1上在附图9、附图10中的变压器B1已略画，因在这里与第1个实施例中的情形完全相同。从变压器&副边绕组aXl、byi、CZl输出的三相交流电，分三个方向、分三路向用电端输电，三路的输电电压、电流情形相同。下面仅述绕组CZ1这一路，它输出单相交流电压U。zl，是以单相、单线的方式(以大地作回路)对变压器B4供电。2.在变压器B4上在附图9、附图10中，B4是‘单相/两相’变压器，它由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成。本实施例中的变压器B4与第1个实施例中的4相类似，但在结构上有所不同。‘主变压器’其原边为单相绕组Cz1在中芯柱上、接B1输出的单相交流电压Ucz ；其副边为两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)，在两个边芯柱上；两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)相当于以&为结点的、呈Y接法的三相绕组bx2、ax2、cx2，从中拆除中芯柱上的一相绕组cx2，将绕组(^2缩为一个结点& (即c2)，并由该结点抽出引线而成；它能输出大小相等、夹60°电角的两相交流电压Ub。2、Ua。2，这是因为在两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组C0、a0，该绕组接有‘励磁器’供出的两相励磁交流电U。。、Ua。.附加的‘励磁器’在圆形铁芯上嵌放原、副边绕组而成，其结构如附图11所示。
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1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯N(附图11中加有‘淡阴影’)，环状、套合在外面的为外铁芯W，内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯N的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组DO、FO及副边两相绕组co、ao.其电路图在附图11的左边。2.原边是单相绕组，分有主、副两个线圈主线圈DO与副线圈FO在铁芯上夹90°电角；主线圈DO直接接单相交流电、副线圈FO与电容器串联后接单相交流电。3.副边是两相绕组为两相线圈CO、ao在铁芯上夹60°电角；单相绕组的主线圈DO与两相线圈co、ao在铁芯上皆夹150°电角。当附加的‘励磁器’的原边单相绕组D0、F0接单相交流电后，会在其圆形铁芯内产生旋转磁场，于是在其副边的两相线圈c0、a0上感应产生的两相交流电压U。。、Ua。大小相等、夹60°电角，并与单相交流电压皆夹150°电角。B4 ‘主变压器’上附加的两相励磁绕组co、ao其接线如附图10所示。当B4的原边绕组Cz1接单相交流电压U。z、而附加的两相励磁绕组C0、a0接‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Ua。后，就相当于接上了三相交流电；实际情况中，单相交流电压U。z是高压，而‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Uao是低压，虽然这三相电压不相等，但能够使这三个绕组的空载励磁磁势产生这样的磁通两个边芯柱上的磁通①…①八大小相等、夹60°电角，且与中芯柱上的磁通Φ。皆夹150°电角。其电压、磁通矢量如附图12所示。因两个边芯柱上的磁通0。04大小相等、夹60°电角，故在变压器B4副边两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)上感应产生的两相交流电压Ub。2、Ua。2也大小相等、夹60°电角。因Ubc2 = -Ucb2，故从变压器B4副边两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)上输出的两相交流电压u。b2、Uac2大小相等、夹120°电角；与第1个实施中变压器4副边两相绕组cb2、ac2(即α2、 2)上输出的两相交流电压U。b2、Ua。2完全相同，都是大小相等、夹120°电角。因两个边芯柱上的磁通ΦΒ、。4大小相等、夹60°电角，而中芯柱内的磁通Φ。=_(ΦΒ+ΦΑ)，故在磁通数值上Φ。= V 3ΦΒ = V 3Φα ；若保持变压器内各处磁通密度一致，中芯柱的横截面应为边芯柱横截面的V 3倍。以Ud表示B4原边绕组Cz1的单相交流电压Ucz，以Uv表示B4副边两相绕组bc2、ac2(即bx2、ax2)的两相交流电压Ub。2、Uac2 ；因Φ。= V 3ΦΒ = V 3ΦΑ、又因设变压器B4各绕组匝数相同，故Ud = V 3UV.3.在变压器 上在本实施例与第1个实施例中，变压器 的结构完全相同； 原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)上所输入的两相交流电压U。b2、Uac2完全相同，都是大小相等、夹120°电所以，本实施例变压器 的电压与第1个实施例 的情况完全相同在 的副边绕组Cm、A2()、B2()上感应产生的三个相电压Ue2、UA2、UB2对称平衡，其电压、磁通矢量如附图13所示。于是其三个线电压UCA2、UAB2、UBC2也对称平衡。以Uv表示 原边绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)上的两相交流电压U。b2、Uac2，以Uy表示 副边三相绕组C2Q、A20, B20上的三相交流电压Uc2、UA2、Ub2 ；则UV = Uy.()电流情况1.在变压器 上在本实施例与第1个实施例中，变压器 的结构完全相同； 原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)上所输入的两相交流电压U。b2、Uac2也完全相同，都是大小相等、夹120°电角。
所以，本实施例变压器 的电流与第1个实施例 的情况完全相同在 的副边绕组CM、A2()、B2()上三个负载相电流IC2、IA2、IB2对称平衡。其电压、磁势、电流矢量如附图14所示。其B3原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)上的负载电流I。b2、Iac2大小相等，夹60°电角。
以Iy来表示副边电流IC2、IA2, IB2,以Iv来表示原边电流I。b2、Iac2 ；则=Iv = V 3Iy.2.在变压器B4上B3原边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)输入的大小相等、夹60°电角的负载电流Icb2> Iac2,就是B4副边两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)输出的负载电流I。b2、Iac2.因Ibc2 = -Icb2，故B4副边两相绕组bc2、ac2 (即b&、a&)输出的负载电流Ibc2、Iac2大小相等、夹120°电角。此时，氏原边单相绕组Cz1必然会同步地产生负载电流Ie，以平衡Ib。2、Ia。2所产生的磁势。其磁势、电流矢量如附图15所示。与前述同理，在画磁势的电流矢量图时，要以Γ J = -Ie)来代替Ie.因B4两个边芯柱上附加的两相励磁绕组C0、a0所接的是‘励磁器’供出的两相励磁交流电，其容量小，仅能供B4所需的空载励磁电流，供不出负载电流；而B4中芯柱上原边绕组Cz1所接的是单相交流电，其容量大，故B4原边所需的负载电流就会由它供出。在氏原边绕组CZ1负载电流Ie所产生的磁势为副边两相绕组bc2、ac2(即bx2> ax2)负载电流Ib。2、Ia。2所产生的磁势之矢量之和。在数值上，磁势、电流关系式为Ibc2cos60° +Iac2cos60 = I' G.以Iv来表示副边电流Ib。2、Iac2, Ie是原边电流，其磁势、电流关系式是Ivcos60° +Ivcos60° =I' G ；因在数值上 Γ G = Ig，故 Ig = Ιν·3.在变压器&上B4原边单相绕组Cz1输入的负载电流Ie，就是B1副边绕组Cz1输出的负载电流Ie.B1副边，除了输送一相绕组CZ1输出负载电流Ie之外，还有两相绕组byi、CZl输出负载电流；设三路输电所接的负载平衡(即相等)，因B1副边绕组aXl、byi、Cz1输出的三相交流电压对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故输出的三相交流电流也对称平衡。(三)绕组电功率传递情况1.在变压器 上设变压器 副边所接的三相负载相同，其功率因数为cos θ ；以I^1表示原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)的电功率；以P32表示副边三相绕组C2Q、A20, B20的电功率；以Uv表示 原边两相绕组cb2、ac2 (即ch、a&)的相电压，以Uy表示 副边的三相绕组C2Q、A2。、B20的相电压；以Iv表示 原边两相绕组cb2、ac2 (即ch、a&)的相电流，以Iy表示 副边的三相绕组C2Q、A20, B20的相电流。在本实施例与第1个实施例中，变压器 的结构完全相同； 原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)上所输入的两相交流电压U。b2、Uac2也完全相同，都是大小相等、夹120°电角。
本实施例变压器 的电流与第1个实施例 的情况完全相同在 的副边绕组c20> A20, B20上三个负载相电流IC2、IA2、Ib2皆对称平衡(大小相等，互夹120°电角)，在 原边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、aX2)上的负载电流I。b2、Ia。2皆大小相等，夹60°电角。与第1个实施例一样，在这里也存在‘相移’功率因数角β，且β Ε 30° ；所以，在这里与第1个实施例中变压器 绕组电功率的情况完全相同P31 = V 3UvIvcos θ，P32 =3UYIYcos θ ；因 Uv = UY，Iv = V 3IY，故 P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32.也就是说，在不计损耗时，变压器 原、副两边绕组的电功率相等。2.在变压器B4上以P41表示B4原边单相绕组Cz1的电功率，以P42表示B4副边两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)的电功率；以Ud表示B4原边单相绕组Cz1的相电压Uczi，以Uv表示B4副边的两相绕组bc2、ac2(即bx2、ax2)的相电压Ubc2、Uac2 ； Id是 原边单相绕组Cz1的电流，以Iv表示B2副边的两相绕组bc2、ac2 (即bx2、ax2)的相电流Ib。2、Iac20变压器B4副边两相绕组bc2、ac2 (即b&、￡ 2)的电功率与变压器 原边两相绕组cb2、ac2(即 cz2、ax2)的电功率之情形相同，即 P42 = P31 = V 3UvIvcos θ ·P41 = UdIdCOS θ ；由上述对B4的‘电压情况’分析知Ud = V 3UV，由上述对B4的‘电流情况’分析知 Id = Iv ；故 P41 = UdIdCOS θ = V 3UvIvcos θ = P42.在变压器B3 上=P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32，在变压器 B4 上=P41 = P42
—— 32·也就是说，在不计损耗时，变压器B4原、副两边绕组的电功率相等，且与变压器 原、副两边绕组的电功率相等。第3个实施例——第三种输变电方案该输变电方案，以‘三相/三相’——‘单相/三相’两种变压器配套来进行三相交流电的输变；其中在高压侧以单相、单线的方式(以大地作回路)来进行。附图16是第三种输变电方案的电路图，附图17是第三种输变电方案的变压器图。(一)电压情况1.在变压器B1上在附图16、附图17中就不画供电方的变压器B1 了，因这里与第一种输变电方案的变压器B1相同。B1是‘三相/三相’变压器其原边为三相绕组A1Q、B1Q、C1Q，其副边为三相绕组aXl、byi、Cz1对应地在三个铁芯柱上(在第1个实施例中已述)。从变压器&副边绕组aXl、byi、CZl输出的三相交流电，分三个方向、分三路向用电端输电，三路的输电的电压、电流情形相同。下面仅述绕组byi这一路，它输出单相交流电压Ubyl，是以单相、单线的方式(以大地作回路)对变压器&供电。2.在变压器&上在附图16、附图17 ^,B5是‘单相/三相’变压器，它由‘主变压器’和附加的 1]
磁器’两部分组合而成。‘主变压器’其原边为单相绕组byi在中芯柱上、接B1输出的单相交流电压Ubyl ；其副边为三相绕组A。、B。、C0在三个铁芯柱上、它能输出对称、平衡的三相交流电压UA、UB、Uc,这是因为在两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组co、ao，该绕组接有‘励磁器’供出的两相励磁交流电U。。、Ua。.附加的‘励磁器’在圆环形铁芯上嵌放原、副边绕组而成，其结构如附图3所示；在第1个实施例中已述，故在此略述。B5 ‘主变压器’上附加的两相励磁绕组⑶、ao其接线如附图17所示。当&的原边绕组byi接单相交流电压Ubyl、而附加的两相励磁绕组co、ao接‘励磁器’供出的两相励磁交流电压l。、Ua。后，就相当于接上了三相变流电；实际情况中，单相交流电压^yl是高压，而‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Ua。是低压，虽然这三相电压不相等，但能够做到使这三个绕组的空载励磁磁势对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故在&三个铁芯柱内的三相磁通。8与Φ。、ΦΑ会对称平衡；于是在&三相绕组Α。、B。、C。上感应产生的三相交流电压UA、UB、％对称平衡(大小相等、互夹120°电角)。其电压、磁通矢量如附图18所示。于是其三个线电压UAB、UBC、UCA也对称平衡。以Ud表示&原边绕组byi上的单相交流电压Ubyl，以Uy表示&副边三相绕组A。、B。、C。上的三相交流电压UA、UB、Uc ；因&三个铁芯柱内的三相磁通ΦΒ与Φ。、①八对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故在磁通数值上ΦΒ= Φ0= ΦΑ，又因设变压器&各绕组匝数相同，故Ud = Uy.(二)电流情况1.在变压器&上设变压器&副边所接三相负载相同，在&副边三相绕组AQ、BQ、CQ输出对称平衡的三个相电压UA、UB、Uc的作用下，其副边三相绕组A。、B。、C0上三个负载相电流IA、IB、Ic对称平衡。其电压、电流矢量如附图19所示。此时，在&原边单相绕组byi上必然同步地产生单相负载电流Ie以平衡磁势。在磁势上，副边电流IC、IA与原边电流V性相反，与副边电流Ib性相同。在画IA、IC与Ib的磁势、电流矢量图时，要以Γ B( =-Ib)来代替Ib、要以I' <；(=〗<；)来代替Ie.其电压、磁势、电流矢量如附图20所示。对于电流I' e来说，它在IA、1。及Ib三个矢量方向上皆有磁势作用，要将它分解为r 与r e2两个同方向矢量。对IA、Ic这两个矢量方向上的磁势作用，它以分量i' gcos60°的形式来参与，将它记作γ g2cos60° ；对矢量ib方向上的磁势作用，它是以分量Γ ecoS0的形式来参与，将它记作Γ eiCOS0° .在变压器&中芯柱与上边芯柱组成的磁路中，磁势、电流数值关系式为I' G2cos60° +1' G1cos0° =I' B+IA，其中 I' G2cos60° = IA, I' G1cos0° =I' B，因 r B = Ia，将它们记作 Ιγ，故得 Γ G2 = 2Ia = 2IY,I' G1 = I' B = IY，而 Γ 0为Γ G2、I' G1 之和，故得 Ig = Γ G= I' G2+I' G1 = 3IY.在变压器&中芯柱与下边芯柱组成的磁路中，磁势、电流数值关系式为I' G2cos60° +1' G1cos0° =I' B+Ic，其中 I' G2cos60° = Ic, I' G1cos0° =I' B，因 Γ B = Ic，将它们记作 Ιγ，故得 Γ G2 = 2IC = 2IY,I' G1 = I' B=IY，而 Γ 0为Γ G2、I' G1 之和，故得 Ig = Γ G= I' G2+I' G1 = 3IY.2.在变压器B1上B5原边单相绕组byi输入的负载电流Ie，就是B1副边绕组byi输出的负载电流Ie.B1副边，除了输送一相绕组byi输出负载电流Ie之外，还有两相绕组CZl、aXl输出负载电流；设三路输电所接的负载平衡(即相等)，因B1副边绕组输出的三相交流电压对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故输出的三相交流电流也对称平衡。
(三)绕组电功率传递情况设变压器&副边所接的三相负载相同，其功率因数为cos θ ；以P51表示原边单相绕组byi的电功率，以P52表示副边三相绕组ApBpQj的电功率；以Ue表示&原边单相绕组byi的相电压Ubyl，以Uy表示B5副边的三相绕组A0^B0X0的相电压UA,UB,Uc ;IG是B5原边单相绕组bYl的相电流，以Iy表示B5副边的三相绕组A0、B0、C0的相电流IA、IB、IcoB5原边单相绕组bYl电功率P51 = UgIgCOS Θ，B5副边三相绕组A0、B。、C0电功率P52=3UYIYcos θ .由上述对&的‘电压情况’分析知Ug = Uy,由上述对&的‘电流情况’分析知Ie=3IY ；故 P51 = UgIgCos θ = 3UYIYcos θ = P52.也就是说，在不计损耗时，变压器&原、副两边绕组的电功率相等。第4个实施例——第四种输变电方案该输变电方案，以‘三相/三相’——‘单相/两相’两种变压器配套来进行三相交流电的输变；其中在高压侧以单相、单线的方式(以大地作回路)来进行。附图21是第四种输变电方案的电路图，附图22是第四种输变电方案的变压器图。(一)电压情况1.在变压器B1上在附图21、附图22中就不画供电方的变压器B1 了，因这里与第一种输变电方案的变压器B1相同。B1是‘三相/三相’变压器其原边为三相绕组A1Q、B1Q、C1Q，其副边为三相绕组aXl、byi、Cz1对应地在三个铁芯柱上(在第1个实施例中已述)。从变压器&副边绕组aXl、byi、CZl输出的三相交流电，分三个方向、分三路向用电端输电，三路的输电的电压、电流情形相同。下面仅述绕组byi这一路，它输出单相交流电压Ubyl，是以单相、单线的方式(以大地作回路)对变压器 供电。2.在变压器 上在附图21、附图22中， 是‘单相/两相’变压器，它由‘主变压器’和附加的 1]磁器’两部分组合而成。‘主变压器’其原边为单相绕组byi在中芯柱上、接B1输出的单相交流电压Ubyl ；其副边为两相绕组CA、AB在两个边芯柱上；两相绕组CA、AB相当于从Δ接法的三相绕组CA、AB、BC中拆除中芯柱上的一相绕组BC而成；它能输出大小相等、夹120°电角的两相交流电压UCA、UAB，这是因为在两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组C0、a0，该绕组接有‘励磁器’供出的两相励磁交流电U。。、Ua。.附加的‘励磁器’在圆形铁芯上嵌放原、副边绕组而成，其结构如附图3所示；在第1个实施例中已述，故在此略述。B6 ‘主变压器’上附加的两相励磁绕组co、ao其接线如附图22所示。当 的原边绕组byi接单相交流电压Ubyl、而附加的两相励磁绕组co、ao接‘励磁器’供出的两相励磁交流电压l。、Ua。后，就相当于接上了三相交流电；实际情况中，单相交流电压^yl是高压，而‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Ua。是低压，虽然这三相电压不相等，但能够做到使这三个绕组的空载励磁磁势对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故在~三个铁芯柱内的三相磁通ΦB与Φ。、ΦΑ会对称平衡；于是在 副边两相绕组CA、AB上感应产生的三相交流电压UCA、^b大小相等、夹120°电角。其电压、磁通矢量如附图23所示。变压器 副边两相绕组CA、AB上的两个相电压UCA、Uab就是线电压；因UCA、Uab大小相等、夹120°电角，又因线电压Ubc = UBA+UAC = - (^+Uab)，故变压器 副边两相绕组CA、AB输出的三个线电压^、UAB、Ub。对称平衡(大小相等、互夹120°电角)；就三个线电压而言，与三相三线的电压是相同的；可以向相同的三相负载正常供电。以Ud表示 原边绕组byi上的单相交流电压Ubyl，以Uv表示 副边两相绕组CA、AB上的两相交流电压UCA、Uab ；因 三个铁芯柱内的三相磁通ΦΒ与Φ。、ΦΑ对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故在磁通数值上ΦΒ= Φ0= ΦΑ，又因设变压器&各绕组匝数相同，故Ud = Uv.(二)电流情况1.在变压器 上设变压器 副边两相绕组CA、AB所接、呈Δ接法的三相负载相同，如附图M所
7J\ ο在 副边两相绕组CA、AB输出对称平衡的三个线电压^、UAB、UBC的作用下，其副边呈Δ接法的三个负载ac、ba、cb上的三个相电流Ia。、Iba、Icb对称平衡，因Ic = Icb_Iac、IA = Iac-Iba Jb = Iba_I。b，故三个线电流 Ic、IaJb 对称平衡。其电压、电流矢量如附图25所示。若 副边是呈Δ形接法的三相绕组CA、AB、BC，则其相电流、线电流与上述有着对应的关系ic = ibc-ica、ia = ica-iab, ib = iab-ibc,其三个相电流 ica、iab、ibc 也会对称平衡。因 副边只有两相绕组CA、AB,无绕组BC，相电流Ibc = 0，于是其电流情形就成了 Ic = -Ica、Ia = Ica-Iab, Ib = Iab ；使得绕组CA的相电流Ica与线电流Ic大小相等、方向相反，绕组AB的相电流Iab就是线电流Ib.因B6副边的三个线电流Ic、IA、Ib对称平衡，即线电流Ic、Ia大小相等、夹120°电角；又因ic = -ica> ib = iab ；故绕组ca、ab上的相电流ica、iab大小相等、夹60°电角。当变压器 副边绕组CA、AB上输出相电流ICA、Iab后，在 原边单相绕组byi上必然同步地产生单相负载电流Ie以平衡磁势。其电压、磁势、电流矢量如附图26所示。与前述同理，在画磁势、电流矢量图时，要以Γ e( = -Ie)来代替Ie.因 两个边芯柱上附加的两相励磁绕组c0、a0所接的是‘励磁器’供出的两相励磁交流电，其容量小，仅能供 所需的空载励磁电流，供不出负载电流；而 中芯柱上原边绕组byi所接的是单相交流电，其容量大，故 原边所需的负载电流就会由它供出。B6原边单相绕组Cz1负载电流Ie所产生的磁势为副边两相绕组CA、AB负载电流ICA、Iab所产生的磁势之矢量之和。在数值上，磁势、电流关系式为Ib。2coS30° +Iac2cos30°
=1' ο·以Iv来表示副边电流Ια、IAB, Ie是原边电流，其磁势、电流关系式是:Ivcos30° +Ivcos30° =I' G ；因在数值上 Γ G = Ig，故 Ig = V 3Ιν·2.在变压器B1上B6原边单相绕组byi输入的负载电流Ie，就是B1副边绕组byi输出的负载电流Ie.
B1副边，除了输送一相绕组byi输出负载电流Ie之外，还有两相绕组CZl、aXl输出负载电流；设三路输电所接的负载平衡(即相等)，因B1副边绕组输出的三相交流电压对称平衡(大小相等、互夹120°电角)，故输出的三相交流电流也对称平衡。(三)绕组电功率传递情况设变压器 副边所接的三相负载相同，其功率因数为cos θ ；以Pf表示三相负载的电功率，以Pfil表示原边单相绕组byi的电功率，以P62表示副边两相绕组CA、AB的电功率；以Ux表示三相负载的线电压，以Ue表示 原边单相绕组byi的相电压Ubyl，以Uv表示 副边两相绕组CA、AB的相电压UCA、UAB ；以Ix表示表示三相负载的线电流，Ig是 原边单相绕组byi的相电流，以Iv表示 副边两相绕组CA、AB的相电流ICA、Iab.在本实施例中的变压器 副边绕组CA上相电压Uca与相电流^夹60°电角，副边绕组AB上相电压^b与相电流Iab夹0°电角。在第1个实施例中的变压器 原边绕组cb2 (即Cz2)上相电压Ucb2与相电流Icb2夹60 °电角，原边绕组ac2 (即ax2)上相电压Uac2与相电流Ia。2夹0°电角。也就是说，本实施例中的变压器B6副边两相绕组CA、AB与第1个实施例中的变压器 原边两相绕组cb2、ac2(即cz2、ax2)，其电功率情形一样，皆存在‘相移’功率因数角β，且β Ξ 30° .第1个实施例中的变压器 原边两相绕组cb2、ac2 (即cz2、ax2)的电功率P31 =
V3UvIvcos θ ；与之同理，本实施例中的变压器 副边两相绕组CA、AB的电功率P62 =
V3UvIvcos θ .三相负载的电功率Pf = V 3UxIxcos θ， 原边单相绕组byi电功率P61 =UgIgCOS θ .因在数值上，三相负载的线电压Ux等于 副边两相绕组CA、AB的相电压Uv，三相负载的线电流Ix等于 副边两相绕组CA、AB的相电流Iv ；由上述对 的‘电压情况’分析知Ug = Uv,由上述对B6的‘电流情况，分析知Ig = V 3IV ；于是UgIgCOS θ = V 3UvIvcos θ=V 3UxIxcos θ，故 P61 = P62 = Pf.也就是说，在不计损耗时，三相负载的电功率就是变压器~副边两相绕组CA、AB的电功率，等于变压器 原边单相绕组byi的电功率。第5个实施例——第五种输变电方案该输变电方案，以‘两相/两相’——‘单相/两相’两种变压器配套来进行两相交流电的输变；其中在高压侧以单相、单线的方式(以大地作回路)来进行。附图27是第五种输变电方案的电路图，附图观是第五种输变电方案的各变压器图。(一 )电压情况1.在变压器B7上在附图27、附图观中，B7是‘两相/两相’变压器其原边为两相绕组ApBtj，在左边上下两个铁芯柱上；其副边为两相绕组 o、bl0，在右边上下两个铁芯柱上。变压器B7原边两相绕组k0、B0接两相交流发电机供出的两相交流电，从变压器B7副边绕组％0、1310，输出的两相交流电，分两个方向、分两路向用电端输电，两路的输电电压、电流情形相同。下面仅述绕组al0这一路，它输出单相交流电压Ual。，是以单相、单线的方式(以大地作回路)对变压器&供电。
从变压器B7原边两相绕组Ap^j输入的两相交流电压UA。、UB。大小相等、夹90°电角；于是在&上下边芯柱内的磁通(1^、(^大小相等、夹90°电角，于是从B7副边两相绕组al0、bl0输入的两相交流电压Ual。、Ubl。大小相等、夹90°电角。其电压、磁通矢量如附图四所示。因上下磁轭内的磁通ΦΑ、ΦB大小相等、夹90°电角，而中心磁轭内的磁通Φ。=_(ΦΑ+ΦΒ)，故在磁通数值上Φ。= V 2ΦΑ = V 2Φβ ；若保持变压器内各处磁通密度一致，中心磁轭的横截面应为边磁轭横截面的V 2倍。2.在变压器&上在附图27、附图观中，&是‘单相/两相’变压器，它由‘主变压器’和附加的 ]磁器’两部分组合而成。‘主变压器’其原边为单相绕组al0在中芯柱上、接&输出的单相交流电压Ualo ；其副边为两相绕组ax2、by2，绕组ax2在上面的边芯柱上，绕组ax2在下面的边芯柱上(为图示清晰，在附图28中两相绕组ax2、by2画在磁轭上)。&副边的两相绕组ax2、by2，它能输出大小相等、夹90°电角和两相交流电压Uax2、Uby2，这是因为在两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组co、ao，该绕组接有‘励磁器’供出的两相励磁交流电U。。、Ua。.附加的‘励磁器’在圆形铁芯上嵌放原、副边绕组而成，其结构如附图30所示。1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯N(附图30中加有‘淡阴影’)，环状、套合在外面的为外铁芯W，内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯N的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组DO、FO及副边两相绕组co、ao.其电路图在附图30的左边。2.原边是单相绕组，分有主、副两个线圈主线圈DO与副线圈FO在铁芯上夹90°电角；主线圈DO直接接单相交流电、副线圈FO与电容器串联后接单相交流电。3.副边是两相绕组为两相线圈co、ao，在铁芯上夹90°电角；单相绕组的主线圈DO与两相线圈co、ao在铁芯上皆夹135°电角。当附加的‘励磁器’的原边单相绕组D0、F0接单相交流电后，会在其圆形铁芯内产生旋转磁场，于是在副边的两相线圈co、ao上会感应产生大小相等、夹90°电角的两相交流电压U。。、Ua。.B8 ‘主变压器’上附加的两相励磁绕组co、ao其接线如附图观所示。当&的原边绕组B1O接单相交流电压Ual。、而附加的两相励磁绕组CO、ao接‘励磁器’供出的两相励磁交流电压&。、Ua。后，就相当于接上了三相交流电；实际情况中，单相交流电压。是高压，而‘励磁器’供出的两相励磁交流电压U。。、Ua。是低压，虽然这三相电压不相等，但能够使这三个绕组的空载励磁磁势产生这样的磁通两个边芯柱上的磁通。。。，大小相等、夹90°电角，且与中芯柱上的磁通Φ。皆夹135°电角。其电压、磁通矢量如附图31所示。因两个边芯柱上的磁通％、。3大小相等、夹90°电角，故在变压器&副边两相绕组ax2、by2上感应产生的两相交流电压Uax2、Uby2,也大小相等、夹90°电角。因两个边芯柱上的磁通Φρ。3大小相等、夹90°电角，而中芯柱内的磁通Φ。=-(Ob+Oa)，故在磁通数值上Φ。= V 2Φ, = ν 2Φ3 ；故中芯柱的横截面应为边芯柱横截面的V 2倍。以Ud表示&原边绕组Ei1O的单相交流电压Ual。，以Uv表示&副边两相绕组a&、by2的两相交流电压Uax2、uby2 ；因φ。= V 2Φ, = V 2c5a、又因设变压器B4各绕组匝数相同，故Ud = V 2UV.B8副边的两相绕组ax2、by2，可分成四相绕组从绕组M2的中心ο抽引出线，可将绕组分成 0、X2O两相绕组；从绕组by2的中心ο抽引出线，可将绕组by2分成l^o、y2o两相绕组。B8副边的绕组可分‘V形’、‘X形’两类接法；‘V形’接法又有‘串联’与‘并联’两种。将绕组ax2的X2与绕组by2的y2连接在一起，抽出引线；这种三条引出线a2、b2、&(即y2)，两相三线的供电方式，为‘串联’的‘V形’接法，如附图32所示。将绕组a2o、ox2的ει2、ο相并，o、&相并，‘并联，成一组a2o_ox2 ；将绕组b2o、oy2的b2、ο相并，ο、y2相并，‘并联，成一组b2o-oy2 ；这种三条引出线a2、b2、X2 (即y2)，两相三线的供电方式，为‘并联’的‘V形’接法，如附图33所示。‘X形’接法是将绕组M2的中心ο与绕组by2的中心ο连接在一起，抽出引线。这种五条引出线a2、b2、x2, y2、ο,四相五线的供电方式，为‘X形’接法，如附图34所示。如附图34所示‘X形，接法的四相绕组 0、720、&0、1320之间有三种不同的电压。其各种电压的矢量关系如图35所示图。四相绕组ει2ο、y2o、x2o, b2o上的电压Ua2o、Uy2o, Ux2o, Ub2o为相电压，记作U0 ；可分四路供电，但四路单相负载应尽量相同。绕组ει2θ的 与绕组X2O的&之间、绕组ID2O的ID2与绕组y2o的y2之间的电压Uax2、Uby2 为合相电压，记作 Uh ；因 Uax2 = H2 = Ua2o-Ux2o,Uby2 = Ub2o+Uoy2 = Ub2o-Uy2o ；故 Uh=2U。.绕组ax2、by2的两个合相电SUax2、Uby2，可以两相四线的方式向两相交流电动机供电。两相交流电动机，其定子绕组与单相电风扇的相类同，但无须加接电容器。 绕组a2o的a2与绕组b2o的b2之间、绕组b2o的b2与绕组x2o的X2之间、绕组x2o的&与绕组y2o的y2之间、绕组y2o的y2与绕组ει2ο的ει2之间，它们之间的电压Uab2、Ubx2、Uxy2、Uya2 为线电压，记作 Ux ；因 Uab2 = Ua2o+Uob2 = Ua2o-Ub2o, Ubx2 = Ub2o+Uox2 = Ub2o-Ux2o, Uxy2 =Ux2o+Uoy2 = Ux2o-Uy2o, Uya2 = Uy2。+U。a2 = Uy2o-Ua2o ；故 K = V 2U。，Ux = (1/ V 2) UH.这四个线电压Uab2、Ubx2, Uxy2, Ia2可以四相四线的方式向四相交流电动机供电。四相交流电动机，其定子绕组相当于将两相交流电动机的定子绕组分成四相，组与相之间加以绝缘；四相交流电动机可以有‘十字形’与‘口字形’两种不同的接线方法。总之，两相(四相)交流电有一定的使用价值；就使用的灵活、多样性而言，不逊色于三相交流电。( 二)电流情况1.在变压器&上仅以&副边的两相绕组ax2、by输出的两相交流电压Uax2、Uby2来说明。设变压器&副边两相绕组ax2、by所接的两相负载相同，因&副边两相绕组ax2、by输出的两相交流电压Uax2、Uby2大小相等、夹90°电角，故&副边两相绕组a&、by输出的两相交流电流Iax2、Iby2也大小相等、夹90°电角。当变压器&副边绕组a&、by上输出相电流Iax2、Iby2后，在&原边单相绕组al0上必然同步地产生单相负载电流Ial以平衡磁势。其电压、磁势、电流矢量如附图36所示。与前述同理，在画磁势、电流矢量图时，要以Γ al( =-IJ来代替Ial.
因&两个边芯柱上附加的两相励磁绕组C0、a0所接的是‘励磁器’供出的两相励磁交流电，其容量小，仅能供&所需的空载励磁电流，供不出负载电流；而&中芯柱上原边绕组al0所接的是单相交流电，其容量大，故&原边所需的负载电流就会由它供出。&原边单相绕组al0负载电流Ial所产生的磁势为副边两相绕组ax2、by负载电流Iax2、Iby2所产生的磁势之矢量之和。在数值上，磁势、电流关系式为Ibc2cos45° +Iac2cos45° =I' al.以Iv来表示副边电流Iax2、Iby2，以Ie来表示原边电流Ial，其磁势、电流关系式是Ivcos45° +Ivcos45° =I' G ；因在数值上 Γ G = Ig，故 Ig = V 2Ιν·2.在变压器B7上B8原边单相绕组al0输入的负载电流Ial，就是B7副边绕组al0输出的负载电流Ial.B7副边，除了输送一相绕组al0输出负载电流Ial之外，还有一相绕组bl0输出负载电流；设两路输电所接的负载平衡(即相等)，因1副边绕组输出的两相交流电压大小相等、夹90°电角，故输出的两相交流电流也大小相等、夹90°电角。(三)绕组电功率传递情况设变压器&副边所接的两相负载相同，其功率因数为cos θ ；以Pin表示原边单相绕组的电功率，以P82表示副边两相绕组ax2、by2的电功率；以Ue表示&原边单相绕组B1O的相电压Ual。，以Uv表示&副边两相绕组ax2、by2的相电压Uax2、Uby2 ；以Ie表示&原边单相绕组 o的相电流Ial，以Iv表示&副边两相绕组ax2、by2的相电流Iax2、Iby2.B8原边单相绕组Ei1O电功率P81 = UgIgCOS θ，B8副边两相绕组ax2、by2电功率P82=2UvIvcos θ .由上述对&的‘电压情况’分析知Ug = V 2UV，由上述对&的‘电流情况’分析知Ig = V 2IV ；因 UgIgCos θ = V 2Uv V 2Ivcos θ = 2Uv2Ivcos θ，故 P81 = P82.在不计损耗时，&副边两相绕组ax2、by2的电功率，等于变压器~原边单相绕组B1O的电功率。
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权利要求
1. 一种既能改变相数又能改变电压的交流变压器及其输变电方法，其变压器是在铁芯上置原、副边绕组而成，利用变压器以高电压、低电流进行交流电的输送，其特征是以‘三相/三相’——‘单相/两相’——‘两相/三相’三种变压器配套来进行三相交流电的输变；其中‘三相/三相’变压器，分三个方向、分三路向用电端输电；就其中的一路而言，以单相单线、以大地作回路的方式进行输电；其中‘两相/三相’变压器的结构是其三个铁芯柱横截面积相同；原边是两相绕组、在两个边芯柱上，这两相绕组相当于从Δ接法的三相绕组中拆除中芯柱上的一相绕组而成；副边是三相绕组、在三个铁芯柱上；其中‘单相/两相’变压器由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成；(一)附加的‘励磁器’结构是.1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯；环状、套合在外面的为外铁芯；内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组及副边两相绕组；.2.原边是单相绕组、分为主、副两个线圈主、副线圈在铁芯上夹90°电角，在副线圈上串联有电容器，主、副线圈呈三线V接法；.3.副边是两相绕组、为两相线圈；原边单相绕组的主线圈与副边两相线圈在铁芯上互夹120°电角；(二)‘主变压器’的结构是.1.‘主变压器’三个铁芯柱横截面积相同；原边是单相绕组、在中芯柱上；副边是两相绕组、在两个边芯柱上，这两相绕组相当于从Δ接法的三相绕组中拆除中芯柱上的一相绕组而成；.2.两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组，这两相励磁绕组呈三线V接法。
2.根据权利要求一所述的既能改变相数又能改变电压的交流变压器及其输变电方法，其特征是其中‘单相/两相’变压器由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成；(一)附加的‘励磁器’结构是.1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯；环状、套合在外面的为外铁芯；内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组及副边两相绕组；.2.原边是单相绕组、分为主、副两个线圈主、副线圈在铁芯上夹90°电角，在副线圈上串联有电容器，主、副线圈呈三线V接法；.3.副边是两相绕组、为两相线圈，在铁芯上夹60°电角；原边单相绕组的主线圈与副边两相线圈在铁芯上皆夹150°电角；(二)‘主变压器’的结构是.1.‘主变压器’有一个中芯柱、两个边芯柱；中芯柱横截面为边芯柱横截面的V 3倍；原边是单相绕组、在中芯柱上；副边是两相绕组、在两个边芯柱上，这两相绕组相当于从Y接法的三相绕组中拆除中芯柱上的一相绕组而成；.2.两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组，这两相励磁绕组呈三线V接法。
3.根据权利要求一所述的既能改变相数又能改变电压的交流变压器及其输变电方法，其特征是以‘三相/三相’——‘单相/三相’两种变压器配套来进行三相交流电的输变；‘单相/三相’变压器由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成，‘主变压器’的结构是.1.‘主变压器’三个铁芯柱横截面积相同；原边是单相绕组、在中芯柱上；副边是三相绕组、在三个铁芯柱上；.2.两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组，这两相励磁绕组呈三线V接法。
4.根据权利要求一所述的既能改变相数又能改变电压的交流变压器及其输变电方法，其特征是以‘三相/三相’——‘单相/两相’两种变压器配套来进行三相交流电的输变。
5.根据权利要求一所述的既能改变相数又能改变电压的交流变压器及其输变电方法，其特征是以‘两相/两相’——‘单相/两相’两种变压器配套来进行两相交流电的输变；其中‘两相/两相’变压器，分两个方向、分两路向用电端输电；就其中的一路而言，以单相单线、以大地作回路的方式进行输电；‘两相/两相’变压器的结构是其四个铁芯柱横截面积相同，上下磁轭与铁芯柱横截面积相同，中心磁轭横截面为铁芯柱横截面积的V 2倍；其原边是两相绕组、在左边上下两个铁芯柱上；其副边是两相绕组、在右边上下两个铁芯柱上；其中‘单相/两相’变压器由‘主变压器’和附加的‘励磁器’两部分组合而成；(一)附加的‘励磁器’结构是.1.有内、外两种铁芯圆形、套合在里面的为内铁芯；环状、套合在外面的为外铁芯；内、外铁芯之间无气隙存在；在内铁芯的外圆侧制有嵌线槽，槽内嵌放原边单相绕组及副边两相绕组；.2.原边是单相绕组、分为主、副两个线圈主、副线圈在铁芯上夹90°电角，在副线圈上串联有电容器；主、副线圈呈三线V接法，主、副线圈呈三线V接法；.3.副边是两相绕组、为两相线圈，在铁芯上夹90°电角原边单相绕组的主线圈与副边两相线圈在铁芯上皆夹135°电角；(二)‘主变压器’的结构是.1.‘主变压器’有一个中芯柱、两个边芯柱；中芯柱横截面为边芯柱横截面的V 2倍；原边是单相绕组、在中芯柱上；副边是两相绕组、在两个边芯柱上，这副边的两相绕组呈三线V接法；.2.副边的两相绕组可分为四相绕组，这四相绕组呈X接法；.3.两个边芯柱上还有附加的两相励磁绕组，这两相励磁绕组呈三线V接法。
全文摘要
一套既能改变相数又能改变电压的交流变相、变压器及其输变电方法，适用于三相及两相交流电的输变。在变压器的高压侧以单相单线、以大地作同路的方式进行输电；用电端的变压器，除原边单相绕组外，还配有“励磁器”，能简单、方便、有效地将单相电变回符合供电要求的三相或两相交流电。使输电线的架空及设施费用相对地降低。因不存在‘相间’电压；且变压器绕组数目减少，有利于变压器的绝缘；故有利于提高输变电压、减少输电导线的横截面。
文档编号H01F30/14GK102592810SQ20111002494
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者陈端生 申请人:陈端生