专利名称：一种三相分磁调压式变压器及其变压器分磁调节电压的方法
技术领域：
本发明涉及一种三相分磁调压式变压器及其变压器分磁调节电压的方法。
背景技术：
传统变压器是一个铁芯框，绕上一、二次线圈。一、二次电压与一、二次线圈匝数关
系如下& = $。一个实用的变压器其一、二次线圈匝数是固定的，即=(I)M，此式说U1 N2N1
明，配电变压器的二次电压随电网一次电压变化而变化，且几乎成线性关系。一旦电网由于负荷变化，就会造成电网电压波动，供应到用户端的电压值偏离国标限值范围，用户端电器 设备不能工作在其额定电压附近，电器设备电能转换效率低，电能浪费大。电压偏差严重时，还会造成用电设备不能正常工作或损坏。电网调节电压的方式主要依靠主变压器、发电机、无功补偿装置等设备进行电压调压。但目前大量使用的配电变压器不能进行实时调节电压，只能季节性且在停电状态下，进行人工操作调节分接开关，达到调节电压的目的，即现有配电变压器不能根据电网电压变化实时调节电压大小，不能满足用户端电压稳定的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种三相分磁调压式变压器及其变压器分磁调节电压的方法。本发明一种三相分磁调压式变压器，主要由主磁通闭合铁芯框、一次线圈、二次线圈组成，其主磁通闭合铁芯框两边为磁柱，一边设有一次线圈，另一边设有二次线圈，其特征是并联一个或多个磁阀，其磁阀设有磁阀闭合铁芯框，其磁阀闭合铁芯框相对两边为磁柱，两边磁柱上分别设有同等匝数的一对或多对线圈，每对线圈分设在两边磁柱上，每对线圈一端头直接相结，另一端头串接电源；主磁通闭合铁芯框与磁阀闭合铁芯框为整体结构。磁阀在主磁通闭合铁芯框中间、两侧或立体空间成并联关系。串接电源优选为直流电源。直流电源更优选由本变压器二次线圈(3)输出电源整流直供。三组单相变压器排列形式有一字横排、一字竖列或品字形排列。—种三相变压器分磁调节电压的方法，其主磁通闭合铁芯框，依据一次线圈、二次线圈将整个磁路分为一次磁路和二次磁路，再并联一个或多个磁阀，其磁阀设有磁阀闭合铁芯框与一二次相连部分的主磁通闭合铁芯框，形成一条或多条分磁磁路；其磁阀闭合铁芯框相对两边为磁柱，两边磁柱上分别设有同等匝数的一对或多对线圈，每对线圈分设在两边磁柱上，每对线圈一端头直接相结，另一端头串接电源；分磁磁路通过控制磁阀的饱和程度，改变穿越二次绕组回路磁通量，调节二次输出电压的大小，形成设定的恒定电压输出。在变压器中增加分磁磁路的方法。当一次绕组接通正弦交流电后，即在铁芯中产生磁通O1，其外接电压U1与产生的磁通量O1关系为=U1 = 4. 44fN0lm = 2π ΝΦ1 =QNO1(注U1' Φι为有效值，Φ1π为幅值)。磁通O1流经“O”点后，分为磁通Φ2和磁通Φζ，磁通Φ2流经二次绕阻感应出电压U2，U2 = 4. 44fN02m = 2 JifNO2 = ωΝΦ2 (注U2、Φ2为有效值，Φ2ηι为幅值)，磁通Φζ流向磁阀。Φ2 = Φ「ΦΖ，O1大小由外接电压U1大小决定，即U1—定，O1也一定。如果减小02则Φ2增大，队随之增大；反之增大02则Φ2减小，U2随之减小。通过改变Φζ的大小，即可实现二次绕阻输出电压U2的大小，即实现调节电压功能。主磁通闭合铁芯框、连接铁芯和磁阀闭合铁芯框为整体结构，有利于适应变压器生产的传统工艺，因为变压器的铁芯是铁磁性物质(如硅钢片、非晶合金等)。为了便于说明，本发明以硅钢片来说明。而本发明是每片硅钢片都设有主磁通闭合铁芯框区域、连接铁芯区域和磁阀闭合铁芯框区域。将许多片硅钢片叠合后就成为主磁通闭合铁芯框、连接铁芯和磁阀闭合铁芯框整体结构。电源采用由本变压器二次线圈输出电源整流成为直流电源直供。防止采用其它直流电源发生馈电影响正常工作。
磁阀磁通大小的调节磁阀由两个磁柱并联后，再与主磁路相连形成一体；两个磁柱上分别绕有同等匝数的线圈，一端直接相结，另一端串接直流电源；当直流在一对线圈中流动时,产生的磁通在两磁柱中形成环路,直流越大,环路磁通越大；对一固定的磁路,磁通越大，磁饱和程度越高，磁阻越大，即控制直流的大小即可控制磁阀的磁阻大小；磁阀磁阻大小的改变，即能改变流经磁通的大小。每个磁阀可以有若干对直流线圈，均能达到如上效果。
图I是传统单相变压器结构示意2是本发明一种三相分磁调压式变压器结构3是磁路拓扑4是分磁路组成5是本发明一种呈一字竖排型的三相分磁变压器结构6是本发明一种呈品字型的三相变分磁压器结构7是本发明一种磁阀呈Π型的单相变分磁压器结构8是分磁调压式变压器磁路等值9是分磁调压式变压器等值电路10是忽略漏抗的分磁调压式变压器等值电路11是计及漏抗的分磁调压式变压器等值电路12是磁阀充分饱和分磁调压式变压器等值电路13是二次侧断开等效电路14是一次侧断开等效电路15是磁阀励磁控制16是磁阀励磁直流与输出电压的控制17是等效磁路参数18是等效磁路简化图
图19是等效互感电路20是等效自感电路图
图21是等效自感互感22是计及漏磁等效自感互感23是互感折算等效磁路参数24是一二次侧电压关系图
具体实施方式
根据图I所示为普通单相变压器，主磁通闭合铁芯I为方框闭合铁芯，主要由主磁通闭合铁芯框I、一次线圈2、二次线圈3组成，其主磁通闭合铁芯框两边为磁柱，一边设有一次线圈2，另一边设有二次线圈3。本发明在普通单相变压器的基础上并联一个或多个磁阀，其磁阀设有磁阀闭合铁芯框4，其磁阀闭合铁芯框4相对两边为磁柱，两边磁柱上分别设有同等匝数的一对或多对线圈，每对线圈分设在两边磁柱上，每对线圈一端头直接相结，另一端头串接电源。主磁通闭合铁芯框I与磁阀闭合铁芯框4之间设有连接铁芯5，主磁通闭合铁芯框I、连接铁芯5与磁阀闭合铁芯框4为整体结构。本发明依据一、二次绕组可将整个磁路分为一次磁路和二次磁路。现在一次磁路和二次磁路的基础上，再并联一条分磁磁路。分磁磁路由磁阀铁芯和与一次、二次磁路相连部分的铁芯组成。磁阀铁芯由两个磁柱铁芯4并联后，再与单相变压器铁芯相连成一体；两个磁柱上分别绕有同等匝数的线圈，此两线圈称为“一对线圈”;其连接方式如图15所示，一端头直接相结，另一端头串接直流。三相变压器的三组单项变压器排列形式有多种方式。其图2所示为本发明一种呈一字横排型的三相分磁变压器结构形式，图5所不为本发明一种呈一字竖排型的三相分磁变压器结构图形式，图6所示为本发明一种呈品字型的三相变分磁压器结构图形式。铁芯为传统的硅钢片叠合而成，最简便的做法是每片硅钢片上包含方框闭合铁芯区域、连接铁芯区域和磁阀铁芯区域，并且是整体结构，及整体的冲压片。然后各片叠合成整体铁芯。当一次绕组接通正弦交流电后，一次绕组铁芯中产生磁通O1，该磁通O1 —部分流入二次绕组铁芯Φ2，一部分流入磁阀铁芯Φζ，满足O1 = Φ2+Φζ。根据图7所示为如下调压原理当一次绕组接通正弦交流电后，即在铁芯中产生磁通O1，其外接电压U1与产生的磁通量O1关系为=U1 = 4. 44fN0lm = 2 fNOi = GJNO1 (注叫、O1为有效值，Φ1ηι为幅值)。磁通O1流经“O”点后，分为磁通Φ2和磁通Φζ，磁通Φ2流经二次绕阻感应出电压U2, U2 = 4·44 ·ΝΦ2ηι = 2 JIfNO2 = ωΝΦ2(注U2、Φ2 为有效值，Φ2ηι 为幅值)，磁通①厂流向磁阀。φ2= Φ「ΦΖ，O1大小由外接电压U1大小决定，即U1—定，O1也一定。如果减小Φζ则Φ2增大，U2随之增大；反之增大φζ则φ2减小，U2随之减小。通过改变φζ的大小，即可实现二次绕阻输出电压U2的大小，即实现调节电压功能。磁阀磁通大小的调节磁阀由两个磁柱并联后，再与主磁路相连形成一体；两个磁柱上分别绕有同等匝数的线圈，此两线圈称为“一对线圈”，其连接方式如图7所示，一端直接相结，另一端串接直流电源；当直流在一对线圈中流动时，产生的磁通在两磁柱中形成环路，直流越大，环路磁通越大；对一固定的磁路，磁通越大，磁饱和程度越高，磁阻越大，即控制直流的大小即可控制磁阀的磁阻大小；磁阀磁阻大小的改变，即能改变流经磁通的大小。每个磁阀可以有若干对直流线圈。2、分磁调压式变压器调压方法根据图7所示(为便于说明，忽略漏磁通)。(I)以分磁调压式变压器磁路感应原理说明调压方法当一次绕组N1通正弦交流电后，一次绕组铁芯中产生磁通Φ1;该磁通O1 —部分流入二次绕组N2铁芯Φ2，一部分流入磁阀铁芯Φζ，满足O1 = Φ2+Φζ。当一次绕组通电后，即在铁芯中产生磁通O1，其外接电压U1与产生的磁通量O1关系为=U1 = 4. 44fN0lm = 2 JI fNOi = ωΝΦ10磁通Φi流经“O”点后，分为磁通Φ2和磁通Φζ，磁通Φ2流经二次绕阻感应出电压U2 (U2 = 4.44fN02m = 2 JifNO2 = ωΝΦ2)，磁通Φζ流向磁阀。Φ2 = Φ「ΦΖ，01大小由外接电压仏大小决定，即U1—定，O1!—定。如果减小Φζ则Φ2增大，U2随之增大；反之增大Φζ则Φ2减小，U2随之减小。通过改变Φζ的大小，即可实现二次绕阻输出电压U2的大小，即实现调节电压功能。磁阀磁通Φζ大小的调节磁阀由两个磁柱并联后,再与主磁路相连形成一体；两个磁柱上分别绕有同等匝数的线圈，此两线圈称为“一对线圈”，其连接方式如图7，一端直接相结，另一端串接直流电源；当直流在一对线圈中流动时，产生的磁通在两磁柱中形成环路，直流越大，环路磁通越大；对一固定的磁路，磁通越大，磁饱和程度越高，磁阻越大，即控制直流的大小即可控制磁阀的磁阻大小；磁阀磁阻大小的改变，即能改变流经磁通的大小。每个磁阀可以有若干对直流线圈。(2)以分磁调压式变压器等值电路说明调压方法根据图8所示为分磁调压式变压器磁路等值图。Rml、Rm2、Rmz分别一次绕组、二次绕组、磁阀铁芯的磁阻。根据图9所示为分磁调压式变压器等值电路图。
权利要求
1.一种三相分磁调压式变压器，主要由三组主磁通闭合铁芯框(I)、一次线圈(2)、二次线圈(3)组成，其主磁通闭合铁芯框两边为磁柱，一边设有一次线圈(2)，另一边设有二次线圈(3)，其特征是并联一个或多个磁阀，其磁阀主要设有磁阀闭合铁芯框(4)和线圈，其磁阀闭合铁芯框(4)相对两边为磁柱，两边磁柱上分别设有同等匝数的一对或多对线圈，每对线圈分设在两边磁柱上，每对线圈一端头直接相结，另一端头串接电源；主磁通闭合铁芯框(I)与磁阀闭合铁芯框(4)之间设有连接铁芯(5)，主磁通闭合铁芯框(I)、连接铁芯(5)和磁阀闭合铁芯框(4)为整体结构。
2.根据权利要求I所述的变压器，其特征是磁阀在主磁通闭合铁芯框(I)中间、两侧或立体空间成并联关系。
3.根据权利要求I所述的变压器，磁阀铁芯框(4)为矩形、圆形、椭圆形、多边形。
4.根据权利要求I所述的变压器，其特征是串接电源为直流电源。
5.根据权利要求4所述的变压器，其特征是直流电源由本变压器二次线圈(3)输出电源整流成直流电源。
6.根据权利要求I所述的变压器，其特征是其三组单相变压器排列形式有一字横排、一字竖列或品字形排列。
7.—种三相变压器分磁调节电压的方法，其主磁通闭合铁芯框(1)，依据一次线圈(2)、二次线圈(3)将整个磁路分为一次磁路和二次磁路，再并联一个或多个磁阀，形成一条或多条分磁磁路；分磁磁路通过控制磁阀的饱和程度，改变穿越二次绕组回路磁通量，调节二次输出电压的大小，根据设定要求输出恒定电压。
全文摘要
本发明公开了一种三相分磁调压式变压器及其分磁调节电压的方法。它主要由三组主磁通闭合铁芯框(1)、一次线圈(2)、二次线圈(3)组成，它并联一个或多个磁阀，其磁阀的磁阀闭合铁芯框(4)相对两边的磁柱上分别设有同等匝数的一对或多对线圈，每对线圈一端头直接相结，另一端头串接电源；主磁通闭合铁芯框(1)与磁阀闭合铁芯框(4)之间设有连接铁芯(5)。其分磁调节电压的方法，主磁通闭合铁芯框(1)，依据一次线圈(2)、二次线圈(3)将整个磁路分为一次磁路和二次磁路，再并联一个或多个磁阀，形成一条或多条分磁磁路；分磁磁路通过控制磁阀的饱和程度，改变穿越二次绕组回路磁通量，调节二次输出电压的大小，输出恒定电压。能够满足用户稳定电压需求。
文档编号H02P13/00GK102810390SQ201210321730
公开日2012年12月5日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者沈广贤 申请人:沈广贤