对称升压和降压自耦变压器德尔塔拓扑结构的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在许多应用中，特别是在船上和飞机应用中，高电直流(DC)电源用于给电动机控制器供电。通常，在船舶或飞机中生成230VAC(RMS电压)的三相交流(AC)电压。所生成的AC电压被施加到自耦变压器整流器单元(ATRU)并且被整流以产生±270VDC的电压。来自ATRU的整流DC电压接着用于给电动机控制器供电。然而，其他船上和飞机应用可能要求不同的DC输出电压。例如，在现代飞机中，不同区域中的电动机控制器要求多个不同的电压等级。较高的电压可在受控压力区域使用，以便减小馈电电缆的大小；而较低的电压优选使用在非受控的压力区域，以便降低电晕的风险，特别是在更高的高度下。此外，还有其他应用要求AC电压。
[0002]在一些电力系统配置中，使用单独的电源和变压器向这些不同应用中的每个提供电力增加了整个系统的尺寸、成本、重量以及冷却需求，这在飞机应用中尤其是不期望的。一些电源和变压器的放置限制冷却为空气冷却。另外，简单地把所有的各种电源和变压器放置在单一区域或隔室不会明显地减小整个系统的尺寸、成本、重量或冷却要求。
【发明内容】
[0003]本概述提供了对多相变压器和使用该多相变压器的电源的综合描述，如在以下详细描述中进一步所描述的。本概述并不旨在并且不可以被用于限制所要求保护的主题的范围。
[0004]多相变压器具有初级绕组和多组次级绕组。初级绕组被布置成德尔塔即Δ (delta)结点构以接收三相输入电压，每个初级绕组具有中间抽头和围绕该中心抽头对称设置的多个抽头。
[0005]在一个实施例中，第一组次级绕组对优选地具有三对。一对次级绕组被电连接到对称地位于初级绕组的中心抽头的相对侧的抽头。对中的每个绕组也被磁耦合到不同于其被电连接到的初级绕组的预定初级绕组。对中的每个次级绕组具有连接到初级绕组上的抽头的第一端和用来提供输出的第二端。
[0006]在一个实施例中，第二组次级绕组对也优选地具有三对。一对次级绕组被电连接到对称地位于初级绕组的中心抽头的相对侧的抽头。对中的每个绕组也被磁耦合到不同于其被电连接到的初级绕组的预定初级绕组。对的每个次级绕组具有连接到初级绕组上的抽头的第一端和用来提供输出的第二端。该第二组的次级绕组相较于第一组的次级绕组对被连接到不同的抽头。
[0007]在一个实施例中，中心抽头共同提供第一三相输出，第一组的每对次级绕组的第一绕组的第二端共同提供第二三相输出，并且第一多个次级绕组的每对第二绕组的第二端共同提供第三三相输出。
[0008]在一个实施例中，中心抽头和第一组次级绕组对的第二端共同提供第一多相输出。
[0009]在一个实施例中，第二组次级绕组对的第二端与AC输入电压一起提供第二多相输出。
[0010]在一个实施例中，第一、第二和第三三相输出电压和第一多相输出电压中的每个是输入电压的约二分之一，并且第二多相输出电压与输入电压大约相同。
[0011]还公开了一种电源，诸如用于但不一定必须用于使用多相变压器的船舶或飞机。在一个实施例中，第一多相输出被提供给第一 18脉冲整流器，以提供第一 DC输出电压，并且第二多相输出被提供给另一 18脉冲整流器，以提供第二 DC输出电压，第二 DC输出电压优选高于第一 DC输出电压。因此，该单个电源可以代替以前使用的各种电源和变压器，减小整体尺寸，降低整体成本，减小整体重量，并允许系统的液体冷却。
[0012]本文中用于识别具有类似名称的部件或项目的“第一”、“第二”和“第三”并不一定表示顺序、优先性或重要性。
【附图说明】
[0013]图1是用于示例性多相自耦变压器的绕组图。
[0014]图2A是用于图1的示例性多相自耦变压器的示例性相量图。
[0015]图2B是具有在其上表示的线长度的图2A的示例性相量图。
[0016]图3示出用于与图1的示例性自耦变压器一起使用的示例性电源系统。
[0017]图4是使用液体冷却的示例性电源系统的图示。
[0018]本公开示出的每幅图显示了所呈现的实施例的方面的变体，并且将仅对差别详细讨论。
【具体实施方式】
[0019]在以下的详细描述中，将参考附图，其中附图形成本文的一部分并且通过说明、具体实施例或示例来示出。在若干图示中，相同的标记代表同一元件。本文中所描述的实施例是说明性的，用于教导本领域的普通技术人员的目的，并且这些实施例不旨在限制本公开的范围。另外，本文中所讨论的各种特性、功能和优点可以在不同的实施例中独立实现或者可以与其他实施例组合。
[0020]本文中使用的参考标号中的一些如下所示:
[0021 ] PWA、PWB、PWC:初级绕组 A、B 和 C ;
[0022]A、B、C:初级绕组的结点，初级绕组的端点；
[0023]CTA、CTB、CTC:初级绕组PWA-PWC的中心抽头或接触点；
[0024]TA1-TA4:初级绕组PWA的抽头或接触点；
[0025]TB1-TB4:初级绕组PWB的抽头或接触点；
[0026]TC1-TC4:初级绕组PWC的抽头或接触点；
[0027]SWA1-SWA4、SWB1-SWB4、SWC1-SWC4:次级绕组；
[0028]SA1-SA4:次级绕组SWA1至SWA4的外端或接触；
[0029]SB1-SB4:次级绕组SWB1至SWB4的外端或接触；以及
[0030]SC1-SC4:次级绕组SWC1至SWC4的外端或接触。
[0031]图1是示例性多相变压器10绕组图。变压器10具有以德尔塔即Λ (delta)结构被端至端连接的三个初级绕组PWA、PWB、PWC:初级绕组PWA的一端在结点B处被连接到初级绕组PWB的一端，初级绕组PWB的另一端在结点C处被连接到初级绕组PWC的一端，并且初级绕组PWC的另一端在结点A处被连接到初级绕组PWA的另一端。初级绕组PWA、PWB、PWC可以是串联连接的若干绕组或具有若干抽头点(tap point)的单个绕组。例如，初级绕组A可以被视为包括具有多个抽头点TA1、TA2、TA3、TA4、CTA的单个绕组，或初级绕组A可以被视为包括在结点TA1、TA2、TA3、TA4、CTA处串联连接的绕组PWA1、PWA2、...PWA6。
[0032]抽头点TA1和TA2相对于中心抽头点CTA对称并且在其相对侧。同样地，抽头点TA3和TA4相对于中心抽头点CTA对称并且在其相对侧。抽头点TA1和TA3在中心抽头CTA的一侧，而抽头点TA2和TA4在相对于抽头CTA的另一侧。在一个实施例中，抽头TA1、TB1、TC、TA2、TB2或TC2位于中心抽头与其相应的初级绕组的端之间的距离的三分一点处。
[0033]4个次级绕组SWA1、SWA2、SWA3以及SWA4分别被连接到抽头点TA1、TA2、TA3、TA4，并且分别具有输出或结点SA1、SA2、SA3以及SA4。
[0034]次级绕组SWB1、SWB2、SWB3、SWB4、SWC1、SWC2、SWC3 以及 SWC4 分别被连接到抽头点 TB1、TB2、TB3、TB4、TC1、TC2、TC3 以及 TC4，并且分别具有输出或结点 SB1、SB2、SB3、SB4、SC1、SC2、SC3 以及 SC4。
[0035]初级绕组PWA1、PWA6、PWB1、PWB6、PWC1以及PWC6各具有N3相对匝数；初级绕组PWA2、PWA5、PWB2、PWB5、PWC2以及PWC5各具有N2相对匝数；并且初级绕组PWA3、PWA4、PWB3、PWB4、PWC3 以及 PWC4 各具有 N1 相对匝数。次级绕组 SWA1、SWA2、SWB1、SWB2、SWC1 以及SWC2各具有N5相对匝数；并且次级绕组SWA3、SWA4、SWB3、SWB4、SWC3以及SWC4各具有N4相对匝数。“相对匝数”是指相对于另一绕组诸如初级绕组PWA1的匝数。优选地，匝数是整数。例如，如果N3(对于绕组PWA1)被定义为一(1)相对匝数，则在一个实施例中，N1将是 INT (N3*20.04/20.55)，N2 将是 ΙΝΤ(Ν3*25.90/20.55)，Ν4 将是 ΙΝΤ(Ν3*38.26/20.55)，并且 Ν5 将是 ΙΝΤ(Ν3*8.38/20.55)，其中，ΙΝΤ(χ)表示取整函数(integer funct1n)。如下所述，Nx的这些值从图2B中推导。在一个实施例中，N3实际上是20匝，因此N1实际上将是20匝，N2将是25匝，N4将是37匝，并且N5将是8匝。根据一些因素可以使用不同的匝数和比率，这些因素诸如但不限于:输入电压的频率、不同连接的子系统中的每个的电力需求、期望的输出电压、变压器10的最小无负载阻抗、芯材、芯横截面面积、材料饱和、损耗等。
[0036]现在考虑由变压器10提供的各种输出的布置和效果。三个初级绕组PWA，PWB和PWC被优选构造为在使用的制造技术、所用的材料、成本考虑以及时间考虑允许时接近相同。同样地，二次绕组SWA1、SWA2、SWB1、SWB2、SWC1以及SWC2被优选构造在使用的制造技术、所用的材料、成本考虑以及时间考虑允许时接近相同。此外，次级绕组SWA3、SWA4、SWB3、SWB4、SWC3以及SWC4被优选构造为在使用的制造技术、所用的材料、成本考虑以及时间考虑允许时接近相同。
[0037]在中心抽头处的电压是结点之间的电压的二分之一。S卩，例如，在中心抽头CTA处的电压将是结点A和B之间的电压VAB的二分之一，并且中心抽头CTB和CTC处的电压也是如此。因此，三个中心抽头的输出电压将是输入电压的二分之一。例如，如果输入是三相、230伏，则由中心抽头共同提供的输出将是三相115伏。注意的是，由于这是三相系统，线到线电压(VAB、VBC、VCA)将是230 V 3或大约400伏，所以中心抽头到中心抽头的输出电压将是115 V 3或大约200伏。中心抽头C