专利名称：用于提供磁耦合器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于提供磁耦合器的方法和装置。
技术背景磁耦合器(多相间变压器)例如用于连接负载到多相电源。 使用多相电源是已知的，所述多相电源可以产生彼此相对角偏移的N个周期的供电电流或电压，其中N是大于或等于4的整数。在 使用的供电电流或电压之间的角偏移在0和2Ti孤度之间被均匀地分 配。27l弧度的角偏移对应于电流或电压的周期。已知的磁耦合器包括几对绕组，每对绕组由第一和第二相邻的绕 组构成，它们借助于磁性材料制成的芯子或磁心相互地进行磁连接。 在以下的文章中描述了已知的磁耦合器的不同的结构"Modeling and Analysis of Multi-Interphase Transformers for Connection Power Converters in Parallel", IN GYU PARK and SEON IK KIM ， Dept.of Control and Instrumentation Eng.， Wonkwang University, Iksan， chonbuk， 570-749 Korea, IEEE 1997。用于提供这些耦合器的已知的方法是对每对绕组的第一绕组提 供相对于同对的第二绕组的供电电流或电压角偏移一个角度a的供电 电: 充或电压。在已知的方法中，对于每对绕组，角a等于27i/N。 这样提供的磁耦合器能够正确地工作，但是其是笨重的。因而需 要减少这些磁耦合器的尺寸。发明内容因而，本发明的目的在于提供一种用于提供磁耦合器的方法，该方法对于相同的性能等级能够减少磁耦合器的尺寸。因而本发明的目 的在于提供一种用于提供磁耦合器的方法，其中对于至少一对绕组，角a的绝对值大于或等于4ti/N。已经观察到，对于相同的性能等级，对于至少一对绕组选择角a 绝对值大于或等于4tc/N能够减少通过连接这对绕组的磁心的最大磁 通。实际上，通过对于至少一对绕组的角a的绝对值强加这种类型的值，使得接近于这对绕组的供电电流或电压的角偏移等于7l的情况，这相当于最佳地减少在连接这两个绕组的磁心中可以观测到的最大 磁通。因为通过磁心的截面的最大磁通被减小，便可以减小该磁心的尺 寸，这样，便可以减小耦合器的尺寸。此外，因为N个供电电流或电压的角偏移的角度分布，在由这 种耦合器供电的负栽中的电流或电压的谐波被减少。这种供电方法的实施例可以包括以下的一个或多个特征-对于每对绕组，角a的绝对值大于或等于4ti/N;-对于每对绕组，角a的绝对值在兀-27i/N弧度和71+2ti/N弧度之间；-当N是奇数时，角a的绝对值等于(N-l)/2.(27i/N); -当N是4的倍数时，角a的绝对值等于[(N/2)-l.(27i/N);以及 -当N是偶数时，对于N/2-l对绕组，角a等于(N/2)-ll.(2rc/N)， 对于两对绕组，等于7t,对于其它对绕组，等于-(N/2)-1.(2tt/N)。 这些供电方法的实施例还具有以下优点-对于每对绕组，选择其绝对值大于或等于4ti/N的角a，使得 能够减小磁耦合器的尺寸；-对于每对绕组，选择绝对值在7l-27l/N弧度和tc+2tc/N弧度之间的角a，使得能够获得磁耦合器的尺寸的最佳的减小；以及-对于每对绕组，使用前面提供的公式以按照N的值计算角a， 使得能够获得接近于7l的角偏移，因此获得磁耦合器的尺寸的最佳减 小。本发明的目的还在于，提供一种用于向电偶极子供电的装置，该装置包括-N相电源，这些相之间的角偏移被规则地分布在0和2;c弧度 之间，N是大于或等于4的整数；-用于使该电源的每相同时和所述电偶极子相连的磁耦合器，所 迷磁耦合器包括多对绕组，每对绕组由笫一和第二相邻绕组构成，它 们借助于磁性材料制成的芯子彼此磁连接，每对绕组的第 一绕组由所 述电源的一相供电，该相相对于对同 一对绕组的第二绕组供电的电源 的相角偏移一个角度a;以及对于至少一对绕组，角a的绝对值大于或等于4冗/N。这种装置的实施例可以包括一个或多个下述特征-对于每个第 一对绕组，磁耦合器包括和所述第 一对绕组相关联 的笫二对绕组，每个第二对绕组由第三和第四相邻绕组构成，所述第 三和第四相邻绕组借助于由磁性材料制成的同一个芯子被相互磁性相连，并和相关联的第一对的第一和第二绕组磁性相连，第二对绕组 和相关联的第一对绕组电绝缘，只有第一和第二绕组和电源的相相 连，只有第三和第四绕组和电偶极子相连；—每对绕组的第一绕组直接和电源的多个相中的一个相相连，而 同一对绕组的第二绕组借助于另一对绕组的第一绕组和电源的不同 的相相连；-每对绕组的第一和第二绕组直接和电源的各相应相相连； —每对绕组在磁性上独立于其它对绕组； -磁对的每个第一或第二绕组都属于第一和第二对绕组； -每个绕组被绕在由磁性材料制成的具有第一和第二端的分支上，每个分支的第一端借助于由磁性材料制成的第一腿磁性相连，每个分支的第二端借助于磁性材料制成的第二腿磁性相连，所述第一和第二腿的每一个描绘一个连接所有分支的环；-电源的每个相强加一个供电电流或电压，这些供电电流或电压的波形都相同，但是具有大約等于2ti/N的倍数的角偏移。施例还具有以下的优点-和每个第一对绕组关联的第二对绕组的使用使得能够获得负栽相对于电源的电绝缘；一每对绕组和其他对绕组在机械上隔离这个事实使得能够使用 具有两个绕组的变压器来提供磁耦合器，这有助于用标准磁心生产所 述磁耦合器；-每个绕组属于笫一和第二对磁绕组这个事实平衡在磁耦合器 中的电流或电压，这使得能够减小磁耦合器的尺寸。
通过结合附图阅读仅以举例方式提供的下面的说明，可以更好地 理解本发明，其中图l是用于借助于磁耦合器对负栽供电的第一装置的电路图；图2表示图1的装置的电源的相的分布；图3是在图1的装置中用于对磁耦合器供电的方法的流程图；图4和图5分别是用于借助于磁耦合器向负载供电的装置的第二 和第三实施例的电路图；图6是用于表示可以在图1、图4以及图5的装置中使用的整体 式的磁耦合器的结构的透视图；以及图7表示可以在图1、图4和图5的装置中使用的另一种整体式 磁耦合器的结构。
具体实施方式
图l表示用于对电偶极子4供电的装置2。在这种情况下，偶极 子4借助于配备有输入端8的滤波器6和装置2相连。 偶极子4例如是电阻器。滤波器6例如是只包括和偶极子4的各端并联连接的滤波电容 12的滤波器。在这种情况下，装置2使得能够避免使用滤波电感器。 装置2包括多相电压源16和用于把电压源16连接到偶极子4的磁耦合器18。电源16是N相电源，其中N是大于或等于4的整数。因而电源 16提供N个电压Vi，其中值i是在O和N-l之间的相数。按照惯例， 在电压V0和Vi之间的角偏移等于2Td/N。因而在电压V0到V^之 间的各角偏移被在0和2兀弧度之间规则地分布，如图2所示。在图2中，每个矢量对应于电压Vi,该矢量的模对应于电压的 基波分量的模，该矢量相对于X轴的角度对应于其相对于电压V0的 基波分量的相位移。如图所示，当电压V0到Vw的基波分量的相位 移规则地分布时，在图2中的图上两个相继的电压矢量之间的相位移 的角度等于2兀/N。在这种情况下，电压V0到V^的幅值都相同，因为所有电压 V0到Vj^都具有相同的周期波形，它们彼此相互偏移等于2ti/N弧度 的角偏移。在图1中，电源16被表示为供给电压V0到的N个单相电 压源S。到S^的形式。借助于图示，由每个电源Si产生的电压的角 偏移可以是规则的，以便对应于电压V0到V^中的任何一个。电压 V0到Vw不由电源S。到SpM按照顺序被产生，这将由后面看出。 为了简化图l,只示出了 3个电压源S0， S!和Sn 电源16例如是多相供电网、多相电压逆变器或斩波器、由二极 管和晶闸管构成的可控电压整流器、或者是"回扫"电源的初级 (primary stage)。这些周期电压Vi不必是正弦的，例如可以是矩 形的或者是三角形的，并且可以包括连续分量。在这个实施例中，耦合器18包括N个单相变压器Tr。到Tr^。 每个变压器包括一次绕组eu和相邻的二次绕组e2i,它们借助于磁心 ni相互磁耦合，其中i是和前面使用的相同的值。每个变压器构成一对绕组，它们借助于磁心相互磁连接。 在这种情况下，N个变压器Tri相互之间是磁无关的。 为了简化该图，图1中只示出了 3个变压器Tro， Ti 和Tr 。 每个一次绕组eu借助于一端直接连接到电源Sj。每个变压器Trj的二次绕组借助于变压器TrM的一次绕组ei，M 连接到电源S"。如果值i等于0，则二次绕组e2。借助于变压器Tr^ 的绕组 e!， n-i连接到电源Sn-i。不和一个电源&相连的每个二次绕组的端部被直接连接到中点 24，中点24本身被直接连接到滤波器6的输入端8。现在结合图3的方法说明关于图2的i殳备的操作方式。首先，在步驟30期间，用这种方式调节每个电源S。到S^的角 偏移，使得每个变压器的一次绕组e"的供电电压相对于同一变压器的 二次绕组e2i的供电电压偏移一个角度a，其绝对值大于47i/N。在这种 情况下，用这种方式调节电源So到S^的角偏移，使得对于每个变压 器的绕组，角CX的绝对值在7l-27l/N弧度和tt+2ti/N弧度之间。更具体地说，用这种方式调节电源Si的角偏移，使得在绕组e" 和绕组e2i的供电电压之间的角偏移的绝对值等于(N-1)/2.(2tc/N)，如果N是奇数；以及(N/2)-1.(2tc/N)，如果N是4的倍数。当N是偶数时，对于前面N/2-l个变压器，角a等于 [(N/2)-11.(2tt/N)，对于第N/2和第N个变压器，等于兀，对于其它变 压器，等于-(N/2)-11.(2tt/N)。当N是4的倍数时，可以应用用于计算角a的两个公式，因为此 时N也是偶数.接着，在步骤34期间，利用如下供电电压对每个变压器的绕组 供电所述供电电压彼此之间具有等于在步骤30期间确定的角a的角 偏移。这个类型的角a的选择尽可能地减少通过磁心iiq到的横截面 的最大磁通，因而可以减小所述横截面，这使得减小耦合器18的总 尺寸。通过磁心的横截面的最大磁通被减少是因为，增加一次绕组和 二次绕组之间的相位移意味着远离饱和，在饱和时，在给定的时刻， 由这两个绕组产生的最大磁场在磁心内部被组合。图4表示用于对偶极子4供电的装置40的第二实施例。在图4中，已经参照图l说明过的元件具有相同的标号。装置40包括电源16和磁耦合器42。耦合器42和耦合器18的 区别仅在于，每个变压器的一次绕組和二次绕组都直接和各自的电压 源Si相连。供电方法和参照图3所述的相同。这种供电方法也使得能 够减少通过每个磁心n。到njsM的横截面的最大磁通。图5表示用于对偶极子4供电的装置50的第三实施例。在该图 中，已经参照图l说明过的元件具有相同的标号，这里只说明和装置 2相比时的差别。在图5中，滤波器6不必包括电感线團。装置50包括借助于磁耦合器54连接到偶极子4的电源16。在耦合器54中中点24被连接到参考电势1V^ ，而不再连接到滤 波器的输入端8。在这个实施例中，除去一对绕组eu和e2i之外，每个变压器Tn 包括一对绕组e3i和e4i。绕组e3i和e4i借助于磁心 和绕组以及e2i磁耦合。绕组对&和C4j和绕组di、 C2i 电绝缘。绕组e3i的一端借助于二极管dj连接到公共点58。 二极管di的阴 极面向公共点58。公共点58被直接连接到滤波器6的输入端8。绕组e3i的另一端被直接连接到下一个变压器Trw的绕组e4，i+1 的一端。不和绕组e3i相连的绕组e4, w的一端被连接到与电势Mi电绝缘的参考电势M2。不和公共点58相连的绕组e3，^的一端被直接连接到绕组e卯的-一 。用于对耦合器54供电的方法和参照图3所述的相同，因此能够 减小这种耦合器的尺寸。图6表示可用于代替磁耦合器18、 42和54的整体的磁耦合器 60。和耦合器18、 42以及54不同，这种耦合器60不由多个每个具 有独立于其它的磁心ni的磁心的单相变压器构成。在这种情况下，耦合器60包括具有多个水平分支B。到Bj^的整体磁心62。在图6中，N等于5。分支Bo到Bj^的左手端借助于垂 直的环形腿64彼此磁连接。分支Bo到Bn.,的右手端借助于在右方的 另 一个直立的垂直的环形腿66彼此磁连接。在这种情况下，每个腿64和66形成一个自身闭合的环或环路， 并且连接所有的分支Bi。围绕每个水平分支Bi的导体形成绕组ei。每个绕组ei的一端被 直接连接到公共点68，公共点68例如借助于滤波器6被直接连接到 偶极子4。每个绕组ei的另一端被连接到电源16的各相应电源Si。在这种情况下，由两个相继的水平分支Bi， Bw支撑着的相邻 绕组ei， ew形成一对借助于心62彼此磁连接的相邻绕组。不过，和 前一个实施例不同，在这种情况下， 一个绕组可以属于两个不同对的 相邻绕组。这种情况在图6中借助于绕组e2被示出，其与绕组d形成 第一对绕组并与绕组e3形成第二对绕组。用于对耦合器60供电的方法和参照图3所述的相同。使用图3 的供电方法使得能够减小通过腿64和66的横截面的最大磁通，以这 样的一种方式，可以减小耦合器60的尺寸。图7表示可用于代替磁耦合器18， 42和54的支架状的整体式磁 耦合器70。在图7中，已经参照图6说明的元件具有相同的标号。 耦合器70和耦合器60的区别主要在于，垂直腿64和66分别由 垂直的立柱74、 76代替。这样，立柱74和76磁连接分支B。到Bim 的端部。不过，在这个实施例中，立柱74和76不构成其自身闭合并 连接所有的分支Bi的环路或圆环。图7所示的其它特征和图6所示的相同，将不再进行说明。 用于对耦合器70供电的方法和参照图3所示的相同。 上述的供电装置和供电方法的许多其它的实施例都是可能的。例 如，可以由可调的单相电流源代替电源16的单相电压源。在这种情 况下，除去角度a表示在一对绕组的供电电流之间的角偏移并且滤波器6没有电感线围之外，供电方法和图3的相同。在图5的实施例中，绕组eu和e2，w可以在电源和第一参考电势 ]V^之间并联连接，而不如参照图5所述的串联连接。类似地，绕组 e3i和绕组e4，i+1也可以在公共点58和第二参考电势M2之间并联连接， 而不串联连接。优选地，电源16由N个单相电源构成，其角偏移是不可调的。 在这些条件下，图3中的方法的步骤30借助于把绕组eu和e2i连接到 合适的单相电源来实现，以便获得角偏移a。
权利要求
1.一种通过使用彼此相对角偏移的N个周期性供电电流或电压对磁耦合器进行供电的方法，所述使用的N个供电电流或电压之间的角偏移规则地分布在0和2π弧度之间，N是大于或等于4的整数，所述磁耦合器包括多对绕组，每对绕组由借助于磁性材料制成的芯子相互磁连接的第一和第二相邻绕组构成，所述方法还包括对每对绕组的第一绕组提供(34)相对于同一对绕组的第二绕组的供电电流或电压角偏移α的供电电流或电压，其特征在于，对于至少一对绕组，角α的绝对值大于或等于4π/N。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每对绕组，角a 的绝对值大于或等于4ti/N。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，对于每对绕组，角a 的绝对值在7i-2;t/N和tt+2ti/N之间。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，-当N是奇数时，角a的绝对值等于l(N-l)/2.(27i/N); -当N是4的倍数时，角a的绝对值等于[(N/2)-l.(2;r/N);以及 -当N是偶数时，对于N/2-l对绕组，角a等于(N/2)-ll.(27t/N), 对于两对绕組，等于tc，对于其它对绕组，等于-1(N/2)-1.(2tt/N)。
5. —种用于对电偶极子供电的装置，包括 -具有N相的电源(16)，这些相之间的角偏移规则地分布在O和2Ti弧度之间，N是大于或等于4的整数；—用于使该电源的每相同时连接到所述电偶极子的磁耦合器 (18; 42; 54; 60 )，所述磁耦合器包括多对绕组(e2i， ^， ei+1)， 每对绕组由笫一和第二相邻绕组构成，它们借助于磁性材料制成的芯 子相互磁连接，每对绕组的第一绕组由所述电源的一相供电，该相相 对于对同一对的第二绕组供电的电源的相偏移一个角度a;其特征在 于，对于至少一对绕组，角a的绝对值大于或等于4tt/N。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，-对于每个第一对绕组，磁耦合器(54)包括和所述第一对绕组 相关联的第二对绕组，每个第二对绕组由笫三和第四相邻绕组(e3i， e4i) 构成，所述第三和第四相邻绕组借助于由磁性材料制成的同一个芯子 相互磁性相连并和相关联的第一对绕组的第一和第二绕组磁性相连， 笫二对绕组和相关联的第一对绕组电绝缘，只有笫一和第二绕组(eu， e2i)和电源的相连接，只有第三和第四绕组(e3i， e4i)和所述电偶极子 连接。
7. 如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，每对绕组的第一 绕组(ej直接和电源的多个相中的一个相相连，而同 一对绕组的第二 绕组借助于另 一对绕组的第 一绕组和电源的另 一相相连。
8. 如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，每对绕组的第一 和第二绕组直接和电源的相应相相连。
9. 如权利要求5到8中任一项所述的装置，其特征在于，每对绕 组在磁性上独立于其它对绕组。
10. 如权利要求5到8中任一项所述的装置，其特征在于，每个 第一或第二绕组都属于第一和第二对绕组。
11. 如权利要求10所述的装置，其特征在于，每个绕组被绕在由 磁性材料制成的具有第一和第二端的分支上，每个分支的第一端借助 于由磁性材料制成的第 一腿磁性相连，每个分支的第二端借助于由磁 性材料制成的第二腿磁性相连，所述第一和第二腿的每一个形成一个 连接所有分支的环.
12. 如权利要求5到11中任一项所述的装置，其特征在于，电源 的每个相施加一个供电电流或电压，这些供电电流或电压的波形都相 同，但是具有大約等于2ti/N的倍数的角偏移。
全文摘要
本发明涉及一种用于对磁耦合器供电的方法，所述磁耦合器包括多对绕组，每对绕组由借助于磁性材料制成的磁心彼此磁耦合的第一和第二相邻的成对绕组构成。所述方法还包括对每对的第一绕组提供(34)相对于同对的第二绕组的供电电压或电流相位偏移一个角度的供电电压或电流。对于至少一对绕组，所述角度的绝对值大于或等于4π/N。
文档编号H02M7/48GK101243604SQ200680029948
公开日2008年8月13日 申请日期2006年7月4日 优先权日2005年7月5日
发明者埃里克·拉博莱, 弗兰柯伊斯·福莱斯特, 弗莱德里克·理查德尤, 泰瑞·安东尼·梅纳德 申请人:国家科研中心;蒙彼利埃第二大学;图卢兹聚合技术国家研究所