专利名称：一种三相电平衡装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种三相电平衡装置。
背景技术：
最常见的三相电，在理想状态下，其线电压为交流380V，其相电压为交流220V。世界范围还有其它电压规格制式的三相电。三相四线制是最常见的三相输送电的方式和三相取用电的方式。理想状态下，三相电是平衡的，即每一相的相电压是相等的；但是，在实际中，由于三相负载不平衡、即各相的负载大小不同，所以造成了三相电的不平衡、即三路的相电压大小不等。在现有技术中，为了使不平衡的三相电压达到平衡，有不少的技术方案；然而，现有技术的平衡方案均存在如下的不足技术方案复杂、可靠性低和维护成本高。
发明内容
为了解决技术方案复杂、可靠性低和维护成本高的问题，本发明提出了以下技术方案。1. 一种三相电平衡装置，包括三相四线制的交流输入端；所述的交流输入端包括:A纟而、B纟而、C纟而和中性线的N立而；包括第一单 相变压器，第二单相变压器，第三单相变压器，三相四线制的交流输出端；第一单相变压器包括1号初级线圈、I号次级线圈、2号次级线圈和3号次级线圈；第二单相变压器包括2号初级线圈、4号次级线圈、5号次级线圈和6号次级线圈；第三单相变压器包括3号初级线圈、7号次级线圈、8号次级线圈和9号次级线圈；所述的三相四线制的交流输出端包括U端、V端、W端和中性线的N'端；N端和N'端位于同一根中性线上；A端，I号初级线圈的同名端、异名端，N端顺序串联连接；B端，2号初级线圈的同名端、异名端，N端顺序串联连接；C端，3号初级线圈的同名端、异名端，N端顺序串联连接；U端，I号次级线圈的同名端、异名端，5号次级线圈的异名端、同名端，8号次级线圈的异名端、同名端，N'端顺序串联连接；V端，4号次级线圈的同名端、异名端，9号次级线圈的异名端、同名端，3号次级线圈的异名端、同名端，N'端顺序串联连接；W端,7号次级线圈的同名端、异名端,2号次级线圈的异名端、同名端,6号次级线圈的异名端、同名端，N'端顺序串联连接；在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。2.所述的单相变压器，在初级线圈施加220V、50Hz、正弦波交流电的时候，其次级线圈输出的交流电为109V 112V。3.所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为 100 49. 5 50. 5。4.所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100 51 53。本发明的有益效果是使不平衡的三相电压基本达到平衡；方法简单，使用寿命极长，可靠性高、不需要维护；如果采用进一步的技术方案，还能一并解决三相电不平衡、电压偏低的问题。
图1是本发明的电原理图，线圈中有小黑点的一端为同名端，另一端为异名端；图2是电压向量图之一；图3是电压向量图之二；图4是电压向量图之三；图5是电压向量图之四；图6是电压向量图之五；图7是电压向量图之六；图8是图1的简化图；图9是本发明某一使用情况的示意图。图中标号说明A是A端；B是B端；C是C端；FZ是负载；N是N端；N'是N'端；NI是I号初级线圈；N2是2号初级线圈；N3是3号初级线圈；NC_1是I号次级线圈；NC_2是2号次级线圈；NC_3是3号次级线圈；NC_4是4号次级线圈；NC_5是5号次级线圈；NC_6是6号次级线圈；NC-7是7号次级线圈；NC-8是8号次级线圈；NC_9是9号次级线圈；SPZ是三相电平衡装置；SXDY是三相电源；T1是第一单相变压器；T2是第二单相变压器；T3是第三单相变压器；U是U端；V是V端；VAN是输入电压；VBN是输入电压；VCN是输入电压；VT1C是第一单相变压器次级线圈的电压向量；VT2C是第二单相变压器次级线圈的电压向量；VT3C是第三单相变压器次级线圈的电压向量；VUN'是输出电压；VVN'是输出电压；VWN'是输出电压3是V端。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式首先，对本发明的技术方案作总体的描述、说明和解释。本发明技术方案的总体描述如下。本发明的一种三相电平衡装置，包括三相四线制的交流输入端；所述的交流输入立而包括A 2而A、B 2而B、C 2而C和中性线的N 2而N ;特别是包括第一单相变压器Tl，第二单相变压器T2，第三单相变压器T3，三相四线制的交流输出端；第一单相变压器Tl包括1号初级线圈Nl、l号次级线圈NC-1、2号次级线圈NC-2和3号次级线圈NC-3 ;第二单相变压器T2包括2号初级线圈N2、4号次级线圈NC_4、5号次级线圈NC-5和6号次级线圈NC-6 ;第三单相变压器T3包括3号初级线圈N3、7号次级线圈NC-7、8号次级线圈NC-8和9号次级线圈NC-9 ；所述的三相四线制的交流输出端包括U端U、V端V、W端W和中性线的N'端N'；N端N和N'端N'位于同一根中性线上；A端A, I号初级线圈NI的同名端、异名端，N端N顺序串联连接；B端B，2号初级线圈N2的同名端、异名端，N端N顺序串联连接；C端C，3号初级线圈N3的同名端、异名端，N端N顺序串联连接；U端U, I号次级线圈NC-1的同名端、异名端,5号次级线圈NC-5的异名端、同名端，8号次级线圈NC-8的异名端、同名端，N'端N'顺序串联连接；V端V, 4号次级线圈NC-4的同名端、异名端,9号次级线圈NC_9的异名端、同名端，3号次级线圈NC-3的异名端、同名端，N'端N'顺序串联连接；W端W，7号次级线圈NC-7的同名端、异名端，2号次级线圈NC_2的异名端、同名端，6号次级线圈NC-6的异名端、同名端，N'端N'顺序串联连接；在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。本发明技术方案的总体描述如上；以下对技术方案作总体的说明和解释。说明解释I。第一单相变压器，第二单相变压器，第三单相变压器，该三个变压器，就自身而言是完全相同的。说明解释2。同名端和异名端，参见图1 ;图中，小黑点的线圈端为同名端，另一端为异名端。在电路分析时，可以将第一单相变压器Tl作为一个独立的小系统进行分析，将第二单相变压器T2作为一个独立的小系统进行分析，将第三单相变压器T3也作为一个独立的小系统进行分析。每一个单相变压器，其内部的电势按小黑点所在的端部保持一致；以第一单相变压器Tl为例进行说明1号初级线圈的同名端、I号次级线圈的同名端、2号次级线圈的同名端、3号次级线圈的同名端，该四个同名端在某一瞬间为高电势，等等。第二单相变压器T2和第三单相变压器T3在其它的不同瞬间，也可以进行类似的分析。但是，如果在某一瞬间同时考察三个单相变压器，则有不同的情况当第一单相变压器Tl内的初级线圈的同名端、次级线圈的同名端为高电势时，第二、第三单相变压器内线圈的同名端并不为高电势。第一单相变压器Tl中各线圈同名端的电势，与交流输入A端趋于保持同极性；第二单相变压器Tl中各线圈同名端的电势，与交流输入B端趋于保持同极性；第三单相变压器T3中各线圈同名端的电势，与交流输入C端趋于保持同极性。在理想的、不存在问题的情况下，交流输入的A端、B端、C端，每一端的交流电以正弦波发生大小和方向的变化;A端、B端、C端，它们的相位差各为120°角度。在实际的情况下，A端、B端、C端，它们的相位差可能是各为120°角度，也可能是在120°角度的基础上有所偏离。
说明解释3。在本发明中，N端和N'端位于同一根中性线上；从理论上讲，中性线视为无电阻存在，N端和N'端的电位相同；从实际上讲，中性线的粗细足以承载流过的电流，N端和N'端的电位非常接近，其电位差忽略不计，两者的电位视为相同。说明解释4。关于交流输出的VUN'电压、VVN'电压、VWN'的电压。VUN'输出电压由三个电压叠加而成，其分别是1号次级线圈NC-1的感应电压(正向叠加)，5号次级线圈NC-5的感应电压(反向叠加)，8号次级线圈NC-8的感应电压(反向叠加)。I号次级线圈NC-1的感应电压，其方向及大小与VAN电压的方向及大小相关；5号次级线圈NC-5的感应电压，其方向及大小与VBN电压的方向及大小相关；8号次级线圈NC-8的感应电压，其方向及大小与VCN电压的方向及大小相关。从以上的分析可知VUN'输出电压，暗含了 VAN、VBN、VCN三个输入电压方向及大小的因素。观察图1可知，与上述情况类似，VVN/输出电压是由其它的三个电压叠加而成；VWN'输出电压是由另外的三个电压叠加而成。从而可以得出结论不论是VUN'输出电压、还是VVN'输出电压、或者是VWN'输出电压，均暗含了 VAN电压、VBN电压、VCN电压的方向及大小因素。本发明装置的目的和效果是如果VAN、VBN、VCN三个输入电压不平衡，经本发明装置的作用后，VUN'、VVN'、VWN'输出电压趋向平衡。以上从定性的层面上，粗略地对本发明进行了说明和解释。在后面的实施例中，还有更详尽的说明和解释。上面，对本发明的技术方案作总体的描述、说明和解释。下面，对本发明进一步的技术方案作描述、说明和解释。进一步的技术方案I。所述的单相变压器，在初级线圈施加220V、50Hz、正弦波交流电的时候，其次级线圈输出的交流电为109V 112V。说明和解释如下。在本技术方案中，三只单相变压器相同；所有的单相变压器理想技术指标是当变压器初级线圈施加220V(50Hz、正弦波)时，其三个次级线圈的输出电压为交流IlOV ;如果初级线圈输入220V、三个次级线圈输出110V，则本发明装置的三个输出端(U、V、W)的相电压，不仅明显解决三相不平衡的问题，并且三个输出端的相电压大小均能紧密围绕220V的电压值。次级线圈输出的交流电为109V 112V，是允许的误差电压范围；还是以次级线圈输出为IlOV最佳。进一步的技术方案2。所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为 100 49. 5 50.5。说明和解释如下。
大多数的情况下，三相电的额定相电压(或者称标称相电压)为交流220V，如上面进一步的技术方案I所介绍的情况；但是，也有一些情况，所需要的三相电，其相电压不是220V ；比如，某一大功率电机，其驱动电源为三相电，为了人身安全，相电压为24V，在此种情况下，可采用本进一步的技术方案。继续以上述情况为例，本发明装置中的三个单相变压器相同，所有单相变压器的理想技术指标是当变压器初级线圈施加24V时，其三个次级线圈的输出电压为交流12V ；如果初级线圈输入24V、三个次级线圈输出12V，则本发明装置的三个输出端(U、V、W)的相电压，不仅明显解决三相不平衡的问题，并且三个输出端的相电压大小均能紧密围绕24V的电压值。本技术方案中，初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100 49. 5 50. 5，该比值为允许的数值，最好还是能够实现100 50。以上举例说明的是相电压为24V的情况；如果相电压为其他电压大小的情况，也可以用本发明装置解决三相不平衡的问题，运用本专利文件阐明的相关原理，阅读者可以方便地自行推演。进一步的技术方案3。所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为 100 51 53。出现三相电不平衡的地方，往往相电压全部偏低；采用本进一步的技术方案，可以一并解决电压偏低和三相电不平衡的问题。举例，某处三相电源所供的交流电，相电压分别为212V、214V、216V，属于三相电偏低且不平衡。为此，本发明装置中的三个单相变压器设计、制造为初级线圈施加的交流电压为220V时，次级线圈输出的交流电压全部为113V ;也就是讲，初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100 51.36。当电压之比为100 51. 36的三个单相变压器制造出来后，按图1接线并通电后，三个输出的相电压VUN'、VVN'、mv，不仅不平衡的状态大为改善，而且总体来说，三相电压也得到了提高。实施例一设计、制造的三只单相变压器完全相同；并且，每一只单相变压器中，三个次级线圈的匝数完全相同。在单相变压器制造完成后，当初级线圈施加220V交流电压时，三个次级线圈均输出IlOV交流感应电压。显然，初级线圈的电压，次级线圈的电压，它们的电压比为1: 0.5。为了实现电压比为1: 0.5的技术效果，将初级线圈的匝数和次级线圈的匝数之比确定为
I 0. 5+X。上述X为附加系数，如果在设计制造中，没有考虑此附加的X，则制造出来的单相变压器，在初级线圈施加220V交流电压时、次级线圈的输出电压不足110V。在交流电为正弦波、50Hz的条件下，一个单相变压器，其输入的初级线圈施加交流220V，其三个次级线圈均输出的IlOV交流电，并且三个次级线圈输出的电流大小视为相
坐寸o
具体的详细设计、制造，则对现有技术而言，是极为轻而易举的事情，不存在任何难题。实施例二设计、制造完全相同的三只单相变压器；即在图1中，标号为T1、T2和T3的三只变压器完全相同。每一个单相变压器具有如下技术参数初级线圈施加220V交流电压时，三个次级线圈均输出IlOV交流感应电压，即初级电压和次级电压之比为1: 0.5。按图1所示的电原理图接线；当八端、B端、C端输入不平衡的三相电时，U端、V端、W端输出较为平衡的三相电。详细说明、解释如下。说明、解释一。假设VAN电压(A和N之间的相电压)为220V ；VBN电压(B和N之间的相电压)为214V;VCN电压(C和N之间的相电压)为226V。上述三电压为不平衡，它们的电压向量图参见图2 ;图2也是三个单相变压器初级线圈所接入的电压向量图。图2中，以逆时针旋转方向为顺序。图3是三个变压器次级线圈的电压向量图，对此，有以下的a、b、c、d说明和解释a.图3中，标号为VTlC的矢箭是第一单相变压器次级线圈的电压向量，由于I号次级线圈、2号次级线圈和3号次级线圈的电压向量相同,所以用标号为VTlC的电压向量来
一并代表三者。b.图3中，标号为VT2C的矢箭是第二单相变压器次级线圈的电压向量，由于4号次级线圈、5号次级线圈和6号次级线圈的电压向量相同,所以用标号为VT2C的电压向量来
一并代表三者。c.图3中，标号为VT3C的矢箭是第三单相变压器次级线圈的电压向量，由于7号次级线圈、8号次级线圈和9号次级线圈电压向量相同,所以用标号为VT3C的电压向量来一并代表二者。d.图3的向量图形相当于用图2的向量图形按50%缩小绘制，即图3中的向量幅值为图2中向量幅值的一半，其原因在于初级电压和次级电压之比为1: 0. 5。说明、解释二。输出电压VUN' (U和N'之间的相电压)可以用作图法求得，见图4。图4中VT2C作了 180°角度的旋转、VT3C也作了 180°角度的旋转；旋转180°角度的原因是图1中，5号次级线圈和8号次级线圈以反相(同名端、异名端顺序颠倒)状态进行串联。由作图法可求得VUN'为220V，角度为1°。输出电压VVN' (V和N'之间的相电压)也可以用作图法求得，见图5。图5中VT3C作了 180°角度的旋转、VTlC作了 180°角度旋转；旋转180°角度的原因是图1中，9号次级线圈和3号次级线圈以反相(同名端、异名端顺序颠倒)状态进行串联。由作图法可求得VVN'为218. 52V，角度119°。输出电压VWN' (W和N'之间的相电压)同样可以用作图法求得，见图6。图6中，VTlC作了 180°角度的旋转、VT2C作了 180°角度旋转。旋转180°角度的原因是图1中，2号次级线圈和6号次级线圈以反相(同名端、异名端顺序颠倒)状态进行串联。由作图法可求得VWN'为221. 52V，角度239°。将电压向量VUN'、穩丨和VWN'集中绘制于图7中。VUN'为220V，角度1° ；VVN'为 218. 52V，角度 119° ;VWN'为 221. 52V，角度 239°。说明、解释三。输入电压VAN为220V ;VBN为214V ;VCN为226V ;则平均不平衡电压差为6V，最大不平衡电压差为为12V。输出电压VUN/为220V, VVN'为218. 52V, VWN'为221. 52V ;则平均不平衡电压差为1. 5V，最大不平衡电压差为3V。由此可见，不平衡的三相输入电压，经本发明装置作用后，输出了较为平衡的三相输出电压。实施例三在本实施例中，有一厂家大规模生产精密仪器，该精密仪器对三相供电电源的要求较高，需要三相电的相电压基本平衡。精密仪器耗电为3KVA。下面，通过说明如何配置本发明的三相电平衡装置，进一步说明本发明装置的技术方案之原理。发明装置输出功率为3KVA ;发明装置输出相电压为交流220V;发明装置的输出电流为三路(U、V、W)，每一路电流=3KVA + 3 + 220V = 4. 55A。在本发明装置中，共使用三只相同的单相变压器。在每只变压器中初级线圈为一个、初级线圈电压220V，次级线圈共三个，次级线圈电压IlOV ;每个次级线圈的电流为4. 55A。每只单相变压器的输出功率=3X4. 55AX110V = 1500VA =1. 5KVA，式中的3，其对应的是每只单相变压器中有3路次级线圈输出；输入功率约等于输出功率1. 5KVA。以上是理论层面的初步估算。以下，在理论估算的基础上，进行实际的工程设计、计算和调整。输入功率=1. 5KVAX110%=1. 65KVA ;输出功率=1. 65KVA。前面的110%中含有10%的余量，该余量是考虑到涡流损耗、励磁电流损耗、铜线损耗，等等；属于变压器技术领域常规的设计、计算所使用的措施。按1. 65KVA功率,查找有关数据表,选择、确定合适的砂钢片型号、规格、牌号等。上述“有关数据表”，在众多的变压器技术书籍和手册中为常见。初级线圈的电流=1. 65KVA + 220V = 7. 5A，并由此确定初级线圈的铜线直径。初级线圈的匝数要和铁心(矽钢片)的情况配套考虑。铁心(矽钢片)的情况，除了要考虑矽钢片的型号、规格、牌号等，还要考虑矽钢片的叠厚，即还要考虑铁心的截面积。初级线圈的匝数确定后，就可以确定次级线圈的匝数。每一个次级线圈的匝数=初级线圈的匝数X110V + 220VXK ；K的取值一般为1.05 1. 10，该值先暂定，以后经试样、检测后再最终确定。K值不可以取1，如果K值取I的话，则在工作状态时，次级线圈的电压肯定低于110V。当试样的单相变压器制造出来后，可以按图1接线，并接入电源和负载进行检测。通过检测，可以得知K值是否合适，同时，对其他的参数进行检测、验证，并在下一轮的修改设计中一并予以调整。经过二、三轮，或更多轮的试样、修改，单相变压器的全部技术设计参数可以最终确定下来，然后就可以进行大批量的生产，并组装生产全套的发明装置。
以上介绍可结合图1、图8和图9进行理解。图1是本发明的电原理图；图8是图1的简化图；图9是发明装置在本实施例中运用情况的示意图。
权利要求
1.一种三相电平衡装置，包括三相四线制的交流输入端；所述的交流输入端包括A端(A)、B端⑶、C端(C)和中性线的N端(N)； 其特征是包括第一单相变压器(Tl)，第二单相变压器(T2)，第三单相变压器(T3)，三相四线制的交流输出端； 第一单相变压器(Tl)包括1号初级线圈(Nl)、l号次级线圈(NC-1)、2号次级线圈(NC-2)和3号次级线圈(NC-3);第二单相变压器(T2)包括2号初级线圈(N2)、4号次级线圈(NC-4)、5号次级线圈(NC-5)和6号次级线圈(NC-6);第三单相变压器(T3)包括3号初级线圈(N3)、7号次级线圈(NC-7)、8号次级线圈(NC-8)和9号次级线圈(NC-9)； 所述的三相四线制的交流输出端包括U端⑶、V端(V)、W端(W)和中性线的N'端(N' ) #端(N)和N'端(N')位于同一根中性线上； A端(A), I号初级线圈(NI)的同名端、异名端，N端(N)顺序串联连接； B端(B)，2号初级线圈(N2)的同名端、异名端，N端(N)顺序串联连接； C端(C)，3号初级线圈(N3)的同名端、异名端，N端(N)顺序串联连接； U端(U),I号次级线圈(NC-1)的同名端、异名端,5号次级线圈(NC-5)的异名端、同名端，8号次级线圈(NC-8)的异名端、同名端，N'端(N')顺序串联连接； V端(V)，4号次级线圈(NC-4)的同名端、异名端，9号次级线圈(NC-9)的异名端、同名端，3号次级线圈(NC-3)的异名端、同名端，N'端(N')顺序串联连接； W端(W)，7号次级线圈(NC-7)的同名端、异名端，2号次级线圈(NC-2)的异名端、同名端，6号次级线圈(NC-6)的异名端、同名端，N'端(N')顺序串联连接； 在三只单相变压器中，所有的初级线圈匝数相同，所有的次级线圈匝数相同，所有的铁心相同。
2.根据权利要求1所述的一种三相电平衡装置，其特征是所述的单相变压器，在初级线圈施加220V、50Hz、正弦波交流电的时候，其次级线圈输出的交流电为109V 112V。
3.根据权利要求1所述的一种三相电平衡装置，其特征是所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100 49. 5 50. 5。
4.根据权利要求1所述的一种三相电平衡装置，其特征是所述的单相变压器，其初级线圈施加的交流电压与次级线圈输出的交流电压之比为100 51 53。
全文摘要
本发明涉及电源技术领域，公开了三相电平衡装置。为了解决方案复杂等问题，提出技术方案。平衡装置的特征是包括三个变压器；每个变压器包括一个初级线圈和三个次级线圈；A端，1号初级线圈的同名端、异名端，N端顺序串联连接，等等；U端，1号次级线圈的同名端、异名端，5号次级线圈的异名端、同名端，8号次级线圈的异名端、同名端，N′端顺序串联连接；V端，4号次级线圈的同名端、异名端，9号次级线圈的异名端、同名端，3号次级线圈的异名端、同名端，N′端顺序串联连接；W端，7号次级线圈的同名端、异名端，2号次级线圈的异名端、同名端，6号次级线圈的异名端、同名端，N′端顺序串联连接。有益效果是可靠性高等。
文档编号H02J3/26GK103066613SQ20111032603
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月21日 优先权日2011年10月21日
发明者梁怀清 申请人:上海美迪馨电子科技有限公司