一種u型分磁調(diào)壓式變壓器及其變壓器分磁調(diào)節(jié)電壓的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種U型分磁調(diào)壓式變壓器及其分磁調(diào)節(jié)電壓的方法。它主要由主磁通閉合鐵芯框(1)、一次線圈(2)、二次線圈(3)組成，它并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，其特征是磁閥成R型、U型，其磁閥的磁閥閉合鐵芯框(4)相對(duì)兩邊的磁柱上分別設(shè)有同等匝數(shù)的一對(duì)或多對(duì)線圈，每對(duì)線圈一端頭直接相結(jié)，另一端頭串接電源；主磁通閉合鐵芯框(1)與磁閥閉合鐵芯框(4)之間設(shè)有連接鐵芯(5)。其分磁調(diào)節(jié)電壓的方法，主磁通閉合鐵芯框(1)，依據(jù)一次線圈(2)、二次線圈(3)將整個(gè)磁路分為一次磁路和二次磁路，再并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，形成一條或多條分磁磁路；分磁磁路通過控制磁閥的飽和程度，改變穿越二次繞組回路磁通量，調(diào)節(jié)二次輸出電壓的大小，輸出恒定電壓。能夠滿足用戶穩(wěn)定電壓需求。
【專利說明】一種U型分磁調(diào)壓式變壓器及其變壓器分磁調(diào)節(jié)電壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種U型分磁調(diào)壓式變壓器及其變壓器分磁調(diào)節(jié)電壓的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)變壓器是一個(gè)鐵芯框，繞上一、二次線圈。一、二次電壓與一、二次線圈匝數(shù)關(guān)
系如下。一個(gè)實(shí)用的變壓器其一、二次線圈匝數(shù)是固定的，即％，此式說
"2 N2N2
明，配電變壓器的二次電壓隨電網(wǎng)一次電壓變化而變化，且?guī)缀醭删€性關(guān)系。一旦電網(wǎng)由于負(fù)荷變化，就會(huì)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，供應(yīng)到用戶端的電壓值偏離國標(biāo)限值范圍，用戶端電器設(shè)備不能工作在其額定電壓附近，電器設(shè)備電能轉(zhuǎn)換效率低，電能浪費(fèi)大。電壓偏差嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)造成用電設(shè)備不能正常工作或損壞。
[0003]電網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓的方式主要依靠主變壓器、發(fā)電機(jī)、無功補(bǔ)償裝置等設(shè)備進(jìn)行電壓調(diào)壓。但目前大量使用的配電變壓器不能進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電壓，只能季節(jié)性且在停電狀態(tài)下，進(jìn)行人工操作調(diào)節(jié)分接開關(guān)，達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的，即現(xiàn)有配電變壓器不能根據(jù)電網(wǎng)電壓變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電壓大小，不能滿足用戶端電壓穩(wěn)定的要求。針對(duì)現(xiàn)有的分磁式變壓器其磁閥結(jié)構(gòu)造成對(duì)稱磁閥磁路的磁阻不同，以及主磁路對(duì)磁閥的各支路互感值大小不一所造成的影響不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種U型分磁調(diào)壓式變壓器及其變壓器分磁調(diào)節(jié)電壓的方法。
[0005]本發(fā)明一種U型分磁調(diào)壓式變壓器，主磁通閉合鐵芯I為方框閉合鐵芯，主要由主磁通閉合鐵芯框1、一次線圈2、二次線圈3組成，其主磁通閉合鐵芯框兩邊為磁柱，一邊設(shè)有一次線圈2，另一邊設(shè)有二次線圈3。本發(fā)明在普通單相變壓器的基礎(chǔ)上并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，其磁閥俯視圖為U型、R字型。磁閥設(shè)有磁閥鐵芯框，如圖5變壓器磁閥U型結(jié)構(gòu)，其變壓器的上下軛各裝有一個(gè)U型結(jié)構(gòu)鐵芯，平行的U型結(jié)構(gòu)之間連結(jié)一對(duì)豎直鐵柱所夠成的磁閥閉合鐵芯框。其磁閥鐵芯框之間的磁柱上分別設(shè)有同等匝數(shù)的一對(duì)或多對(duì)線圈，每對(duì)線圈分設(shè)在兩邊磁柱上，每對(duì)線圈一端頭直接相結(jié)，另一端頭串接電源；主磁通閉合鐵芯框與磁閥鐵芯框?yàn)檎w結(jié)構(gòu)。
[0006]磁閥在主磁通閉合鐵芯框兩側(cè)或立體空間成并聯(lián)關(guān)系。串接電源優(yōu)選為直流電源。直流電源更優(yōu)選由本變壓器二次線圈(3)輸出電源整流直供。
[0007]—種變壓器分磁調(diào)節(jié)電壓的方法，其主磁通閉合鐵芯框，依據(jù)一次線圈、二次線圈將整個(gè)磁路分為一次磁路和二次磁路，再并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，其磁閥設(shè)有磁閥閉合鐵芯框與一二次相連部分的主磁通閉合鐵芯框，形成一條或多條分磁磁路；其磁閥鐵芯框之間的兩磁柱上分別設(shè)有同等匝數(shù)的一對(duì)或多對(duì)線圈，每對(duì)線圈分設(shè)在兩邊磁柱上，每對(duì)線圈一端頭直接相結(jié)，另一端頭串接電源；分磁磁路通過控制磁閥的飽和程度，改變穿越二次繞組回路磁通量，調(diào)節(jié)二次輸出電壓的大小，形成設(shè)定的恒定電壓輸出。
[0008]在變壓器中增加分磁磁路的方法。當(dāng)一次繞組接通正弦交流電后，即在鐵芯中產(chǎn)生磁通φ i，其外接電壓U1與產(chǎn)生的磁通量φ i關(guān)系為叫=4.44fNO lm=2 JI ?ΝΦ ω ΝΦ i (注:仏、01為有效值，Φ1ηι為幅值)。磁通O1流經(jīng)“O”點(diǎn)后，分為磁通Φ2和磁通Φζ，磁通Φ2流經(jīng)二次繞阻感應(yīng)出電壓U2，U2=4.44fN02m=2 Ji ?ΝΦ2=ωΝΦ2 (注:U2、Φ2為有效值，Φ2ηι為幅值)，磁通Φζ流向磁閥。Φ2= Φ「ΦΖ，O1大小由外接電壓U1大小決定，即U1—定，O1也一定。如果減小Φζ則Φ2增大,U2隨之增大；反之增大Φζ則Φ2減小,U2隨之減小。通過改變?chǔ)郸频拇笮。纯蓪?shí)現(xiàn)二次繞阻輸出電壓U2的大小，即實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓功能。
[0009]主磁通閉合鐵芯框、連接鐵芯和磁閥閉合鐵芯框?yàn)檎w結(jié)構(gòu)，有利于適應(yīng)變壓器生產(chǎn)的傳統(tǒng)工藝，因?yàn)樽儔浩鞯蔫F芯是錫鋼片疊合而成。而本發(fā)明是每片錫鋼片都設(shè)有主磁通閉合鐵芯框區(qū)域、連接鐵芯區(qū)域和磁閥閉合鐵芯框區(qū)域。將許多片錫鋼片疊合后就成為主磁通閉合鐵芯框、連接鐵芯和磁閥閉合鐵芯框整體結(jié)構(gòu)。電源采用由本變壓器二次線圈輸出電源整流成為直流電源直供。防止采用其它直流電源發(fā)生虧電影響正常工作。
[0010]磁閥磁通大小的調(diào)節(jié):磁閥由兩個(gè)磁柱并聯(lián)后，再與主磁路相連形成一體；兩個(gè)磁柱上分別繞有同等匝數(shù)的線圈，一端直接相結(jié)，另一端串接直流電源；當(dāng)直流在一對(duì)線圈中流動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的磁通在兩磁柱中形成環(huán)路,直流越大,環(huán)路磁通越大；對(duì)一固定的磁路,磁通越大，磁飽和程度越高，磁阻越大，即控制直流的大小即可控制磁閥的磁阻大??；磁閥磁阻大小的改變，即能改變流經(jīng)磁通的大小。每個(gè)磁閥可以有若干對(duì)直流線圈，均能達(dá)到如上效果。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0011]圖1是傳統(tǒng)單相變壓器結(jié)構(gòu)示意圖
[0012]圖2是傳統(tǒng)三相變壓器結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖3是磁路拓?fù)鋱D
[0014]圖4是分磁路組成圖
[0015]圖5是本發(fā)明一種U型磁閥在一側(cè)的單相分磁變壓器結(jié)構(gòu)圖
[0016]圖6是本發(fā)明一種R型磁閥在一側(cè)的單相分磁變壓器結(jié)構(gòu)圖
[0017]圖7是本發(fā)明一種井字型單相分磁變壓器磁路走向示意圖
[0018]圖8是分磁調(diào)壓式變壓器磁路等值圖
[0019]圖9是分磁調(diào)壓式變壓器等值電路圖
[0020]圖10是忽略漏抗的分磁調(diào)壓式變壓器等值電路圖
[0021]圖11是計(jì)及漏抗的分磁調(diào)壓式變壓器等值電路圖
[0022]圖12是磁閥充分飽和分磁調(diào)壓式變壓器等值電路圖
[0023]圖13是二次側(cè)斷開等效電路圖
[0024]圖14是一次側(cè)斷開等效電路圖
[0025]圖15是磁閥勵(lì)磁控制圖
[0026]圖16是磁閥勵(lì)磁直流與輸出電壓的控制圖
[0027]圖17是等效磁路參數(shù)圖[0028]圖18是等效磁路簡化圖
[0029]圖19是等效互感電路圖
[0030]圖20是等效自感電路圖[0031 ] 圖21是等效自感互感圖
[0032]圖22是計(jì)及漏磁等效自感互感圖
[0033]圖23是互感折算等效磁路參數(shù)圖
[0034]圖24是一二次側(cè)電 壓關(guān)系圖
【具體實(shí)施方式】
[0035]根據(jù)圖1所示普通單相變壓器，主磁通閉合鐵芯I為方框閉合鐵芯，主要由主磁通閉合鐵芯框1、一次線圈2、二次線圈3組成，其主磁通閉合鐵芯框兩邊為磁柱，一邊設(shè)有一次線圈2，另一邊設(shè)有二次線圈3。本發(fā)明在普通單相變壓器的基礎(chǔ)上并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，其磁閥(4)俯視圖為U型、R字型。磁閥設(shè)有磁閥鐵芯框，如圖5變壓器磁閥U型結(jié)構(gòu)，其變壓器的上下軛各裝有一個(gè)Y型結(jié)構(gòu)鐵芯，平行的U型結(jié)構(gòu)之間連結(jié)一對(duì)豎直鐵柱(5)所夠成的磁閥閉合鐵芯框。其磁閥鐵芯框之間的兩磁柱(5)上分別設(shè)有同等匝數(shù)的一對(duì)或多對(duì)線圈，每對(duì)線圈分設(shè)在兩邊磁柱上，每對(duì)線圈一端頭直接相結(jié)，另一端頭串接電源。本發(fā)明依據(jù)一、二次繞組可將整個(gè)磁路分為一次磁路和二次磁路?，F(xiàn)在一次磁路和二次磁路的基礎(chǔ)上，再并聯(lián)一條分磁磁路。分磁磁路由磁閥鐵芯和與一次、二次磁路相連部分的鐵芯組成。
[0036]磁閥鐵芯由兩個(gè)磁柱鐵芯4并聯(lián)后，再與單相變壓器鐵芯相連成一體；兩個(gè)磁柱上分別繞有同等匝數(shù)的線圈，此兩線圈稱為“一對(duì)線圈”;其連接方式如圖15所示，一端頭直接相結(jié)，另一端頭串接直流。
[0037]磁閥鐵芯4由兩個(gè)磁柱鐵芯形式有多種方式。其圖5所示為本發(fā)明一種U型磁閥在一側(cè)的單相分磁變壓器結(jié)構(gòu)圖形式，圖6是本發(fā)明一種R型磁閥在一側(cè)的單相分磁變壓器結(jié)構(gòu)圖，圖7是本發(fā)明一種U型單相分磁變壓器磁路走向示意圖。
[0038]鐵芯為傳統(tǒng)的錫鋼片疊合而成，最簡便的做法是每片錫鋼片上包含方框閉合鐵芯區(qū)域、連接鐵芯區(qū)域和磁閥鐵芯區(qū)域，并且是整體結(jié)構(gòu)，及整體的沖壓片。然后各片疊合成整體鐵芯。
[0039]當(dāng)一次繞組通電后，一次繞組鐵芯中產(chǎn)生磁通O1，該磁通O1 —部分流入二次繞組鐵芯Φ2,—部分流入磁閥鐵芯Φζ,滿足
[0040]根據(jù)圖7所示為如下調(diào)壓原理:
[0041]當(dāng)一次繞組接通正弦交流電后，即在鐵芯中產(chǎn)生磁通O1，其外接電壓U1與產(chǎn)生的磁通量Φ!關(guān)系為=U1=AjdfNOln^JIfNO1=CoNO1 (注:U” O1為有效值，Φ1η1為幅值)。磁通O1流經(jīng)“O”點(diǎn)后，分為磁通φ2和磁通φζ，磁通φ2流經(jīng)二次繞阻感應(yīng)出電壓U2,U2=4.44fN02m=2 JifNO2= ωΝΦ2 (注:U2、Φ2為有效值，Φ2ηι為幅值)，磁通Φζ流向磁閥。Φ2=Φ「ΦΖ，O1大小由外接電壓U1大小決定，即U1—定，O1也一定。如果減小％則Φ2增大，U2隨之增大；反之增大Φζ則Φ2減小，U2隨之減小。通過改變?chǔ)郸频拇笮?，即可?shí)現(xiàn)二次繞阻輸出電壓U2的大小，即實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓功能。
[0042]磁閥磁通大小的調(diào)節(jié):磁閥由兩個(gè)磁柱并聯(lián)后，再與主磁路相連形成一體；兩個(gè)磁柱上分別繞有同等匝數(shù)的線圈，此兩線圈稱為“一對(duì)線圈”，其連接方式如圖15所示，一端直接相結(jié)，另一端串接直流電源；當(dāng)直流在一對(duì)線圈中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的磁通在兩磁柱中形成環(huán)路，直流越大，環(huán)路磁通越大；對(duì)一固定的磁路，磁通越大，磁飽和程度越高，磁阻越大，即控制直流的大小即可控制磁閥的磁阻大小；磁閥磁阻大小的改變，即能改變流經(jīng)磁通的大小。每個(gè)磁閥可以有若干對(duì)直流線圈。
[0043]2、分磁調(diào)壓式變壓器調(diào)壓方法
[0044]根據(jù)圖7所示(為便于說明，忽略漏磁通)。
[0045](I)以分磁調(diào)壓式變壓器磁路感應(yīng)原理說明調(diào)壓方法:
[0046]當(dāng)一次繞組N1接通正弦交流電后，一次繞組鐵芯中產(chǎn)生磁通O1，該磁通O1 —部分流入二次繞組N2鐵芯Φ2，一部分流入磁閥鐵芯Φζ，滿足O1 = Φ2+Φζ。
[0047]當(dāng)一次繞組接通正弦交流電后，即在鐵芯中產(chǎn)生磁通O1，其外接電壓U1與產(chǎn)生的磁通量O1關(guān)系為:^=4.44fΝΦ1ηι=2 JI ?ΝΦ^ωΝΦ^磁通Φi流經(jīng)“O”點(diǎn)后，分為磁通Φ2和磁通Φζ，磁通Φ2流經(jīng)二次繞阻感應(yīng)出電壓U2 (U2 = 4.44fN02m=2 π?ΝΦ2=ωΝΦ2)，磁通Φζ流向磁閥。Φ2=Φ「ΦΖ，01大小由外接電壓仏大小決定，即U1—定，O1!—定。如果減小Φζ則Φ2增大，U2隨之增大；反之增大Φζ則Φ2減小，U2隨之減小。通過改變?chǔ)郸频拇笮?，即可?shí)現(xiàn)二次繞阻輸出電壓U2的大小，即實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓功能。
[0048]磁閥磁通Φζ大小的調(diào)節(jié):磁閥由兩個(gè)磁柱并聯(lián)后,再與主磁路相連形成一體；兩個(gè)磁柱上分別繞有同等匝數(shù)的線圈，此兩線圈稱為“一對(duì)線圈”，其連接方式如圖15，一端直接相結(jié)，另一端串接直流電源；當(dāng)直流在一對(duì)線圈中流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的磁通在兩磁柱中形成環(huán)路，直流越大，環(huán)路磁通越大；對(duì)一固定的磁路，磁通越大，磁飽和程度越高，磁阻越大，即控制直流的大小即可控制磁閥的磁阻大小；磁閥磁阻大小的改變，即能改變流經(jīng)磁通的大小。每個(gè)磁閥可以有若干對(duì)直流線圈。
[0049](2)以分磁調(diào)壓式變壓器等值電路說明調(diào)壓方法:
[0050]根據(jù)圖8所示為分磁調(diào)壓式變壓器磁路等值圖。Rml、Rm2、Rmz分別一次繞組、二次繞組、磁閥鐵芯的磁阻。
[0051]根據(jù)圖9所示為分磁調(diào)壓式變壓器等值電路圖。
【權(quán)利要求】
1.一種分磁調(diào)壓式變壓器，主要由主磁通閉合鐵芯框(I)、一次線圈(2)、二次線圈(3)組成，其主磁通閉合鐵芯框兩邊為磁柱，一邊設(shè)有一次線圈(2)，另一邊設(shè)有二次線圈(3)，其特征是并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，其磁閥(4)俯視圖為U形、R型結(jié)構(gòu)。磁閥主要設(shè)有磁閥鐵芯框和線圈，其磁閥鐵芯框相對(duì)兩邊為磁柱，兩邊磁柱上分別設(shè)有同等匝數(shù)的一對(duì)或多對(duì)線圈，每對(duì)線圈分設(shè)在兩邊磁柱上，每對(duì)線圈一端頭直接相結(jié)，另一端頭串接電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征是磁閥在主磁通閉合鐵芯框(I)兩側(cè)或立體空間成并聯(lián)關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，如圖5變壓器磁閥俯視為U型結(jié)構(gòu)，其變壓器的上下軛各裝有一個(gè)U型結(jié)構(gòu)鐵芯，平行的U型結(jié)構(gòu)之間連結(jié)一對(duì)豎直鐵柱(5)。如圖6磁閥為R型結(jié)構(gòu)的分磁式變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其特征是串接電源為直流電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓器，其特征是直流電源由本變壓器二次線圈(3)輸出電源整流成直流電源。
6.一種變壓器分磁調(diào)節(jié)電壓的方法，其主磁通閉合鐵芯框(1)，依據(jù)一次線圈(2)、二次線圈(3)將整個(gè)磁路分為一次磁路和二次磁路，再并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)磁閥，形成一條或多條分磁磁路；分磁磁路通過控制磁閥的飽和程度，改變穿越二次繞組回路磁通量，調(diào)節(jié)二次輸出電壓的大小，根據(jù)設(shè)定要求輸出恒定電壓。
【文檔編號(hào)】H01F27/40GK103928222SQ201410061646
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】沈廣賢 申請(qǐng)人:沈廣賢