專利名稱：能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變壓器，特指一種能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器。
傳統(tǒng)的變壓器有兩種，一種是原邊繞組輸入單相電流，副邊繞組輸出單相電流，即單相變壓器，另一種是原邊繞組輸入三相電流，副邊繞組輸出三相電流，即三相變壓器，這類傳統(tǒng)的變壓器只能變壓，不能變相變頻。
目前全世界的電力系統(tǒng)從220伏至22萬伏都是用三相電源供電的，但是供電的末端的用電設(shè)備在很多場合卻需要單相大容量電源，例如各油田油井抽油機(jī)的空心抽油桿單芯電纜式電加熱裝置，單相渦流電加熱裝置，電氣機(jī)車，以及其它的各種單相設(shè)備及加熱裝置等。
為了解決大功率單相用電設(shè)備用三相電源供電，按常規(guī)方法是配用單相變壓器供電，然而，單相變壓器的單相負(fù)載會造成三相供電電流不平衡，對電網(wǎng)造成危害，有時(shí)有些單相用電設(shè)備還需要變頻，例如，使50赫增加到100赫或150赫等，而一般的變壓器只能變壓不能變頻。
近期電氣科技人員為解決三相進(jìn)單相出的變相變壓器，又要同時(shí)使輸入原邊繞組的三相供電電流平衡，采用了在變壓器原邊繞組加裝電抗器和很多電容器的方法。我們知道變壓器的原副邊繞組的不同接法將會影響原副邊的電壓的比值和其間的相位關(guān)系，三相輸入的變壓器只有在對稱負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，各相的電流和電壓才大小相等。
目前解決變頻問題的方法是在變壓器副邊繞組上增加各種電子裝置，以使變壓器副邊繞組上輸出的電流的頻率與原邊繞組上輸入的電流頻率不相同，這種方法會使變壓器成本增加，且其輸出波形會嚴(yán)重畸變，而且環(huán)節(jié)復(fù)雜，故障率大大增加。
能否找到一種原邊繞組輸入為三相電流，副邊繞組輸出為單相電流，且變頻容易的變壓器是工程技術(shù)界急待解決的問題。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器，它的鐵心結(jié)構(gòu)簡單，原邊繞組和副邊繞組下線容易，變頻容易，能夠?qū)⑷噍斎腚娏髯優(yōu)閱蜗嚯娏鬏敵?，且可使輸入的三相電流保持平衡，因此可以方便的將大功率單相用電設(shè)備與三相電源連接。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器，包括有鐵心、原邊繞組、副邊繞組，原邊繞組和副邊繞組都套在鐵心上，其特征在于該鐵心成圓筒形，該鐵心是由若干個形狀相同的硅鋼片疊壓而成，各硅鋼片間相互絕緣，所述的每個硅鋼片成圓環(huán)形，在每個硅鋼片的內(nèi)邊緣上沿圓周均勻開有若干槽口；該若干個硅鋼片槽口對齊疊壓后在鐵心內(nèi)形成槽道；
在所述圓筒形鐵心中空的部分裝有一導(dǎo)磁鐵體，該導(dǎo)磁體的形狀為圓柱體形，該導(dǎo)磁體是由若干形狀相同的硅鋼片疊壓而成，各硅鋼片相互絕緣，每個硅鋼片呈圓盤形，且中心帶有小孔；該導(dǎo)磁體的大小與所述鐵心的中空部分的大小相同，該導(dǎo)磁體與鐵心相互間成密配合。
該變壓器的原邊繞組是由三個獨(dú)立的繞組構(gòu)成，每個繞組首端分別與三相電源線連接，每個繞組的尾端連接在一起構(gòu)成中性點(diǎn)，即三個繞組做星形連接；三個繞組相互間按120度的電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道內(nèi)；該變壓器的副邊繞組也是由三個繞組構(gòu)成，該三個繞組相互間按120度電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道內(nèi)，該三個繞組的首端和尾端兩兩順序連接，即三個繞組相互串聯(lián)成一個繞組。
所述鐵心的槽道數(shù)為24槽。
所述鐵心的槽道數(shù)為36槽。
本實(shí)用新型有以下積極有益效果1．能夠變相本實(shí)用新型的變壓器是三相輸入單相輸出適應(yīng)于大功率的單相用電終端使用三相電源供電的場合。
2．能使三相輸入電流保持平衡，當(dāng)變壓器原邊繞組接通三相供電電源后，在鐵心內(nèi)的空間便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場可能是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，也可能是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)方向可由三相電源接入原邊繞組的順序決定，三相繞組所建立的旋轉(zhuǎn)磁場的分布規(guī)律接近于正弦曲線，因?yàn)槿嗬@組只能形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，而且是標(biāo)準(zhǔn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，原邊繞組與副邊繞組之間的能量傳遞是通過旋轉(zhuǎn)磁場傳遞的，因此，無論副邊繞組的負(fù)載怎樣變化，都不會影響原邊繞組中的電流的平衡。
3．變頻容易本實(shí)用新型通過改變原邊繞組和副邊繞組的下線方式，可改變旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)，進(jìn)而改變輸出電流的頻率。
現(xiàn)以較佳實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳述如下

圖1是本實(shí)用新型鐵心和導(dǎo)磁體外形結(jié)構(gòu)分解示意圖；圖2是本實(shí)用新型組成鐵心的一個硅鋼片的外形圖；圖3是本實(shí)用新型組成導(dǎo)磁體的一個硅鋼片的外形圖；圖4是本實(shí)用新型鐵心槽道數(shù)為24時(shí)的原邊三相繞組下線展開圖；圖5是本實(shí)用新型鐵心槽道數(shù)為24時(shí)的副邊繞組下線展開圖；圖6為本實(shí)用新型鐵心槽道數(shù)為36時(shí)的原邊三相繞組下線展開圖；圖7為本實(shí)用新型鐵心槽道數(shù)為36時(shí)的副邊繞組下線展開圖；圖8為三相繞組產(chǎn)生2極旋轉(zhuǎn)磁場的原理示意圖；圖9是三相電流隨時(shí)間變化的曲線圖；圖10為三相繞組產(chǎn)生4極旋轉(zhuǎn)磁場的原理示意圖。
請參閱圖1，本實(shí)用新型的能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器，其鐵心1成圓筒形，該鐵心1是由若干個形狀相同的硅鋼片2疊壓而成，各硅鋼片2間相互絕緣，所述的每個硅鋼片2成圓環(huán)形，在每個硅鋼片2的內(nèi)邊緣上沿圓周均勻開有若干槽口3；該若干個硅鋼片2的槽口3對齊疊壓后在鐵心內(nèi)形成槽道4；如圖1所示。
在所述圓筒形鐵心中空的部分裝有一導(dǎo)磁鐵體5，該導(dǎo)磁體5的形狀為圓柱體形，該導(dǎo)磁體5是由若干形狀相同的硅鋼片6疊壓而成，各硅鋼片6相互絕緣，每個硅鋼片6呈圓盤形，且中心帶有小孔7；如圖3所示，導(dǎo)磁體5的大小與所述鐵心1的中空部分的大小相同，該導(dǎo)磁體5與鐵心1相互間成密配合，使用硅鋼片制做鐵心和導(dǎo)磁體，目的是減少交變磁通在鐵心和導(dǎo)磁體中引起的渦流損耗。
該變壓器的原邊繞組是由三個獨(dú)立的繞組構(gòu)成，每個繞組首端分別與三相電源線連接，每個繞組的尾端連接在一起構(gòu)成中性點(diǎn)，即三個繞組做星形連接；且三個繞組相互間按120度的電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道4內(nèi)；該變壓器的副邊繞組也是由三個繞組構(gòu)成，該三個繞組相互間按120度電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道4內(nèi)，該三個繞組的首端和尾端兩兩順序連接，即三個繞組相互串聯(lián)成一個繞組；在較佳實(shí)施例中，鐵心的槽道數(shù)分別為24槽和36槽，下面分別舉例說明圖4示24槽鐵心內(nèi)嵌入的原邊三相繞組的下線圖，原邊三相繞組的每相組數(shù)相同，相與相之間在鐵心槽內(nèi)分布間隔為120度電角度的空間位置開始下線。鐵芯的總槽數(shù)為24槽，設(shè)第一相繞組從第一槽開始下線，則第二相繞組應(yīng)在第一相繞組后面120度電角度開始下線。因?yàn)椴壑g的角度為360/24=15度空間角度，所以只需相隔8個槽，就間隔15×8=120度電角度，也就是第二相繞組從第9槽開始下線，第三相繞組從第17槽開始下線。
這樣的下線方式會使鐵心內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其原理如下，我們把原邊的三相繞組，用三個相同的單匝線圈代替，如圖8所示，圖中A-X、B-Y、C-Z三個線圈彼此互隔120度電角度分布在鐵心內(nèi)圓的圓周上，構(gòu)成了對稱三相繞組。這個對稱三相繞組在空間的位置關(guān)系是B相相對A相后移120度，C相相對B相后移120度，當(dāng)對稱三相繞組接上對稱的三相電源后，其中通過的各相電流的瞬時(shí)表達(dá)式為iA=ImcoswtiB=Imcos(wt-120°)ic=Imcos(wt-240°)各相電流隨時(shí)間變化的曲線如圖9所示。
由于三相電流隨時(shí)間的變化是連續(xù)的，且極為迅速，為了便于觀察對稱三相電流產(chǎn)生的合成磁場效應(yīng)，我們可以通過幾個特定的瞬時(shí)，用以窺視其全貌。為此，我們選擇wt=0(t=0),wt=120°(t=T/3),wt=240°(t=2T/3),wt=360°(t=T)四個特定瞬時(shí)。并規(guī)定電流為正值時(shí)，從每相線圈的首端A、B、C流出，由線圈的末端X、Y、Z流入；當(dāng)電流為負(fù)時(shí)，從每相線圈的末端流出，由首端流入。用符號⊙表示電流流出，表示電流流入。
當(dāng)wt=0時(shí)，由電流瞬時(shí)表達(dá)式或電流變化曲線得iA=Im,iB=iC=-1/2Im將各相電流分別表示在各相線圈的剖面圖上。A-X相電流為正值，由X端流入，A端流出，而B-Y、C-Z兩相電流均為負(fù)值，故由B、C端流入，Y、Z端流出，如圖8a所示。由圖上看出，Y、Z、 A三個端點(diǎn)中的電流都從紙面流出，且Y、Z端點(diǎn)中電流值相等，則根據(jù)右手螺旋定則，可以知道三個線圈中的電流，它們建立的合成磁場的磁力線，其分布以A端為中心，左右反對稱，磁場的方向從下至上；同理，可以決定B、X、C三個端點(diǎn)中電流建立的合成磁場磁力線的分布情況。由此看出整個磁場磁力線的分布是左右對稱的。而且從磁力線分布的圖像還可看出，它和一對磁極建立的磁場是一樣的。
采用同樣的方法，畫出wt=120°、240°、360°三個瞬時(shí)的電流方向和磁場磁力線的分布情況，如圖8(b)、(c)、(d)所示。
我們依次觀察圖8(a)、(b)、(c)、(d)，便可以看出，當(dāng)對稱三相電流流過對稱三相繞組時(shí)，由它們建立的合成磁場并不是靜止不動的，而是像有一對磁極旋轉(zhuǎn)的磁場，磁場的大小不變。從wt=0到wt=120°、240°、360°各個瞬間隨著三相電流的變化，由它們建立的合成磁場，在空間相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)了120°、240°、360°；旋轉(zhuǎn)的方向是由A相轉(zhuǎn)向B相再轉(zhuǎn)向C相，即按A→B→C順序旋轉(zhuǎn)，圖8中為逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，由圖8看出，電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)。這樣的旋轉(zhuǎn)磁場為2極旋轉(zhuǎn)磁場，就是說旋轉(zhuǎn)磁場在每個360度圓周內(nèi)只有一個N極，一個S極。
請參閱圖5，圖5示24槽鐵心內(nèi)副邊繞組的下線圖，副邊繞組也為三相繞組，該三個繞組相互間按120度電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道4內(nèi)，該三個繞組的首端和尾端兩兩順序連接，即三個繞組相互串聯(lián)成一個繞組；最后只有兩個接線端X1和X2，三個繞組中的電流方向如圖5中箭頭所示，由圖5中可見，電流在副邊繞組中成為單相電流輸出。
下面說明本實(shí)用新型變壓器的變頻原理圖6圖7表示出了鐵心為36槽的變壓器的下線圖，其中，圖6表示原邊繞組，圖7表示副邊繞組，請參閱圖6，圖6所示的下線圖將使原邊繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場為4極，4極的旋轉(zhuǎn)磁場是指有兩對磁極，就是說旋轉(zhuǎn)磁場在每個360度圓周內(nèi)兩個N極，兩個S極，其產(chǎn)生原理是請參閱圖10,A、B、C三相繞組的每相繞組分別看成由兩個線圈A-X、A′-X′、B-Y、B′-Y′、C-Z、C′-Z′串聯(lián)組成。每個線圈在鐵心內(nèi)圓周上的跨距為1/4圓周，用上述的分析方法，同樣可以決定三相電流在該三相繞組中所建立的合成磁場，仍然是一個旋轉(zhuǎn)磁場，但是磁場的極數(shù)變?yōu)樗膫€，即具有兩對磁極，由圖10還可知，當(dāng)電流變化一個周期時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場僅轉(zhuǎn)過1/2周。同樣將繞組按一定的規(guī)則排列，可以得到3對4對或p對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。由此也可以推得，對于能使旋轉(zhuǎn)磁場形成p對磁極的繞組，電流變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過1/p轉(zhuǎn)。如果交流電源的頻率是f，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n=60f/p(轉(zhuǎn)/分)。
其原邊繞組下線方式為三相繞組的每相組數(shù)相同，相與相之間在定子槽內(nèi)分布間隔為120度電角度。因?yàn)槭?6槽4極，第一相繞組從第一槽開始下線，第二相繞組應(yīng)在第一相繞組后面120度電角度下線。因?yàn)椴壑g的角度為360/36=10度空間角度，4極為兩對極，所以只需相隔6個槽，就間隔120度電角度，也就是第二相繞組從第7槽開始下線，第三相繞組從第13槽開始下線。
請參閱圖7，圖7中副邊繞組的下線圖，它也是由三相繞組組成，它是按6極下線的，既把三相繞組的每相繞組看成是由6個線圈串聯(lián)組成，這樣三個繞組盡管相互在空間間隔120度電角度下線，而每個線圈在空間上相差120度/6個線圈=20度電角度下線。
下面說明其變頻原理設(shè)n=旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)/分)f=頻率P=極對數(shù)其關(guān)系是n=60f/P,f=np/60；原邊繞組P1=2即四極如圖6所示，n1=原邊繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度，f1=50赫茲n1=60f1/P1=3000/2=1500轉(zhuǎn)/分副邊繞組P2=3即六極如圖7所示，副邊繞組不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，是被感應(yīng)的，所以用原邊繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場速度n1來計(jì)算副邊繞組輸出頻率f2，則下述公式成立；f2=n1×P2/60=1500×3/60=75赫可見原邊繞組輸入50赫茲的三相電壓、電流，副邊繞組接上單相負(fù)載就會輸出75赫茲電壓、電流；而達(dá)到了變頻的目的。
權(quán)利要求1．一種能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器，包括有鐵心、原邊繞組、副邊繞組，原邊繞組和副邊繞組都套在鐵心上，其特征在于該鐵心成圓筒形，該鐵心是由若干個形狀相同的硅鋼片疊壓而成，各硅鋼片間相互絕緣，所述的每個硅鋼片成圓環(huán)形，在每個硅鋼片的內(nèi)邊緣上沿圓周均勻開有若干槽口；該若干個硅鋼片槽口對齊疊壓后在鐵心內(nèi)形成槽道；在所述圓筒形鐵心中空的部分裝有一導(dǎo)磁鐵體，該導(dǎo)磁體的形狀為圓柱體形，該導(dǎo)磁體是由若干形狀相同的硅鋼片疊壓而成，各硅鋼片相互絕緣，每個硅鋼片呈圓盤形，且中心帶有小孔；該導(dǎo)磁體的大小與所述鐵心的中空部分的大小相同，該導(dǎo)磁體與鐵心相互間成密配合；該變壓器的原邊繞組是由三個獨(dú)立的繞組構(gòu)成，每個繞組首端分別與三相電源線連接，每個繞組的尾端連接在一起構(gòu)成中性點(diǎn)，即三個繞組做星形連接；三個繞組相互間按120度的電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道內(nèi)；該變壓器的副邊繞組也是由三個繞組構(gòu)成，該三個繞組相互間按120度電角度的空間間隔均勻下線到所述鐵心的槽道內(nèi)，該三個繞組的首端和尾端兩兩順序連接，即三個繞組相互串聯(lián)成一個繞組。
2．如權(quán)利要求1所述的能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器，其特征在于所述鐵心的槽道數(shù)為24槽。
3．如權(quán)利要求1所述的能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器，其特征在于所述鐵心的槽道數(shù)為36槽。
專利摘要一種能保持輸入電流平衡的變相變頻變壓器,其鐵心是由若干個圓環(huán)形硅鋼片疊壓而成,各硅鋼片的內(nèi)邊緣上開有槽口;在鐵心中空的部分裝有一導(dǎo)磁鐵體,該導(dǎo)磁體是由若干圓盤形硅鋼片疊壓而成,原邊繞組是由三個做星形連接的繞組構(gòu)成,副邊繞組是由三個串聯(lián)的繞組構(gòu)成,原邊繞組和副邊繞組的三個繞組都是按120度電角度的空間間隔下線到鐵心的槽道內(nèi),其優(yōu)點(diǎn)是可將三相輸入電壓、電流變?yōu)閱蜗嚯妷?、電流輸?能夠使輸入的三相電流保持平衡,能夠變頻。
文檔編號H01F30/14GK2323461SQ9820092
公開日1999年6月9日 申請日期1998年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月23日
發(fā)明者李文恒 申請人:李文恒