專利名稱：用于電源線的電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電壓穩(wěn)定。更具體地說，本發(fā)明涉及采用可變電感來補償電源線中可能出現(xiàn)的電壓變化的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于電力傳輸?shù)男⌒途€(也稱作“弱線”)相對于負載要求具有太小的導體截面以及相對高的阻抗。小型導體所引起的損耗會產(chǎn)生過大的電壓降。過大的電壓降導致連接到線路的電力的電壓電平不足。
變壓器是靜態(tài)裝置，其提供在初級側(cè)和次級側(cè)上多個繞組確定的固定電壓，即變壓比。固定的變壓比可導致在負載高時電壓過低(即欠壓)，而在負載低時電壓過高(即過壓狀態(tài))。由于負載總是取決于個體電力消費者的高度可變的需求，因此固定變壓比通常不足以為動態(tài)負載服務。
通過在提供線路的變壓器處同步增加電壓，可補償?shù)碗妷弘娖?。在一種現(xiàn)有技術(shù)方法中，在電壓達到不可接受的低電平的位置上，通過連接到各相的變壓器上的負載抽頭變換器來控制電壓電平。
目前，經(jīng)常通過使用新的具有較大截面(且相應較低電阻損耗)的線路來替代現(xiàn)有線路，以解決弱線的問題。當前，采用了數(shù)個方法用于升級線路。如果現(xiàn)有電極上有空間，則可將新線路與弱線平行地安裝在電極另一側(cè)。一旦安裝了新線路，就斷開老線路，并將其從服務中拆除。該方法使得可在服務中沒有顯著中斷的情況下更新電力傳輸系統(tǒng)。另一種方法涉及安裝硬件，用以保護到現(xiàn)有電極的新線路、斷開弱線、并快速安裝新線路。在與先前方法比較時，該方法導致服務中的較長中斷。在當不能使用老路線時主要使用的第三種方法中構(gòu)建新路線。該構(gòu)建包括安裝新電極和新導體。重要的是，在開始構(gòu)建之前，必須由當?shù)卣彤a(chǎn)權(quán)人批準該新路線。
在電壓調(diào)節(jié)的另一現(xiàn)有技術(shù)方法中，結(jié)合變壓器，使用機械控制的自耦變壓器(即，具有可變變壓比的變壓器)。然而，通常由于機械構(gòu)件需要頻繁的服務，所以不再使用機械控制的自耦變壓器。
當前采用的另一種方法包括將電線重新定位為靠近用戶，并將新的變壓器連接到該重新定位的線路上，在此它會更靠近用戶。由于重新定位電線所需的大范圍操作以及與這種項目有關(guān)的高成本，該方法也不合乎要求。
授予Wanlass(下文中的“Wanlass”)的美國專利NO.3409822描述了一種電壓調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器包括纏繞在鐵磁心上的AC或負載繞組和DC或控制繞組。在一部分磁心中，總是沿相同路徑但相反方向提供DC生成的通量分量和AC生成的通量分量。結(jié)果，在這些部分中，提取通量分量，并且磁心具有磁導率，該磁導率在有限程度上對應于合成通量。在其它部分(但不是整個磁心)中，通量彼此正交。例如，Wanlass示出了通過位于相同路徑(具有反號的重合的通量)的磁通量的加減基于磁心引線中的通量控制的調(diào)節(jié)器。然而，由于Wanlass中描述的調(diào)節(jié)器用于在磁心的非飽和區(qū)域工作，所以設備的功率處理能力是有限的，且磁導率范圍受磁心線性區(qū)的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決有關(guān)弱線所產(chǎn)生問題的現(xiàn)有解決方案的問題。與現(xiàn)有方法相比，使用正交場執(zhí)行磁導率控制，而不是通過增加或減少的并行場來執(zhí)行。
在一方面，本發(fā)明是一種用于電源線電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有串聯(lián)繞組和并聯(lián)繞組的自耦變壓器、連接到自耦變壓器的可變電感、以及控制系統(tǒng)?？勺冸姼邪ù判摹⒗p繞在第一軸上的主繞組、以及纏繞在與第一軸正交的第二軸上的控制繞組。在可變電感的主繞組和控制繞組通電時，在磁心中產(chǎn)生正交通量。該電壓穩(wěn)定系統(tǒng)自動補償其連接到的電源線中的電壓變化。在一個實施例中，基本在全部磁心中產(chǎn)生正交通量。在另一實施例中，磁心由各向異性磁材料制成。
在上述電壓穩(wěn)定系統(tǒng)的一個實施例中，控制系統(tǒng)包括處理器單元，其控制提供給控制繞組的控制電流；設定點調(diào)節(jié)單元，其與處理器單元電通信；以及開關(guān)。所述開關(guān)連接和斷開調(diào)節(jié)，并與處理器單元電通信。該系統(tǒng)還包括檢測輸出電壓的反饋輸入。該反饋輸入與處理器單元和電源線電通信。該控制系統(tǒng)還包括與處理器單元和控制繞組電通信的整流電路。
在以上實施例的一個版本中，自耦變壓器的串聯(lián)繞組與第一電源線串聯(lián)連接，且并聯(lián)繞組與主繞組和第二電源線串聯(lián)連接。
在以上實施例的另一版本中，串聯(lián)繞組和主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，主繞組位于串聯(lián)繞組的線路側(cè)，且并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
在以上實施例的又一版本中，串聯(lián)繞組和主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，主繞組位于串聯(lián)繞組的負載側(cè)，且并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
在另一方面，本發(fā)明包括一種穩(wěn)定電壓的方法。輸入電壓被提供給自耦變壓器，且可控電感與自耦變壓器的至少一個繞組串聯(lián)連接。檢測輸出電壓。在可控電感的磁心中產(chǎn)生正交磁場。調(diào)節(jié)至少一個正交磁場以控制磁心的磁導率，以便響應檢測到的輸出電壓來調(diào)節(jié)電壓。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中，實際上在主繞組和控制繞組之間不存在變壓器作用，因為在磁心的所有部分中兩個場都是正交的。因此，設備的操作可擴展到磁心的飽和區(qū)中。這個擴展操作將可變電感的功率處理能力提高了一個數(shù)量級，因為功率處理能力與材料磁導率的成反比(在磁導率減半時，功率處理加倍)。因此，本發(fā)明可用在大功率應用中。
此外，采用正交通量控制按需要增加線電壓以避免欠壓狀態(tài)并調(diào)節(jié)線電壓將電壓維持在期望值的動態(tài)升壓器或電壓穩(wěn)定系統(tǒng)是一種改進弱線非常有效的備選。這種單元可連接到弱線，并動態(tài)補償負載相關(guān)壓降。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括電控正交通量電感。和變壓器一起，該電感提供了補償不合要求電壓降的可變輸出電壓。
在一個實施例中，用于電源線的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于將控制繞組中的電流控制為線路的期望和實際操作參數(shù)的函數(shù)。在一個版本中，該操作參數(shù)是線電壓。調(diào)節(jié)系統(tǒng)基于線電壓的線路測量和期望值(例如設定點)來給可變電感中的控制繞組供電，結(jié)果是輸出電壓保持該期望值。
本發(fā)明的實施例允許現(xiàn)有弱線適應于當能量使用增加時以簡單且廉價的方式維持足夠的電壓。在一個實施例中，通過將線路中的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)連接在配電變壓器和用戶之間來維持足夠的電壓。在實施例的一個版本中，自耦變壓器與電源電壓串聯(lián)地增加電壓，從而使能夠穩(wěn)定線電壓?？勺冸姼姓{(diào)節(jié)電感兩端的電壓(通過用正交場改變電感磁心的磁導率)或其兩端的時間電壓積分，以便調(diào)節(jié)自耦變壓器中串聯(lián)繞組兩端的電壓。
必須迅速執(zhí)行這個電壓穩(wěn)定，以便避免對用戶側(cè)裝置的損害，因為如果負載的快速改變導致過大的過壓，則可能發(fā)生這種損害。在根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)中，將用控制繞組中的電流來控制電壓中的改變。系統(tǒng)的低慣性和響應性允許其承受電壓峰值和谷值。


當結(jié)合附圖閱讀時，根據(jù)以下描述將更全面理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點。
圖1示出自耦變壓器。
圖2示出本發(fā)明的第一實施例。
圖3示出本發(fā)明的第二實施例。
圖4示出本發(fā)明的第三實施例。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的一般框圖。
圖6更詳細地示出圖2的實施例。
圖7示出用于控制圖6和圖8中所示實施例的控制系統(tǒng)。
圖8更詳細地示出圖4的實施例。
圖9更詳細地示出圖3的實施例。
圖10示出用于控制圖9中實施例的控制系統(tǒng)。
圖11示出本發(fā)明的三相實施例。
圖12示出用于控制圖1實施例的控制系統(tǒng)。
圖13示出本發(fā)明的第二個三相實施例。
圖14示出用于控制圖13實施例的控制系統(tǒng)。
圖15示出本發(fā)明的第三個三相實施例。
圖16-18示出用于控制圖15實施例的控制系統(tǒng)。
圖19和20示出根據(jù)本發(fā)明實施例的可控電感。
具體實施例方式
自耦變壓器是具有串聯(lián)繞組S和并聯(lián)繞組P的變壓器。圖1示出了自耦變壓器T1，其中并聯(lián)繞組P和串聯(lián)繞組S串聯(lián)連接。串聯(lián)繞組S具有相對少的匝數(shù)，而并聯(lián)繞組P具有相對多的匝數(shù)。在一個實施例中，串聯(lián)繞組具有大約20匝，而并聯(lián)繞組具有大約230匝。施加的電壓V1與串聯(lián)繞組S和并聯(lián)繞組P中的匝數(shù)成比例地分配。如果并聯(lián)繞組P和串聯(lián)繞組S中所包括的總匝數(shù)是N1，且并聯(lián)繞組P中的匝數(shù)是N2，則在并聯(lián)繞組P的兩端會出現(xiàn)值為V1(N2/N1)的電壓V2。該設備也是可逆的，以便如果將電壓V2加到并聯(lián)繞組P的兩端，則建立了連接并聯(lián)繞組P和串聯(lián)繞組S的通量。結(jié)果，在N1匝的兩端出現(xiàn)V1＝V2(N1/N2)的勢差。
在圖2中所示本發(fā)明的第一實施例中，串聯(lián)繞組S與從線路輸入LI到線路輸出LU的第一電源線(例如第一相)串聯(lián)連接。在該實施例中，并聯(lián)繞組經(jīng)由正交場可變電感LR連接到第二電源線(例如第二相)L。這里可通過用可變電感LR改變并聯(lián)繞組P中的電壓來改變串聯(lián)繞組S中的電壓。
在圖3中所示本發(fā)明的第二實施例中，可變電感LR和串聯(lián)繞組S與從LI到LU的第一電源線串聯(lián)連接，其中可變電感連接到串聯(lián)繞組S的線路側(cè)LI。并聯(lián)繞組P連接到第二電源線。
在圖4中所示本發(fā)明的第三實施例中，可變電感LR和串聯(lián)繞組S與從LI到LU的電源線串聯(lián)連接，其中可變電感連接到串聯(lián)繞組S的負載側(cè)LU。并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線L。在前面實施例的版本中，第二相是中性導體。
在本發(fā)明的第二和第三實施例中，由于可變電感LR承受時間電壓積分(其保持與來自自耦變壓器串聯(lián)繞組S的電壓串聯(lián))，所以第一電源線L1-LU中的電壓將改變。
由于可變電感承受的電壓是無功電壓，所以該電壓比電流超前90°。結(jié)果，要減去或加到負載電壓上的電壓與負載所得到的電阻電流有90°的相位差。在自耦變壓器中，在串聯(lián)繞組S和并聯(lián)繞組P之間存在安匝平衡。在并聯(lián)繞組P中因此反映了負載所得到的電流，并引起可變電感器中的壓降。壓降的大小取決于可變電感的值和電流大小。
在一個實施例中，固定電感器與自耦變壓器的并聯(lián)繞組并聯(lián)地安裝。這減少了系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波，并穩(wěn)定了系統(tǒng)的控制。備選地，可使用可變電感。
在第二實施例中，通過可變電感的電流是通過串聯(lián)繞組的負載電流和通過并聯(lián)繞組的電流的總和，而在第三實施例中，通過可變電感的電流是負載電流。在第一實施例中，通過可變電感的電流是并聯(lián)繞組中的電流。由于這些電流的大小不同，因此可基于特定應用來選擇實施例。
圖5是說明穩(wěn)壓器和相關(guān)控制系統(tǒng)(例如調(diào)節(jié)系統(tǒng))的框圖。第一電源線L1經(jīng)過控制系統(tǒng)所控制的穩(wěn)壓器。K1、K2和K3是開關(guān)，其使穩(wěn)壓器可連接到網(wǎng)絡或從網(wǎng)絡斷開。圖5中示出K1處于閉合狀態(tài)，并示出K2和K3為打開狀態(tài)，對應于穩(wěn)壓器不處于使用中的情況。在穩(wěn)壓器處于使用中時，K1和K2打開，而K3閉合。
圖6和7更詳細地示出了單相穩(wěn)壓器。T1是自耦變壓器，其具有位于端子1-2和3之間的串聯(lián)繞組S以及位于端子1-2和4之間的并聯(lián)繞組P。這對應于圖2中示意性示出的本發(fā)明第一實施例。
在圖6中，T4是正交場可變電感LR，其具有位于端子1和2之間的工作繞組(或主繞組)H以及位于端子3和4之間的控制繞組ST?？煽仉姼蠰R連接到變壓器T1的并聯(lián)繞組P，其中T4的端子2連接到T1的端子4。端子1L1和1L2為圖7所示整流電路U9提供電壓。
圖7示出用于調(diào)節(jié)可變電感T4中電流的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括設定點調(diào)節(jié)單元、用于連接或斷開調(diào)節(jié)的開關(guān)S3、用于檢測自耦變壓器T1輸出電壓的反饋電路、處理器單元U8和連接到電感控制繞組的整流電路U9。在一個實施例中，設定點調(diào)節(jié)單元是電位計R8，且反饋電路包括變壓器T7。在又一實施例中，處理器單元U8包括微處理器。在另一實施例中，該系統(tǒng)還包括過壓保護電路U10。
更詳細地，在一個實施例中，圖7的設定點調(diào)節(jié)單元包括分別連接到處理器單元U8端子7、11和10的第一端子、第二端子和第三端子。開關(guān)S3包括分別連接到處理器單元U8端子4和6的第一端子和第二端子。變壓器T7的初級端子1、2連接到S1和R1，以檢測LU上出現(xiàn)的輸出電壓。在該實施例的一個版本中，由保險絲來保護變壓器T7的初級繞組。變壓器T7次級繞組的第一端子和第二端子分別連接到處理器單元U8的端子5和9。
在一個實施例中，對應于R1和S1的端子1L1和1L2連接到處理器單元U8的線路輸入。在該實施例的一個版本中，隔離變壓器用于在將1L1和1L2上出現(xiàn)的電壓加到處理器單元U8之前降低該電壓。過壓保護單元U10包括分別連接到1L1、整流器正輸出端子以及1L2的第一端子、第二端子和第三端子。在該實施例的一個版本中，過壓保護電路包括連接在第一端子和第二端子之間的第一電位計R1以及連接在第二端子和第三端子之間的第二電位計R2。過壓保護電路還包括固定電阻器R3和R4。
在一個實施例中，圖6的端子1L1和1L2還連接到整流電路U9的第一端子和第二端子。整流電路U9輸出包括分別連接到端子3T4和4T4上的控制繞組ST的正極端子和負極端子。在該實施例的一個版本中，包括一個或多個電阻器(例如R5、R6和R7)的電阻網(wǎng)絡串聯(lián)連接在負極端子和控制繞組ST之間。
在一個實施例中，整流電路U9是包括四個二極管V1、V2、V3和V4的全波橋接電路。在該實施例的一個版本中，二極管V1和V2是受控整流二極管，例如可控硅。整流電路U9經(jīng)由二極管V1的控制端子和二極管V2的控制端子連接到處理器單元U8。在該實施例的另一版本中，二極管V5連接在整流電路U9的正極端子和負極端子之間。
通常，圖7的控制系統(tǒng)通過響應自耦變壓器T1輸出電壓的改變而調(diào)節(jié)提供給控制繞組ST的功率來自動調(diào)節(jié)可控電感T4的主繞組H兩端的壓降。經(jīng)由設定點調(diào)節(jié)單元R8建立表示期望輸出電壓的設定點。反饋電路給處理器單元U8提供自耦變壓器T1輸出電壓的指示。處理器單元U8將該設定點與反饋電壓相比較，并通過控制整流電路U9的操作來調(diào)節(jié)在整流器輸出端所提供的功率。在一個實施例中，整流電路U9的輸出是DC電流。
由T1中并聯(lián)繞組P兩端的電壓實現(xiàn)圖6所示本發(fā)明這個第一實施例，其中電感LR與自耦變壓器T1上的并聯(lián)繞組P串聯(lián)連接。由電感T4來調(diào)節(jié)這個電壓，其通過變壓器與輸入端X1和輸出端X1:7之間的線電壓LI-LU串聯(lián)連接。結(jié)果，可增加從X1:7和X1:10上的R和S提供給負載的電壓。如果反饋信號和設定點之間的差大，則調(diào)節(jié)器會增加到電感T4的控制電流，從而增加補償壓降的附加電壓。相反，如果附加電壓太高，則通過向下調(diào)節(jié)加到線電壓的電壓來降低功率。這樣，將提供給負載的輸出電壓維持在大約等于設定點電壓的電平上。
圖8更詳細地示出了最初主要參考圖4描述的本發(fā)明第三實施例。在圖8中，T1是具有位于端子1-2和3之間的串聯(lián)繞組S以及位于端子1-2和4之間的并聯(lián)繞組P的自耦變壓器。在圖7中示出了與該電路相關(guān)的控制系統(tǒng)。
T4是具有位于端子1和2之間的主繞組H以及位于端子3和4之間的控制繞組ST的正交場可變電感。電感T4的端子1耦合到端子T3上的串聯(lián)繞組S的輸出端?？刂齐娏鲝膱D7中受控整流電路U9的正極和負極端子饋送到圖8控制繞組ST上的端子3和4。來自圖8穩(wěn)壓器的端子R和S的輸出電壓的反饋連接到圖7的變壓器T7端子2和1。這個連接將反饋信號提供給圖7的整流調(diào)節(jié)器U8。在一個實施例中，可經(jīng)由電位計R8進行設定點調(diào)節(jié)。從圖7的端子X1:2和X1:4，提供到圖8整流器U9的電壓輸入。
在這個具有連接在自耦變壓器T1串聯(lián)繞組S負載側(cè)上且與其輸出串聯(lián)的電感LR的電壓系統(tǒng)中，穩(wěn)定是通過經(jīng)由電感T4(其串聯(lián)地位于線路中)兩端的可控電感壓降來調(diào)節(jié)來自T1(輸出線電壓)的升高的輸出電壓而實現(xiàn)的。
如果反饋信號和設定點之間的差大(例如大的欠壓)，則調(diào)節(jié)器將升高到電感T4的控制電流，從而降低電感上的壓降以升高電壓并補償該壓降。相反，如果附加電壓太高(例如過壓)，則提供給電感T4的功率降低。結(jié)果，電感T4兩端的壓降升高，提供給負載的電壓降低，且輸出電壓保持在設定點電壓。
圖9更詳細地示出了本發(fā)明的第二實施例。這里，T1是具有位于端子1-2和3之間串聯(lián)繞組S的自耦變壓器。并聯(lián)繞組P位于端子1-2和4之間。該實施例對應于圖3中示意性示出的實施例。圖10中示出了相關(guān)控制系統(tǒng)。
T4是具有位于端子1和2之間的主繞組H以及位于端子3和4之間的控制繞組ST的可變電感?？煽仉姼械亩俗覶4:2連接到端子T1:1-2處的串聯(lián)繞組S。并聯(lián)繞組P還連接到端子T1:2。圖10示出了控制電流如何從受控整流電路U9的正極和負極端子饋送到圖9的控制繞組ST上的端子3和4。來自穩(wěn)壓器端子R和S的輸出電壓的反饋連接到變壓器T7端子2和1。該連接將反饋信號提供給整流調(diào)節(jié)器U8。在一個實施例中，可經(jīng)由電位計R8進行設定點調(diào)節(jié)。從圖9的端子X1:2和X1:4，提供到整流器U9的電壓輸入。
這個電壓調(diào)節(jié)器連接包括連接在串聯(lián)繞組S線路側(cè)上并與其串聯(lián)的電感LR。在這個實施例中，穩(wěn)定是經(jīng)由電感T4(其串聯(lián)地位于線路中)兩端的壓降調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)自耦變壓器輸入電壓來實現(xiàn)的。
如果設定點的值比反饋信號的值大得多(例如欠壓)，則調(diào)節(jié)器將升高到電感T4的控制電流，以降低電感兩端的壓降并補償該壓降。相反，如果存在過壓情況，則降低提供給控制繞組的功率，以便升高電感兩端的壓降，并將提供給負載的輸出電壓保持為大約等于設定點電壓。
到目前為止描述的單相解決方案的三相實施例可基于相同的電壓調(diào)節(jié)的技術(shù)方法，該技術(shù)方法基于輸出電壓和參考(例如設定點)之間的比較。
圖11和12示出了根據(jù)圖3所示本發(fā)明第二實施例的單相解決方案的三相實施例。在圖11中，電感T4、T5和T6的控制繞組ST顯示為串聯(lián)連接，并從而經(jīng)由圖12的控制電路同等地調(diào)節(jié)這些繞組。圖12示出了對應于如上所述的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括設定點調(diào)節(jié)電阻器R8、用于連接和斷開調(diào)節(jié)器的開關(guān)S3、用于來自相RS的反饋電壓的變壓器T7、處理器單元U8(例如電抗器調(diào)節(jié)器)、二極管整流器U9和過壓保護電路U10。電流信號從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出(點3T4和4T4)發(fā)送到可變電抗T4。在該實施例的一個版本中，各相的單獨調(diào)節(jié)也是可能的。
圖13和14示出了圖8中單相解決方案的三相實施例，其中電感T4、T5和T6(圖13)的控制繞組串聯(lián)連接，并由此被同等地調(diào)節(jié)。在該實施例的一個版本中，各相的單獨調(diào)節(jié)還是可能的。圖14示出了用于調(diào)節(jié)提供給負載的電壓的相應控制電路。
圖15-18示出了圖6中單相解決方案的三相實施例。在圖15中示出了電感T4、T5和T6。這些電感T4、T5和T6中的每一個都由單獨的調(diào)節(jié)電路來調(diào)節(jié)。在該三相實施例中，相序是重要的，因為串聯(lián)繞組S中的電壓與從饋電變壓器到線路(未示出)的相電壓矢量相加。串聯(lián)繞組置于點1和3之間，而并聯(lián)繞組置于點2和4之間。在圖15中還示出了各相T1、T2和T3的自耦變壓器?？勺冸姼蠺4響應從相R-S(X1:7和X1:10)提供的反饋信號來調(diào)節(jié)到T1的電壓?？勺冸姼蠺5響應從相S-T(X1:12和X1:14)提供的反饋信號來調(diào)節(jié)到T2的電壓?？勺冸姼蠺6響應從相T-R(X1:14和X1:10)提供的反饋信號來調(diào)節(jié)到T3的電壓。以這種方式，可彼此獨立地調(diào)節(jié)各相的線電壓。
圖16示出了通過T4響應設定點調(diào)節(jié)R8建立的設定點所表示的期望電壓對T1中電壓的調(diào)節(jié)。輸出信號(見圖16右下方)施加到T4上的點3和4。在圖17中示出了通過T5響應設定點調(diào)節(jié)R10對T2的相應調(diào)節(jié)。在圖18中示出了通過T6對T3中電壓的調(diào)節(jié)。
上述三相系統(tǒng)示出了并聯(lián)繞組的三角形連接。然而，也可采用其它連接。例如，在一個實施例中，以星型(即Y型)配置連接并聯(lián)繞組，該星型配置是眾所周知的三相系統(tǒng)的連接拓撲。
圖19示出了可控電感器T4的實施例。該可控電感器T4包括第一管元件101、纏繞在第一管元件101上的主繞組H。在一個實施例中，可控電感器還包括磁端耦合器105、106。在一個實施例中，可控電感器T4由各向異性材料制成。在該實施例的一個版本中，各向異性材料是晶粒取向的各向異性材料。當使用晶粒取向的材料時，可定義晶粒取向方向(GO)和橫向(TD)。
如圖20所示，可控電感器T4還包括第二管元件102。控制繞組ST纏繞在第二管元件和與第一軸正交的第二軸上，其中主繞組H纏繞在第一軸上。在該實施例的一個版本中，第二管元件102同心地位于第一管元件101內(nèi)。端耦合器105和106各將第一管元件101的一端連接到第二管元件102的對應端。在該實施例的一個版本中，磁心由第一管元件101、第二管元件102和端耦合器105、106組成。
在圖20中所示的實施例中，第一軸M相對于第二軸L是環(huán)形軸。在該實施例中，第二軸L是位于第二管元件102中心的線性軸。
在操作中，圖19和20的可控電感器T4發(fā)展成兩個正交通量。在主繞組H通電時，產(chǎn)生第一磁場Hf和第一磁通量Bf。在控制繞組ST通電時，產(chǎn)生第二磁場Hs和第二磁通量Bs。在該實施例的一個版本中，基本在全部磁心中，磁場Hf、Hs都彼此正交，且基本在全部磁心中，磁通量Bf、Bs都彼此正交。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可存在對在此所述內(nèi)容的修改、改動和其它實現(xiàn)。相應地，本發(fā)明并非由前面的示意性描述所定義，而是由下面權(quán)利要求書的精神和范圍所定義。
權(quán)利要求
1.一種用于電源線的電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括自耦變壓器，包括串聯(lián)繞組和并聯(lián)繞組；可變電感，連接到所述自耦變壓器，所述可變電感包括磁心、纏繞在第一軸上的主繞組和纏繞在第二軸上的控制繞組；以及控制系統(tǒng)，用于控制所述磁心的磁導率，其中自動補償所述電源線中的電壓變化，其中第一軸和第二軸是正交軸，以及其中，當所述主繞組和所述控制繞組通電時，在所述磁心中產(chǎn)生正交通量。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)還包括處理器單元；設定點調(diào)節(jié)單元，與所述處理器單元電通信；開關(guān)，與所述處理器單元電通信；反饋輸入，與所述處理器單元和所述電源線電通信；以及整流電路，與所述處理器單元和所述控制繞組電通信，其中操作所述開關(guān)以連接和斷開調(diào)節(jié)，其中所述反饋輸入檢測輸出電壓，以及其中所述處理器單元控制提供給所述控制繞組的控制電流。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述自耦變壓器的所述串聯(lián)繞組與第一電源線串聯(lián)連接，并且其中所述并聯(lián)繞組與所述主繞組和第二電源線串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述串聯(lián)繞組和所述主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，其中所述主繞組位于所述串聯(lián)繞組的線路側(cè)，并且其中所述并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述串聯(lián)繞組和所述主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，其中所述主繞組位于所述串聯(lián)繞組的負載側(cè)，并且其中所述并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
6.一種用于電壓穩(wěn)定的三相系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求2、3或4中任一項所述的系統(tǒng)，用于每個相的電壓穩(wěn)定。
7.如權(quán)利要求5所述的三相系統(tǒng)，其中三相的控制繞組串聯(lián)連接，并被共同調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求5所述的三相系統(tǒng)，其中彼此獨立地控制所述三相的控制繞組。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述磁心包括各向異性材料。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中基本在全部所述磁心中產(chǎn)生所述正交通量。
11.一種穩(wěn)定電壓的方法，所述方法包括如下步驟將輸入電壓提供給自耦變壓器；將可控電感與所述自耦變壓器的至少一個繞組串聯(lián)連接；檢測輸出電壓；在所述可控電感的磁心中產(chǎn)生正交磁場；以及調(diào)節(jié)至少一個所述正交磁場來控制所述磁心的磁導率，以響應檢測到的所述輸出電壓來調(diào)節(jié)所述電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述可控電感與電路的第一相中的串聯(lián)繞組串聯(lián)連接。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述可控電感連接到所述串聯(lián)繞組的所述負載側(cè)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中控制磁導率的步驟還包括調(diào)節(jié)提供給所述可控電感的控制繞組的控制電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源線的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)，其包括可變電感、自耦變壓器和用于控制可變電感以自動補償電源線的電壓變化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括處理器單元、設定點調(diào)節(jié)單元、反饋單元和整流電路。
文檔編號G05F1/38GK1745353SQ200380109588
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者F·斯特蘭, E·豪格斯, R·切爾德霍恩 申請人:馬格技術(shù)公司