本發(fā)明屬于交直流配電領(lǐng)域，尤其涉及一種集成濾波電抗器的變壓器、系留球及電源裝置。

背景技術(shù)：

配電領(lǐng)域，電源裝置中的變壓器是必不可少的器件，但變壓器的體積一般又比較大，這對(duì)在有限的空間內(nèi)設(shè)置器件是十分不利的。以系留球?yàn)槔?，目前系留球上的用電設(shè)備就主要為交直流電能變換裝備，但是系留球本身載箱內(nèi)的空間有限。而隨著這些交直流電能變換裝備的使用，系留球產(chǎn)生大量的諧波成分，不僅影響球上弱電通信設(shè)備的通訊，也造成了強(qiáng)電設(shè)備的諧波含量超標(biāo)等問(wèn)題。而現(xiàn)有的無(wú)源濾波裝置由空心電抗器與電容器等裝置組成，無(wú)法在球載箱內(nèi)安裝使用；有源濾波裝置又需安裝多余的逆變、波形跟蹤裝置，使得在球載箱內(nèi)安裝有源濾波裝置也存在極大困難。

實(shí)際上，現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在不少改進(jìn)后的變壓器，例如一種磁集成變壓器，該變壓器的電感器的副芯柱由若干柱狀磁粉芯拼接而成，因此其氣隙被均勻的分布于柱狀磁粉芯上，不需要集中的設(shè)置氣隙，漏磁不會(huì)集中于個(gè)別被集中在氣隙位處而產(chǎn)生噪音，也能夠有效避免初級(jí)線圈和次級(jí)線圈因漏磁干擾而產(chǎn)生噪音。但是，該變壓器并未提供集成濾波電抗器，在減少噪聲的同時(shí)，并未達(dá)到諧波濾除的目的。而另一種三相變單相濾波變壓器，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器三相變單相及濾波的功能，但由于其磁路結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)的鐵心電抗器并無(wú)本質(zhì) 差別，因此依然存在噪聲高、電感值不恒定、濾波效果差的問(wèn)題，其實(shí)用性也值得懷疑。因此，有必要提供一種新型的變壓器，在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)諧波濾除與噪聲抑制的雙重功效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的首先即在于一種變壓器，以解決有限空間內(nèi)的變壓器在諧波治理方面存在的濾波裝置安裝困難的技術(shù)問(wèn)題，減小裝備體積，同時(shí)降低諧波和噪聲，以提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，提升供電系統(tǒng)的可靠性。

一方面，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的變壓器包括鐵芯及環(huán)繞在鐵芯周側(cè)的線圈繞組，作為改進(jìn)，所述變壓器還包括并聯(lián)在所述線圈繞組兩端的濾波單元；所述濾波單元包括至少一組濾波支路；所述每組濾波支路包括一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)及與所述對(duì)稱解耦繞組對(duì)串聯(lián)的濾波電容器。

具體地，所述對(duì)稱解耦繞組對(duì)由位于同一直線上的兩個(gè)繞組段組成；所述兩個(gè)繞組段的匝數(shù)相同、繞向相反，并且所述兩個(gè)繞組段到所述鐵芯的中軸線的空間距離相等。

進(jìn)一步地，所述線圈繞組包括與交流電源相接的受電高壓繞組以及與負(fù)載相接的供電低壓繞組。并且，所述濾波單元與所述供電低壓繞組并聯(lián)在一起。

進(jìn)一步地，所述線圈繞組與所述鐵芯之間設(shè)置有絕緣墊片。

進(jìn)一步地，所述受電高壓繞組與所述供電低壓繞組之間設(shè)置有屏蔽層。

具體地，所述濾波單元包括并聯(lián)的第一濾波支路和第二濾波支路；所述第一濾波支路和第二濾波支路分別包括一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)及與其串聯(lián)的濾波電容器；或者，

所述濾波單元包括并聯(lián)的第一濾波支路、第二濾波支路和第三濾波支路； 所述三組濾波支路分別包括一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)及與其串聯(lián)的濾波電容器。

另一方面，本發(fā)明還提供一種系留球，為的是解決目前系留球在諧波治理方面存在的濾波裝置安裝困難的問(wèn)題，減小裝備體積，降低諧波和噪聲，同時(shí)提高系留球供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，并且提升系留球供電裝置的可靠性。具體地，本發(fā)明提供的系留球，就是設(shè)置于系留球上安裝如上任一形式下的變壓器。

第三方面，本發(fā)明的目的還在于提供一種電源裝置。該電源裝置內(nèi)置了如第一方面所述的變壓器。

根據(jù)本發(fā)明提供的集成了濾波電抗器的變壓器及內(nèi)置了該變壓器的電源裝置，利用變壓器繞組的對(duì)稱解耦原理，將傳統(tǒng)電力濾波裝置中的電抗器元件集成于變壓器來(lái)降低電力系統(tǒng)的諧波和變壓器噪聲，能夠大大減小濾波裝置的占地，進(jìn)一步減小電源裝置的體積，并且實(shí)現(xiàn)諧波就地產(chǎn)生，就地濾除，同時(shí)提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，提升供電裝置的可靠性。并且，本發(fā)明提供的變壓器不僅可以用于系留球供電的諧波濾除與噪聲抑制，還可以應(yīng)用于其他大功率交直流用電場(chǎng)合，例如大功率電解錳、直流電動(dòng)機(jī)車等，同樣可以實(shí)現(xiàn)裝備的精簡(jiǎn)和降低裝備的體積。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例提供的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的變壓器中一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)的電路模型示意圖；

圖4是圖3所示的一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)的繞組排布示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明實(shí)施例首先提供一種變壓器。該變壓器包括鐵芯及環(huán)繞在鐵芯周側(cè)的線圈繞組，作為改進(jìn)，該變壓器還包括并聯(lián)在線圈繞組兩端的濾波單元。該濾波單元包括至少一組濾波支路；而每組濾波支路包括一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)及與對(duì)稱解耦繞組對(duì)串聯(lián)的濾波電容器。

作為一優(yōu)選實(shí)施例，所述線圈繞組包括與交流電源相接的受電高壓繞組以及與負(fù)載相接的供電低壓繞組。所述受電高壓繞組與所述供電低壓繞組之間設(shè)置有屏蔽層。進(jìn)一步地，所述線圈繞組與所述鐵芯之間還設(shè)置有絕緣墊片。

作為本發(fā)明的另一實(shí)施例，該集成到了變壓器上的濾波單元中的每組濾波支路都包括一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)及與對(duì)稱解耦繞組對(duì)串聯(lián)的濾波電容器。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，所述對(duì)稱解耦繞組對(duì)可由位于同一直線上的兩個(gè)繞組段組成；所述兩個(gè)繞組段的匝數(shù)相同、繞向相反，并且所述兩個(gè)繞組段到鐵芯的中軸線的空間距離相等。

進(jìn)一步地，所述濾波單元與所述供電低壓繞組并聯(lián)在一起。

圖1示出了本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例提供的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；為了便于說(shuō)明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分，如圖所示：

一種變壓器，包括鐵芯10、受電高壓繞組20和供電低壓繞組30，其中受電高壓繞組20與交流電源相接，供電低壓繞組30與用電負(fù)載相接，濾波單元40并聯(lián)在供電低壓繞組30兩端。

在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，濾波單元40包括至少一組濾波支路。并且，每組濾波支 路包括一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)以及與該對(duì)稱解耦繞組對(duì)串聯(lián)的濾波電容器。而其中的對(duì)稱解耦繞組則是由位于同一直線上的兩個(gè)繞組段組成；兩個(gè)繞組段的匝數(shù)相同、繞向相反，并且兩個(gè)繞組段到鐵芯10的中軸線的空間距離相等。

在具體使用中，該變壓器的主要功能有變壓供電、電力濾波和降噪等，即將傳統(tǒng)電力濾波裝置中的電抗器元件集成于變壓器來(lái)降低電力系統(tǒng)的諧波和變壓器噪聲，減小濾波裝置的占地，并且實(shí)現(xiàn)諧波就地產(chǎn)生就地濾除，同時(shí)提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，提升供電裝置的可靠性。

作為優(yōu)選，本發(fā)明實(shí)施例的變壓器可以如圖2所示。即圖2示出了本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例提供的變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。參見(jiàn)圖2：

本優(yōu)選實(shí)施例提供的變壓器，包括鐵芯10、受電高壓繞組20和供電低壓繞組30，其中受電高壓繞組20與交流電源相接，供電低壓繞組30與用電負(fù)載相接，而與供電低壓繞組30并聯(lián)的濾波單元40則包括并聯(lián)的第一濾波支路和第二濾波支路；

具體地，第一濾波支路包括第一對(duì)稱解耦繞組對(duì)41及與其串聯(lián)的濾波電容器c1；第二濾波支路包括第二對(duì)稱解耦繞組對(duì)42及與其串聯(lián)的濾波電容器c2。并且，該第一對(duì)稱解耦繞組對(duì)41和第二對(duì)稱解耦繞組對(duì)42分別由位于同一直線上的兩個(gè)繞組段組成；兩個(gè)繞組段的匝數(shù)相同、繞向相反，并且兩個(gè)繞組段到鐵芯的中軸線的空間距離相等。

在本實(shí)施例中，濾波單元40中的第一濾波支路和第二濾波支路分別與供電低壓繞組30并聯(lián)，兩組濾波支路可以分別針對(duì)不同頻率的諧波進(jìn)行濾除和去噪。實(shí)際上，在具體實(shí)施過(guò)程中，為了滿足不同變壓器實(shí)際工作的需要，濾波單元40還可以包括三組及三組以上的濾波支路。例如，濾波單元40包括并聯(lián)的第一濾波支路、第二濾波支路和第三濾波支路；三組濾波支路分別包括一 個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)及與其串聯(lián)的濾波電容器。也就是說(shuō)，濾波單元40中所包括的濾波支路的組數(shù)在具體應(yīng)用中可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定，在此就不再贅述。

為了對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的變壓器的工作原理作進(jìn)一步說(shuō)明，圖3和圖4分別示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的變壓器中一個(gè)對(duì)稱解耦繞組對(duì)的電路模型示意圖和繞組排布示意圖。參見(jiàn)圖3和圖4：

繞組a為受電高壓繞組，繞組b為對(duì)稱解耦繞組。繞組b由匝數(shù)相等的兩段繞組b1、b2串聯(lián)組成，在空間上繞組段b1、b2與繞組a呈水平鏡像關(guān)系，并且b1、b2兩繞組段的繞向相反(即為對(duì)稱解耦關(guān)系)。繞組a與繞組b上的電流分別為ia、ib，由繞組排布關(guān)系可知繞組之間的互感：

mab1＝-mab2(1)

mb1a＝-mb2a(2)

繞組a通過(guò)電流ia在空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)，與繞組段b1、b2發(fā)生交鏈，產(chǎn)生的磁鏈分別ψb1a、ψb2a，繞組a的電流ia在繞組b上產(chǎn)生的兩段感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：

由磁鏈與互感的關(guān)系可知

將(1)、(3)式代入(4)，可得繞組a的電流ia在繞組b上的電動(dòng)勢(shì)之和：

同理可知對(duì)于繞組a，繞組b的電流ib在繞組a上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和：

由此可知繞組a與繞組b存在電磁耦合，但由于特殊的繞組排列使兩繞組彼此之間的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均為0，即無(wú)功率耦合，由此實(shí)現(xiàn)了兩繞組的對(duì)稱解耦。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種系留球，在目前高空系留氣球供電系統(tǒng)諧波含量高、變壓器及濾波系統(tǒng)所占空間又極為有限的條件下，降低諧波和噪聲，同時(shí)提高系留球供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，并且提升系留球供電裝置的可靠性。具體地，本發(fā)明提供的系留球，包括了如上任一實(shí)施例所述的變壓器。

最后，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電源裝置。該電源裝置內(nèi)置了如上第一方面實(shí)施例中的變壓器。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明提供的集成了濾波電抗器的變壓器及內(nèi)置了該變壓器的電源裝置，利用變壓器繞組的對(duì)稱解耦原理，將傳統(tǒng)電力濾波裝置中的電抗器元件集成于變壓器來(lái)降低電力系統(tǒng)的諧波和變壓器噪聲，能夠大大減小濾波裝置的占地，進(jìn)一步減小電源裝置的體積，并且實(shí)現(xiàn)諧波就地產(chǎn)生，就地濾除，同時(shí)提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)，提升供電裝置的可靠性。并且，本發(fā)明提供的變壓器不僅可以用于系留球供電的諧波濾除與噪聲抑制，還可以應(yīng)用于其他大功率交直流用電場(chǎng)合，例如大功率電解錳、直流電動(dòng)機(jī)車等，同樣可以實(shí)現(xiàn)裝備的精簡(jiǎn)和降低裝備的體積。

值得注意的是，上述實(shí)施例中，所包括的各個(gè)單元只是按照功能邏輯進(jìn)行劃分的，但并不局限于上述的劃分，只要能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能即可；另外，各功能單元的具體名稱也只是為了便于相互區(qū)分，并不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改、或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。