專利名稱：帶氣隙的自調(diào)電抗的變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓器，這種變壓器通過自動(dòng)調(diào)節(jié)所吸收的無功功率而實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種自調(diào)電抗的變壓器，這種變壓器安裝在電感可調(diào)的三柱磁芯上，這種可調(diào)電感器在本申請人的4，620，144號(hào)美國專利(1986年10月28日審定公告)中已經(jīng)說明并得到保護(hù)。
實(shí)際上，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在上述4，620，144號(hào)美國專利中所說明并得到保護(hù)的可調(diào)電感器的磁芯上繞上附加的繞組就能獲得一個(gè)有效且自動(dòng)地調(diào)節(jié)電壓的裝置，或者獲得一個(gè)能用交流電流源例如容性源給負(fù)載供電的變壓器，同時(shí)有效并自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)電源電壓和其供給負(fù)載的電壓的調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種變壓器，這種變壓器包括一個(gè)由第一柱、第二柱和第三柱組成的磁芯，每個(gè)柱上都有第一端和第二端。三個(gè)柱的第一端通過磁芯的第一公共點(diǎn)連在一起，而三個(gè)柱的第二端通過磁芯的第二公共點(diǎn)連在一起。這種變壓器還包括第一繞組(所謂的初級(jí)繞組)以及第二繞組，第一繞組繞在至少一個(gè)磁芯柱上并且由電源供給交流電流，第二繞組也繞在至少一個(gè)磁芯柱上并且被電源電流感應(yīng)產(chǎn)生交流電流。第一繞組和第二繞組如此布置在磁芯上，使得第一和第二繞組中的兩個(gè)交流電流在第二和第三柱的每一個(gè)柱中產(chǎn)生一個(gè)交流磁通?？刂评@組被通以直流電流，并且如此布置在磁芯上，使得上述直流電流在第二和第三柱的每一柱中都產(chǎn)生直流磁通。當(dāng)交流磁通和直流磁通在第二和第三柱的一個(gè)柱中方向相同時(shí)，則在第二和第三柱的另一個(gè)柱中方向相反。這種變壓器還包括將第二繞組的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流的裝置，這直流電流用來供給控制繞組。因此，供給控制繞組的直流電流的大小隨著第二繞組中交流電流的幅度變化而變化，以便使第二和第三柱中的直流磁通的磁力線密度也隨之變化并控制第二和第三柱對于交流磁通的導(dǎo)磁率。次級(jí)繞組受第二和第三柱中的交流磁通的感應(yīng)并與負(fù)載相連以便給其供電。
更優(yōu)越地，第二柱上帶有第一氣隙，第三柱上帶有第二氣隙，第一氣隙橫切第二柱中產(chǎn)生的總磁通的磁力線，第二氣隙橫切第三柱中的總磁通的磁力線。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，電流轉(zhuǎn)換裝置為一個(gè)二極管橋式電路，這個(gè)電路用來將第二繞組中的交流電流整流，并給控制繞組提供整流后的電流，這個(gè)整流后的電流就是供給控制繞組的直流電流。這種變壓器可以進(jìn)一步包括一個(gè)與第二繞組并聯(lián)的固定電感器，和/或一個(gè)響應(yīng)于第二繞組的交流電流的交流互感器，這個(gè)交流電流互感器的次級(jí)繞組的兩端分別與二極管橋式電路的輸入端和輸出端相連，其交流電流供給二極管橋式電路。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施例，初級(jí)繞組繞在第一柱上，第二繞組包括第一和第二交流線圈。第一和第二交流線圈相互串聯(lián)，并分別繞在第二柱和第三柱上。而且，控制繞組包括第一和第二控制線圈，它們也是相互串聯(lián)并分別繞在第二和第三柱上。從而，初級(jí)繞組和第二繞組的第一和第二交流線圈中的交流電流產(chǎn)生一個(gè)由第一和第二柱所確定的閉合磁路的第一交流磁通，以及一個(gè)沿著由第一和第二柱所確定的閉合磁路的第二交流磁通。而第一和第二控制線圈中的直流電流產(chǎn)生一個(gè)沿著由第二和第三柱所確定的閉合磁路的直流磁通。
次級(jí)繞組最好繞在第一柱上，并且包括(a)一個(gè)與外部負(fù)載相連的繞組，(b)一個(gè)與第二繞組中彼此串接的第一和第二交流線圈相并聯(lián)的繞組，以便給彼此串接的第一和第二交流線圈提供交流電流，(c)既包括與外部負(fù)載相連的第一繞組又包括與第二繞組的兩個(gè)線圈并聯(lián)的第二繞組。
可以通過單繞組中間帶抽頭而形成初級(jí)繞組和次級(jí)繞組。
在閱讀了下面這種自調(diào)電抗的變壓器的最佳實(shí)施例的具體說明以后，就可以更加清楚地了解本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)及其它特征，下面僅參照附圖對本發(fā)明作具體說明。


圖1表頸痙⒚韉拇兜目傻韉緲溝謀溲蠱韉牡諞桓鍪凳├ 圖2表示圖1所示的變壓器的三個(gè)磁芯柱上的繞組疊繞情況。
圖3表示本發(fā)明的帶氣隙的可調(diào)電抗的變壓器的第二個(gè)實(shí)施例。
圖4表示本發(fā)明的可調(diào)電抗的變壓器的第三個(gè)實(shí)施例的等效電路。
圖5表示帶氣隙的可調(diào)電抗的變壓器的等效電路，用來說明其工作原理。
圖6表示根據(jù)圖5所示的電路所獲得的本發(fā)明的變壓器的特性曲線。
圖7表示本發(fā)明的變壓器在不同負(fù)載下的幾條有代表性的特性曲線。
首先應(yīng)該說明，在不同的附圖中，相同的元部件用同一參考數(shù)字表示。
如圖1所示，帶氣隙的自調(diào)電抗的變壓器包括一個(gè)三柱磁芯1，它包括一個(gè)中心柱2以及兩個(gè)外柱3和4。柱2、3和4的上端通過磁芯1的第一公共點(diǎn)5連在一起，而柱2、3和4的下端通過磁芯1的第二公共點(diǎn)6連在一起。
應(yīng)該注意，本發(fā)明書中以及后來的權(quán)利要求書中，“柱”這個(gè)術(shù)語是指連接磁芯1的兩個(gè)公共點(diǎn)5和6的三個(gè)磁路中的每一個(gè)磁路。
三個(gè)柱2、3和4最好截面相同。雖然兩個(gè)外柱3和4的截面相同是重要的，但中心柱的截面可以等于也可以大于外柱3和4的截面。
氣隙7位于外柱3的中間，而氣隙8位于外柱4的中間，氣隙7和8具有相同的尺寸。
交流線圈9a和直流控制線圈10a繞在外柱3上，而交流線圈9b和直流線圈10b繞在外柱4上，線圈9a和9b串聯(lián)，并且它們的匝數(shù)相同，直流線圈10a和10b也串聯(lián)，并且它們的匝數(shù)也相同。
全波橋式整流器11包括幾個(gè)二極管，并按通常的方式構(gòu)成，全波整流器11使得串聯(lián)的線圈9a和9b與串聯(lián)的線圈10a和10b串接起來，通過線圈9a和9b的交流電流被整流，而經(jīng)過這樣整流后的電流再供給繞組10a和10b，為方便起見，稱這種整流后的供給繞組10a和10b的電流為“直流電流”。
上述參照圖1所述的帶有氣隙的自調(diào)電抗的變壓器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于申請人在4，620，144號(hào)美國專利(1986年10月28日審定公告)中所說明的并得到保護(hù)的可變電感器的結(jié)構(gòu)圖。
初級(jí)繞組12繞在中心柱2上，并由電源13供給交流電流，繞組12中的交流電流在中心柱2中產(chǎn)生交流磁通，而且交流磁通通過也繞在中心柱2上的次級(jí)繞組16，所以，次級(jí)繞組16中就感應(yīng)產(chǎn)生交流電流。
繞組16的一端與線圈9a的自由端連接，而另一端與二極管橋式電路11的交流輸出端19連接，從而，次級(jí)繞組16中產(chǎn)生的交流電流供給串聯(lián)的線圈9a和9b，并經(jīng)二極管橋式電路11整流后供給串聯(lián)的控制繞組10a和10b。
通過適當(dāng)?shù)剡x擇繞組12和16的匝數(shù)比就可以使供給線圈9a和9b的電壓按要求降低。從而不需外部降壓變壓器即可降低電壓。
如圖3所示，當(dāng)電源電壓大小合適時(shí)，線圈9a和9b可以直接由電源13供給交流電流，在具體情況下，電源13的一端與線圈9a的自由端相連，而電源13的另一端與二極管橋式電路11的交流電流輸出端19相連。此外，由電源13供給線圈9a和9b的交流電流通過二極管橋式電路11整流，以供給控制線圈10a和10b提供直流電流。
如圖1和圖3所示，線圈10a和10b是如此分別繞在外柱3和4上，并如此連接起來，使得供給它們的直流電流(整流后的電流)所產(chǎn)生的直流磁通FC通過由兩個(gè)外柱3和4所確定的閉合磁路(當(dāng)然包括氣隙7和氣隙8的路徑在內(nèi))，而沒有直流磁通經(jīng)過中心柱2。
同樣如圖1和圖3所示，繞組12、線圈9a和9b以及可能有的繞組16具有相同的極性。因此，繞組12、線圈9a和9b以及可能有的次級(jí)繞組16中的交流電流在柱2和3所確定的閉合磁路中產(chǎn)生第一交流磁通，并且在柱2和4所確定的閉合磁路中產(chǎn)生第二交流磁通。在中心柱2中第一和第二交流磁通彼此同向。
在電源交流電流的每一正半周的期間內(nèi)，相應(yīng)地也是在初級(jí)繞組12、線圈9a和9b和可能有的繞組16的交流電流的每一個(gè)正半周期間，直流磁通和第一交流磁通在外柱3中相互反向，因此，直流磁通使得柱3對交流磁通的導(dǎo)磁率增加。相反，直流磁通和交流磁通在外柱4中彼此同向，因此，直流磁通使得柱4對交流磁通的導(dǎo)磁率降低。
當(dāng)然，如上所述，在電源13的每一個(gè)正半周期間，直流磁通和交流磁通相互迭加?？梢匀菀椎乜闯?，在電源13的交流電流的每一個(gè)負(fù)半周期間，情況剛好相反，因?yàn)榇藭r(shí)第一和第二交流磁通在外柱3和4中的方向相反。
直流磁通FC的作用是使得磁芯1深飽和或者淺飽和以便控制磁芯1對于第1和第2交流磁通的導(dǎo)磁率。直流磁通FC增強(qiáng)會(huì)引起線圈9a、9b和繞組12的電抗減小，并且引起這三個(gè)線圈中的交流電流增大，由自調(diào)電抗的變壓器吸收的無功功率的大小就隨著直流磁通FC的改變而變化。由于線圈10a和10b中的直流電流(整流后的電流)以及相應(yīng)的直流磁通FC自動(dòng)成比例地隨線圈9a和9b中交流電流的大小改變而改變，從而就可以自動(dòng)控制磁芯1對交流磁通的磁導(dǎo)率，因而就可以自動(dòng)控制本發(fā)明變壓器的無功功率的吸收。
正如下面將要具體說明的那樣，在給定電源電流范圍內(nèi)，變壓器對所吸收的無功功率的自動(dòng)控制使得串聯(lián)繞組9a和9b上的交流電壓以及相應(yīng)的電源13的交流電壓能夠調(diào)節(jié)在給定的值上，這個(gè)給定的值可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的參數(shù)來調(diào)整。
另一個(gè)繞在中心柱2上的次級(jí)繞組14受中心柱2中的總的交流磁通感應(yīng)而產(chǎn)生交流電流供給外負(fù)載15，負(fù)載15與次級(jí)繞組14的兩個(gè)端點(diǎn)相連，供給負(fù)載15的電壓大小當(dāng)然由初級(jí)繞組12和14的匝數(shù)比來確定。由于電源13的交流電壓被調(diào)節(jié)，因此，繞組14兩端供給負(fù)載15的電壓也被自動(dòng)調(diào)節(jié)。
如圖2所示，線圈9a和10a繞在中間帶有氣隙7的外柱3上，對應(yīng)地，線圈9b和10b也繞在中間帶有氣隙8的外柱4上。在柱3和4上這樣迭繞線圈9a、9b、10a和10b有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即能夠大大減小氣隙7和8處的漏磁通。
繞在中心柱2上的繞組12、14、16也采用上述這種優(yōu)越的迭繞方式，如圖2所示。
在一個(gè)實(shí)施例中，中心柱2上的繞組12、14和可以用帶抽頭220到224的單繞組21來代替。正如圖4中的等效電路所來示的那樣，繞組21繞在中心柱2上，而電源13通過其抽頭220和224給繞組21提供交流電壓和電流。通過繞組21的抽頭222和224給繞組9a和9b提供交流電壓和電流。上面已經(jīng)說過，繞組9a和9b中的電流由二極管橋式電路11整流，以便供給控制繞組10a和10b。繞組21通過抽頭222和224給負(fù)載15提供交流電流。因此圖4所示的變壓器就作為一個(gè)自耦變壓器工作。
單繞組21的應(yīng)用大大減少了構(gòu)成變壓器所需要的導(dǎo)線。此外，在某些電路中，導(dǎo)線的直徑也可以減小。
現(xiàn)在借助于圖6所示的特性曲線來敘述帶氣隙的可調(diào)電抗變壓器的某些工作特性，這些曲線是根據(jù)對圖5所示的電路進(jìn)行測量的結(jié)果繪制的。
在圖4所示的情況下，圖5所示的電路包括一個(gè)繞在中心柱2上并帶有抽頭220到224的繞組21，電源13與繞組21的抽頭221和224相連。繞組9a和9b直接從電源13獲得交流電流。更進(jìn)一步地說，電源13的一端與線圈9a的自由端相連，而另一端與二極管橋式電路11的交流輸出端19相連。
首先，應(yīng)該說明，本發(fā)明的變壓器是一個(gè)具有三種功能的單磁芯裝置-作為上述4，620，144號(hào)美國專利中所說明的并被保護(hù)的帶有氣隙的自控可調(diào)電感器，它能夠從電源吸收大量的無功功率，只要電源電壓在預(yù)設(shè)的某一電壓的基礎(chǔ)上稍微升高一點(diǎn)就會(huì)如此(見圖7)。所吸收的無功功率的大小基本上與電壓的增加成比例，并可以改變并調(diào)節(jié)電源13的電壓。
-當(dāng)作變壓器時(shí)，它可以通過次級(jí)繞組14或21給外部負(fù)載如15供給所要求的電壓。當(dāng)電源13的電壓通過吸收無功功率來調(diào)節(jié)時(shí)，如上所述，供給負(fù)載的電壓也得以調(diào)節(jié)。以及-當(dāng)帶有次級(jí)繞組16時(shí)，或者當(dāng)使用自耦變壓器電路時(shí)，由繞組9a和9b構(gòu)成的內(nèi)部負(fù)載可由一個(gè)比電源13的電壓低的電壓供電。從經(jīng)濟(jì)的角度來說，這種供電方式是非?？扇〉?，因?yàn)楦邏航^緣的費(fèi)用以及橋式整流電路11的高壓二極管的價(jià)格很高。
然而，必須指出，本發(fā)明帶有氣隙的自調(diào)電抗變壓器其工作過程不同于傳統(tǒng)的通過其次級(jí)繞組給帶氣隙的自激可調(diào)電感器供電的變壓器(在上述美國專利4，620，144中說明并得到保護(hù))，事實(shí)上，變壓器部分例如初級(jí)繞組12和次級(jí)繞組14，以及可能有的次級(jí)繞組16，和可變電抗器部分即繞組9a、9b、10a、10b都安裝在同一個(gè)磁芯1上，因而它們通過磁芯1中的第一和第二交流磁通相互影響，從而變壓器工作特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式也要修正。
首先，變壓器的工作電壓V0(圖5中標(biāo)出)在圖1所示的情況下，取決于繞組9a和9b中的每一個(gè)繞組與次級(jí)繞組16的匝數(shù)比，在圖13所示的情況下，取決于繞組9a和9b中的每一個(gè)繞組與初級(jí)繞組12的匝數(shù)比。在圖4所示的情況下，取決于繞組9a和9b的每一個(gè)繞組與繞組21在抽頭221和抽頭224之間的這部分繞組的匝數(shù)比。此外，工作電壓值與上述匝數(shù)比之間的關(guān)系是非線性的。
圖6示出了一些特性曲線，這些特性曲線表示上述匝數(shù)比取不同值時(shí)工作電壓V0的具體變化情況。應(yīng)該注意，圖6的曲線表示工作電壓V0隨電源電流i0(見圖5)的變化關(guān)系。
表1列出了圖5中的繞組21在抽頭221和224之間的匝數(shù)N21，繞組9a和9b的每一個(gè)線圈的匝數(shù)N9，以及繞組10a和10b的每一個(gè)線圈的匝數(shù)N10，每一組數(shù)據(jù)都對應(yīng)于相應(yīng)的一條曲線。
由表1和圖6所示的曲線可以容易地看出，通過改變匝數(shù)N9與匝數(shù)N21的比值可以調(diào)整帶氣隙的可調(diào)電抗變壓器的工作電壓V0，實(shí)際上，在所有曲線的情況下，匝數(shù)N21保持恒定(60匝)，而匝數(shù)N9在曲線A1、A2和A3的情況下為60匝，在曲線B1和B2的情況下為50匝，在曲線C的情況下為40匝。此外，從圖6可以清楚地看出，工作電壓V0隨匝數(shù)比N9/N21的變化是非線性的。
圖6中的兩組曲線(即由A1、A2和A3組成的一組和B1、B2組成的另一組)和表1說明當(dāng)匝數(shù)N21和N9保持恒定時(shí)，在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，匝數(shù)N10的變化引起工作電壓V0和電流i0關(guān)系曲線的斜率變化，而且可以容易地看出，斜率對匝數(shù)比N10/N9的變化非常敏感。
盡管這也可以從理論上加以證明，然而圖6所示的曲線已經(jīng)完全清楚地表明，在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，工作電壓V0是比值N9/N21
的函數(shù)，V0和i0的關(guān)系曲線的斜率是比值N10/N9的函數(shù)。由于初級(jí)繞組21和交流繞組9a和9b繞在同一磁芯1上，因而它們相互感應(yīng)，所以比值N9/N2對工作電壓V0有影響。
通過適當(dāng)調(diào)整比值N9/N21和N10/N9，可以使得V0與i0的關(guān)系曲線的斜率在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)為零，而且在這個(gè)電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，也能把工作電壓調(diào)節(jié)在所要求的值上。
為了防止磁芯1的中心柱2飽和，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，柱2的截面積S2、匝數(shù)N21、外柱3和4的截面積S3，4，以及匝數(shù)N9必須滿足下列關(guān)系N21·S2≥N9·N3，4因此，當(dāng)柱2、3和4的截面相同時(shí)，比值N9/N21必須小于或等于1。
所以，帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的工作過程不同于申請人在美國專利4，620，144號(hào)(1986年10月28日審定公告)中所說明的并得到保護(hù)的帶氣隙的自控可調(diào)電感器的工作過程。
然而，在可調(diào)電抗器的情況攏溲蠱鞔判鏡鈉 和8使得根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的所有變壓器的工作特性相同，因?yàn)闅庀?和8大大減小了其工作特性對這些變壓器磁芯不同的敏感度，并且大大減小了其工作特性對其它不希望的現(xiàn)象(在美國專利4，620，144中已闡述)的敏感度。
當(dāng)然，對本發(fā)明的變壓器能夠進(jìn)行所需的工作特性的調(diào)節(jié)，這在美國專利4，620，144(1986年10月28日審定公告)中已經(jīng)詳細(xì)說明。
然而，本發(fā)明進(jìn)一步提出了下列附加的調(diào)節(jié)裝置，這些調(diào)節(jié)裝置用來調(diào)節(jié)帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的工作特性。
根據(jù)第一種方法，固定電感器20與串聯(lián)的繞組9a和9b并聯(lián)(圖1和圖3)，由于電源13而感應(yīng)產(chǎn)生的交流電流流過電感器20，該電流的大小取決于電感器20的電感量。這個(gè)交流電流經(jīng)整流后流入繞組10a和10b中。從而產(chǎn)生了附加的直流磁通，該磁通通過由外柱3和4所確定的閉合磁路，而且該磁通與繞組9a和9b的交流電流經(jīng)整流后的電流所產(chǎn)生的直流磁通相互同向。通過改變電感器20的電感量，可以精確地調(diào)節(jié)工作電壓V0(在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi))。電感器20線性工作或過磁化(is over excited)(允許飽和)。
另一種方法在于用一個(gè)電流互感器17(圖1和圖3)，這個(gè)電流互感器17包括一個(gè)次級(jí)繞組，其一端與二極管橋式電路11的交流輸入端18相連，而另一端與二極管橋式電路11的交流輸出端19相連。電流互感器17通過其次級(jí)繞組響應(yīng)繞組9a和9b中的交流電流而感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)交流電流，這個(gè)由電流互感器17的次級(jí)繞組所產(chǎn)生的交流電流經(jīng)二極管橋式電路11整流后供給線圈10a和10b，從而產(chǎn)生一個(gè)附加的直流磁通，這個(gè)磁通通過由外柱3和4所確定的閉合磁路其方向與繞組9a和9b的交流電流經(jīng)整流后的電流所產(chǎn)生的直流磁通的方向相同。當(dāng)互感器17所產(chǎn)生的電流的大小隨繞組9a和9b中的電流變化時(shí)，附加的直流磁通也隨之變化。通過適當(dāng)選擇變壓器的特性，可以在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)改變V0和i0關(guān)系曲線的斜率。
當(dāng)然，為了調(diào)整帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的工作特性，需要的時(shí)候，可以同時(shí)采用電感器20和互感器17。
圖7表示本發(fā)明的變壓器在其次級(jí)(如繞組14)連接不同負(fù)載時(shí)的工作特性。
更具體地說，圖7中的曲線G表示變壓器不帶負(fù)載(空載)時(shí)的V0和i0的關(guān)系曲線。曲線D、E和F表示變壓器把電源的電能供給負(fù)載的情況下的工作特性，曲線F所對應(yīng)的負(fù)載大于曲線E所對應(yīng)的負(fù)載，而曲線E所對應(yīng)的負(fù)載大于曲線D所對應(yīng)的負(fù)載。在電壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，甚至當(dāng)變壓器空載(曲線G)時(shí)，電壓V0保持相對穩(wěn)定。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以意識(shí)到，帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器構(gòu)成了一個(gè)簡單的交流電壓調(diào)節(jié)裝置。這種電壓調(diào)節(jié)是通過自動(dòng)控制無功功率的吸收而實(shí)現(xiàn)的。
帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的一個(gè)有意義的應(yīng)用是(在上述4，620，144號(hào)美國專利中的可變電感器的情況下)對負(fù)載的交流電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，其交流電壓是用電力線或更通常地由容性源(電容耦合)供給的。
在這種應(yīng)用中，容性源構(gòu)成了電源13，負(fù)載是電阻性的、電抗性的或者既是電阻性的又是電抗性的。如圖7所示，本發(fā)明的變壓器給負(fù)載提供所要求的電能，而使電壓V0保持相對穩(wěn)定，從而使得供給負(fù)載的電壓保持相對穩(wěn)定。
當(dāng)用來使容性源(通過電容耦合)給負(fù)載供電時(shí)，帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的內(nèi)部電損耗不會(huì)隨著供給這個(gè)負(fù)載的交流電流的增加而增加。事實(shí)上，當(dāng)本發(fā)明的變壓器供給負(fù)載的電流增大時(shí)，繞組9a和9b中的交流電流以及由交流電流整流而得到的繞組10a和10b中的直流電流都減小。
盡管通過帶氣隙的自調(diào)電抗變壓器的最佳實(shí)施例來說明本發(fā)明，但應(yīng)該注意到，在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)能夠?qū)@些實(shí)施例以及對這種變壓器的應(yīng)用加以改進(jìn)，而不改變或變換本發(fā)明的目的和實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種變壓器，包括一個(gè)由第一柱、第二柱和第三柱組成的磁芯，每個(gè)柱都具有第一端和第二端，三個(gè)第一端通過磁鏡牡諞還駁懔諞黃穡齙詼送ü判鏡牡詼駁懔諞黃穡 第一繞組，即所謂的初級(jí)繞組，這個(gè)繞組繞在磁芯的至少一個(gè)柱上，并且由電源供給交流電流，第二繞組，這個(gè)繞組也繞在磁芯的至少一個(gè)柱上，并且由電源電流而感應(yīng)產(chǎn)生的交流電流供給這個(gè)繞組，所說的第一和第二繞組如此安排在磁芯上使得第一和第二繞組中的兩個(gè)交流電流在第二柱和第三柱的每一個(gè)柱中產(chǎn)生一個(gè)交流磁通，控制繞組，這個(gè)繞組被供給直流電流，并且如此安排在磁芯上，使得直流電流在第二柱和第三柱的每一個(gè)柱中產(chǎn)生一個(gè)直流磁通，當(dāng)所說的交流磁通和直流磁通在第二柱和第三柱的一個(gè)柱中方向相同時(shí)，則在第二柱和第三柱的另一個(gè)柱中方向相反，轉(zhuǎn)換裝置，這個(gè)轉(zhuǎn)換裝置將第二繞組中的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流，以便供給控制繞組，供給控制繞組的直流電流的大小隨著第二繞組中的交流電流的大小變化而變化，從而使所說的第二柱和第三柱中的直流磁通的磁力線密度也隨之而發(fā)生變化，并控制第二和第三柱對于交流磁通的磁導(dǎo)率，以及次級(jí)繞組，這個(gè)繞組受第二和第三柱中的交流磁通的感應(yīng)，與一個(gè)電負(fù)載相連以便給這個(gè)負(fù)載供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所說的第二柱上帶有氣隙，這個(gè)氣隙橫切第二柱中產(chǎn)生的總磁通的磁力線，而第三柱上也帶有氣隙，這個(gè)氣隙橫切第三柱中產(chǎn)生的總磁通的磁力線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中，電流轉(zhuǎn)換裝置為一個(gè)二極管橋式電路，這個(gè)二極管橋式電路將供給第二繞組的交流電流進(jìn)行整流，并把這樣整流后的電流供給控制繞組，這個(gè)整流后的電流就是所說的供給控制繞組的直流電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓器，進(jìn)一步包括一個(gè)與所說的第二繞組并聯(lián)的電感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓器，其中所說的二極管橋式電路包括由所說的第二繞組的交流電流通過的一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，而且，所說的變壓器進(jìn)一步包括一個(gè)電流互感器，這個(gè)電流互感器感應(yīng)于第二繞組中的交流電流，并且包括一個(gè)具有第一端和第二端的次級(jí)繞組，所說的第一端和第二端分別與二極管橋式電路的輸入端和輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所說的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組是通過一個(gè)繞在所說的第一柱上的并且?guī)С轭^的單繞組形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器，其中所說的初級(jí)繞組繞在所說的第1柱上，并且其匝數(shù)為Np，所說的第二繞組包括第一線圈和第二線圈，第一線圈和第二線圈分別繞在第二柱和第三柱上并且相互串聯(lián)，而它們各自的匝數(shù)為Ns，第一柱的截面積為S1，而第二柱和第三柱的截面積為S23，參數(shù)Np、Ns、S1和S23滿足下列關(guān)系Np·S1≥Ns·S23
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器，其中初級(jí)繞組繞在第一柱上，并且其匝數(shù)為Np，第二繞組包括第一線圈和第二線圈，第一線圈和第二線圈分別繞在第二柱上和第三柱上并且相互串聯(lián)，而它們各自的匝數(shù)為Ns，第一柱的截面積為S1，而第二柱和第三柱的截面積均為S23，參數(shù)Np、Ns、S1和S23滿足下列關(guān)系Np·S1≥Ns·S23
9.一種變壓器，包括一個(gè)由第一柱、第二柱和第三柱組成的磁芯，每個(gè)所說的柱都具有第一端和第二端，三個(gè)所說的第一端通過磁芯的第一公共點(diǎn)連在一起，而三個(gè)所說的第二端通過磁芯的第二公共點(diǎn)連在一起，第一繞組，即所謂的初級(jí)繞組，這個(gè)繞組繞在所說的第一柱上，并且由電源供給交流電流，第二繞組，這個(gè)繞組繞在磁芯的至少一個(gè)所說的柱上，并且由電源電流而感應(yīng)產(chǎn)生的交流電流供給這個(gè)繞組，所說的第一和第二繞組中的交流電流在由所說的第一柱和第二柱所確定的閉合磁路中產(chǎn)生第一交流磁通，而且在由所說的第一柱和第三柱所確定的閉合磁路中產(chǎn)生第二交流磁通，第一交流磁通和第二交流磁通在所說的第一柱中相互同向，分別繞在所說的第二柱和第三柱上的第一控制線圈和第二控制線圈，它們?nèi)绱舜?lián)并通以直流電流，使得該直流電流在所說的第二和第三柱中產(chǎn)生一個(gè)直流磁通，轉(zhuǎn)換裝置，這個(gè)轉(zhuǎn)換裝置將所說的第二繞組裝置中的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流，以便供給所說的第一和第二控制線圈，供給控制繞組的直流電流的大小隨著第二繞組中的交流電流的大小變化而變化，從而使所說的第二和第三柱中的直流磁通的磁力線密度也隨之而發(fā)生變化，并控制第二和第三柱分別相對于所說的第一和第二交流磁通的磁導(dǎo)率，以及次級(jí)繞組，這個(gè)繞組繞在所說的第一柱上，并受感應(yīng)于在第一和第二柱中相互同向的第一和第二交流磁通，而且與一個(gè)負(fù)載相連，以便給這個(gè)負(fù)載供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所說的變壓器，其中第二柱上帶有第一氣隙，該氣隙橫切第二柱產(chǎn)生的總磁通的磁力線，而第三柱上帶有第二氣隙，第二氣隙橫切第三柱中產(chǎn)生的總磁通的磁力線。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所說的變壓器，其中第二繞組包括第一交流線圈和第二交流線圈，這兩個(gè)交流線圈相互串聯(lián)并且分別繞在所說的第二柱和第三柱上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所說的變壓器，其中所說的負(fù)載為外負(fù)載，而且變壓器進(jìn)一步包括繞在第一柱上的附加的次級(jí)繞組，其兩端連接第二繞組中相互串聯(lián)的第一交流線圈和第二交流線圈，所說的附加次級(jí)繞組響應(yīng)第一柱中的總磁通而感應(yīng)產(chǎn)生交流電流供給第二繞組的第一和第二交流線圈。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所說的變壓器，其中所說的電流轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)二極管橋式電路，該電路將供給第二繞組的交流電流進(jìn)行整流，并把這樣整流后的電流供給第一和第二控制線圈，這個(gè)整流后的電流就是所說的供給控制繞組的直流電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所說的變壓器，進(jìn)一步包括一個(gè)與所說的第二繞組并聯(lián)的電感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所說的變壓器，其中二極管橋式電路包括由供給所說的第二繞組的交流電流通過的一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，而且，所說的變壓器進(jìn)一步包括一個(gè)電流互感器，這個(gè)電流互感器受感應(yīng)于第二繞組中的交流電流，并且包括一個(gè)具有第一端和第二端的次級(jí)繞組，所說的第一端和第二端分別與二極管橋式電路的輸入端和輸出端相連。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所說的變壓器，其中所說的電流轉(zhuǎn)換裝置包括一個(gè)二極管橋式電路，該橋式電路將供給所說的第二繞組的交流電流進(jìn)行整流，并把這樣整流后的電流供給第一和第二控制繞組，這個(gè)整流后的電流就是供給控制繞組的直流電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所說的變壓器，進(jìn)一步包括一個(gè)電感器，該電感器與所說的第二繞組中的互相串聯(lián)的第一線圈和第二線圈并聯(lián)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所說的變壓器，其中所說的二極管橋式電路包括供給所說的第二繞組中第一和第二交流線圈交流電流的一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，而且所說的變壓器進(jìn)一步包括一個(gè)電流互感器，這個(gè)電流互感器受感應(yīng)于所說的第二繞組中第一和第二交流線圈中的交流電流，并且包括一個(gè)具有第一端和第二端的次級(jí)繞組，所說的第一端和第二端分別與所說的二極管橋式電路的輸入端和輸出端相連。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的變壓器，其中所說的第二繞組中第一交流線圈和所說的第一控制線圈如此迭繞在所說的第二柱上，使得所說的第一氣隙位于第二繞組的第一交流線圈的中心以及所說的第一控制線圈的中心，而所說的第二繞組的第二交流線圈和所說的第二控制線圈如此迭繞在所說的第三柱上，使得所說的第二氣隙位于所說的第二繞組中第二交流線圈的中心以及所說的第二控制線圈的中心，而且，所說的初級(jí)和次級(jí)繞組迭繞在所說的第一柱上。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所說的變壓器，其中所說的初級(jí)和次級(jí)繞組是通過一個(gè)繞在所說的第一柱上的并且?guī)в谐轭^的單繞組形成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變壓器，其中所說的初級(jí)繞組和所說的兩個(gè)次級(jí)繞組是通過一個(gè)繞在所說的第一柱上的并且?guī)С轭^的單繞組形成的。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的變壓器，其中給所說的第二繞組的第一和第二交流線圈提供交流電流的附加次級(jí)繞組其匝數(shù)為Ns，所說的第二繞組的第一和第二交流線圈的匝數(shù)為NA，所說的第一柱的截面積為S1，所說的第二柱和第三柱的截面積均為S23，它們滿足下列關(guān)系Ns·S1≥NA·S23
23.一種變壓器，包括一個(gè)由第一柱、第二柱和第三柱組成的磁芯，每個(gè)柱都具有第一端和第二端，三個(gè)第一端通過磁芯的第一公共點(diǎn)連在一起，而三個(gè)第二端通過磁芯的第二公共點(diǎn)連在一起，一個(gè)初級(jí)繞組，這個(gè)初級(jí)繞組繞在所說的第一柱上并且由電源供給交流電流，一個(gè)第一交流繞組和一個(gè)第二交流繞組，這兩個(gè)繞組分別繞在所說的第二柱和第三柱上，并相互串聯(lián)，而且由電源電流感應(yīng)產(chǎn)生的交流電流供電給這兩個(gè)繞組，所說的初級(jí)繞組以及所說的第一和第二交流繞組中的交流電流在由所說的第一柱和第二柱所確定的閉合磁路中產(chǎn)生第一交流磁通，而在由所說的第一柱和第三柱所確定的閉合磁路中產(chǎn)生第二交流磁通，第一和第二交流磁通在第一柱中相互同向，第一控制繞組和第二控制繞組，這兩個(gè)控制繞組分別繞在所說的第二柱和第三柱上，并且相互串聯(lián)，將直流電流供給所說的第一和第二控制繞組以便在由第二柱和第三柱所確定的閉合磁路中產(chǎn)生一個(gè)直流磁場，轉(zhuǎn)換裝置，這個(gè)裝置把供給所說的第一和第二交流繞組的交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流以便供給所說的第一和第二控制繞組，供給控制繞組的直流電流的大小隨著第一和第二交流繞組中的交流電流的大小變化而變化，從而使所說的直流磁通的磁力線密度也隨之而發(fā)生變化，并控制第二和第三柱分別相對于所說的第一和第二交流磁通的導(dǎo)磁率，以及一個(gè)次級(jí)繞組，該繞組繞在所說的第一柱上，從而受感應(yīng)于第一柱中相互同向的第一和第二交流磁通，所說的次級(jí)繞組具有兩個(gè)端點(diǎn)，在這兩個(gè)端點(diǎn)之間連接兩個(gè)互相串聯(lián)的第一和第二交流繞組，因而將次級(jí)繞組中的交流電流通過這兩個(gè)端點(diǎn)，供給所說的第一和第二交流繞組。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的變壓器，其中所說的第二柱包括橫切第二柱中總磁通磁力線的氣隙，而所說的第三柱包括橫切第三柱中總磁通磁力線的氣隙。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所說的變壓器，其中所說的繞在第一柱上的并受感應(yīng)于第一和第二交流磁通的次級(jí)繞組其匝數(shù)為Ns，第一和第二交流繞組的匝數(shù)均為NA，第一柱的截面積為S1，第二柱和第三柱的截面積為S23，它們滿足下列關(guān)系Ns·S1≥NA·S2全文摘要
本變壓器包括三柱磁芯，兩個(gè)外柱的中間都有氣隙；兩組繞組，一組為交流繞組，一組為直流繞組，它們都繞在各自外柱上，初級(jí)繞組和次級(jí)繞組繞在中心柱上，初級(jí)繞組由電源供交流電流，次級(jí)繞組向外負(fù)載供電，兩個(gè)交流繞組串聯(lián)，通過繞在中心柱上的附加繞組向這串聯(lián)的交流繞組供交流電流。兩個(gè)直流繞組串聯(lián)，將交流繞組中的電流經(jīng)橋式電路整流后供給這串聯(lián)的直流繞組。該變壓器將電源的電能供給外部負(fù)載的同時(shí)還調(diào)節(jié)電源電壓和負(fù)載電壓。
文檔編號(hào)H01F27/42GK1037427SQ88103600
公開日1989年11月22日 申請日期1988年5月5日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月5日
發(fā)明者萊那德·鮑爾杜克, 格利高里·派爾 申請人:海德羅-魁北克公司