專利名稱：調(diào)相變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)相變壓器，特別是小型的價(jià)格低的調(diào)相變壓器，該調(diào)相變壓器用于連接電壓和相位不同的兩個(gè)電力系統(tǒng)以及為了使環(huán)形電力系統(tǒng)的輸電損失為最小而控制功率流量。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平面圖，圖2是圖1的主磁通和差磁通的矢量圖，圖3是本發(fā)明其他實(shí)施例的主磁通和差磁通的矢量圖，圖4是普通的調(diào)相變壓器的接線圖，圖5是說明圖4的調(diào)相變壓器的相位調(diào)整動(dòng)作的矢量圖，圖6是圖4的調(diào)相變壓器的各相的主磁通的矢量圖，圖7是先有的調(diào)相變壓器的主變壓器的斜視圖，圖8是圖7的主變壓器的平面圖，圖9是先有的調(diào)相變壓器的主磁通和差磁通的矢量圖。
圖4是先有的實(shí)用化的普通調(diào)相變壓器的接線圖。
圖中，主變壓器1以及與該主變壓器串聯(lián)連接的串聯(lián)變壓器11構(gòu)成三相的調(diào)相變壓器。
主變壓器1由星形接法的初級(jí)線圈2、星形接法的次級(jí)線圈3和三角形接法的第三線圈4構(gòu)成，各線圈2～4分別具有處于同相關(guān)系的U相、V相和W相等三個(gè)相線圈。另外，初級(jí)線圈2具有與電力系統(tǒng)相連接的三個(gè)輸入端U、V和W，次級(jí)線圈3具有三個(gè)輸出端u、v和w。
串聯(lián)變壓器11由通過各轉(zhuǎn)換抽頭Ta～Tc及接點(diǎn)Sa～Sc與次級(jí)線圈3相連接的星形接法的相位調(diào)整線圈13、通過各接點(diǎn)a、b、c與第三線圈4相連接的星形接法的勵(lì)磁線圈14和三角形接法的穩(wěn)定線圈15構(gòu)成，各線圈13～15分別具有處于同相關(guān)系的u相、v相和w相等三個(gè)相線圈。
下面，參照?qǐng)D5和圖6的矢量圖說明圖4的調(diào)相變壓器的相位調(diào)整動(dòng)作。
首先，當(dāng)主變壓器1的初級(jí)線圈2的接點(diǎn)U～W與三相電力系統(tǒng)相接，加上電壓Eu、Ev和Ew時(shí)，初級(jí)線圈2中便感應(yīng)出與系統(tǒng)電壓Eu、Ev及Ew平衡的電壓。另外，在次級(jí)線圈3和第三線圈4的各相線圈內(nèi)分別感應(yīng)出與初級(jí)線圈2的各相線圈同相的電壓。
這時(shí)，由于次級(jí)線圈3是星形接法，而第三線圈4是三角形接法，所以，與串聯(lián)變壓器11的勵(lì)磁線圈14相連接的第三線圈4的各個(gè)接點(diǎn)a、b、c的對(duì)地電壓，都比初級(jí)線圈2的各個(gè)接點(diǎn)U、V、W的相位滯后30°。
另外，在串聯(lián)變壓器11內(nèi)部，通過接點(diǎn)a、b、c與主變壓器1的第三線圈4相連接的勵(lì)磁線圈14是星形接法，在相位調(diào)整線圈13和穩(wěn)定線圈15的各相線圈內(nèi)分別感應(yīng)出與勵(lì)磁線圈14的各相線圈同相的電壓。因此，從主變壓器1的初級(jí)線圈2的角度看，串聯(lián)變壓器11內(nèi)的各線圈13～15的電壓相位均滯后30°。
于是，若如圖4所示的那樣，把相位調(diào)整線圈13的a相、b相和c相的各相線圈分別與主變壓器1的次級(jí)線圈3的V相、W相及U相的各相線圈相連接，則在次級(jí)線圈3的各相線圈的感應(yīng)電壓E′u、E′v及E′w與同其各相線圈串聯(lián)連接的相位調(diào)整線圈13的各相線圈的感應(yīng)電壓Ea、Eb及Ec之間產(chǎn)生90°的相位差。
這時(shí)，次級(jí)線圈3的各接點(diǎn)u、v及w的對(duì)地電壓Eu、Ev及Ew便如圖5所示，是次級(jí)線圈3的感應(yīng)電壓E′u、E′v及E′w與相位調(diào)整線圈13的感應(yīng)電壓Ea、Eb及Ec的矢量合成。
在圖5中，虛線所示的Eu、Ev及Ew是初級(jí)線圈2的各接點(diǎn)U、V及W的電壓矢量，Ea、Eb及Ec是相位調(diào)整線圈13的各相線圈中感應(yīng)出的電壓矢量，E′u、E′v及E′w是次級(jí)線圈3的各相線圈中感應(yīng)出的電壓矢量，Eu、Ev及Ew是次級(jí)線圈3的各接點(diǎn)u、v及w的對(duì)地電壓矢量。
由圖5可知，次級(jí)線圈3的各接點(diǎn)電壓Eu、Ev及Ew相對(duì)初級(jí)線圈2的各接點(diǎn)電壓Eu、Ev及Ew有一個(gè)θ角度的相位差。利用抽頭轉(zhuǎn)換器(圖中未示出)在有負(fù)載時(shí)調(diào)整相位調(diào)整線圈13的各個(gè)抽頭Ta～Tc的位置而改變感應(yīng)電壓Ea、Eb及Ec的大小，可以任意調(diào)整該相位差角度θ。
另外，由于主變壓器1的各線圈2～4的電壓與串聯(lián)變壓器11的各線圈13～15的電壓之間相位差，所以，主變壓器1和串聯(lián)變壓器11的鐵芯中產(chǎn)生的各相的主磁通φu、φv及φw與φu、φv及φw之間也有相位差。
若用矢量圖表示上述關(guān)系，則如圖6所示，虛線所示的φu、φv及φw是主變壓器1的三相主磁通，實(shí)線所示的φa、φb及φc是串聯(lián)變壓器11的三相主磁通。由圖6可知，例如若主磁通φu與φa之間的相位差為30°，則主磁通φa與φv之間的相位差就是90°。
圖7是先有的作為主變壓器1或串聯(lián)變壓器11的殼式普通三相變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)斜視圖，圖8是圖7的變壓器的平面圖。實(shí)際上，將與圖7(圖8)結(jié)構(gòu)相同的兩臺(tái)變壓器相連接，便構(gòu)成調(diào)相變壓器的主變壓器1和串聯(lián)變壓器11，此處只示出了主變壓器1。
鐵芯21上，與各相配合的初級(jí)線圈2、次級(jí)線圈3和第三線圈4分別繞成U相線圈22U、V相線圈22V和W相線圈22W，其中，V相線圈22V的線圈的繞向是相反的，即與U相線圈22U及W相線圈22W的繞向相反。
另外，鐵芯21由通過有主磁通φu、-φv及φw的主鐵芯柱23和通過各相鄰主磁通的差磁通φuv及φvw的相間鐵芯柱24(參見畫斜線處)構(gòu)成。
下面，說明在圖7及圖8所示的主變壓器1中主磁通φu、-φv及φw通過主鐵芯柱時(shí)，通過各相間鐵芯柱24的差磁通φuv及φvw的量。
通過各相間鐵芯柱24的差磁通可用通過相鄰主鐵芯柱23的主磁通之差來表示，在U相線圈22U和V相線圈22V之間的相間鐵芯柱24中通過由主磁通φu與-φv的矢量差構(gòu)成的差磁通φuv，在V相線圈22V與W相線圈22W之間的相間鐵芯柱24中通過由主磁通-φv與φw的矢量差構(gòu)成的差磁通φvw。
若用矢量圖表示上述關(guān)系，則為圖9。這時(shí)，各主磁通φu、φv及φw的絕對(duì)值相等，并且相互有120°的相位差，另外，繞向相反的V相線圈22V產(chǎn)生的主磁通為-φv，相對(duì)各主磁通φu及φw的相位差為60°。因此，如圖所示，各差磁通φuv及φvw的絕對(duì)值與主磁通φu、φv及φw的絕對(duì)值相等。
于是，鐵芯21的主鐵芯柱23和相間鐵芯柱24的截面積應(yīng)設(shè)計(jì)為能通過主磁通和差磁通所需要的數(shù)值，而將主鐵芯柱23及相間鐵芯柱24的寬度D1和D2設(shè)計(jì)為相同的寬度。對(duì)于串聯(lián)變壓器11，設(shè)計(jì)方法完全相同，并且如果鐵芯的厚度與主變壓器1的鐵芯厚度H相同，則主鐵芯柱和相間鐵芯柱的寬度也和主變壓器1的寬度D1和D2相等。
如上所述，由于先有的調(diào)相變壓器是由兩臺(tái)三相變壓器即主變壓器1和串聯(lián)變壓器11組合而成的，所以，不僅體積大，組裝、運(yùn)輸和安裝十分費(fèi)力，而且，油箱、絕緣套和保護(hù)繼電器等器材都必須使用兩套。
另外，即使把兩臺(tái)變壓器裝在一個(gè)油箱內(nèi)，也由于主要結(jié)構(gòu)不能減少而使制造費(fèi)用幾乎不能節(jié)減，相反，由于外形尺寸加大而增加了運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用。
本發(fā)明就是為解決上述問題而提出來的，目的是要提供一種小型的價(jià)格便宜的調(diào)相變壓器。
本發(fā)明的調(diào)相變壓器設(shè)有可以卷繞主變壓器和串聯(lián)變壓器的各相線圈的六相鐵芯，各相線圈的配置使得在該六相鐵芯內(nèi)相鄰的各主磁通的相位差為30°。
本發(fā)明用一臺(tái)變壓器構(gòu)成調(diào)相變壓器，并且使通過相鄰各相線圈間的鐵芯的相間鐵芯柱的差磁通約為先有的一半，因此可使相間鐵芯柱的截面積減小，從而實(shí)現(xiàn)小型化。
下面，說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平面圖，22U～22W、φu～φw、φa～φc和D1的意義與前述相同。另外，其接線圖和圖4所示的一樣，各電壓Eu～Ew及Eu～Ew和各主磁通φu～φw及φa～φc的矢量圖分別和圖5及圖6所示的一樣。
主變壓器1(參見圖4)的各相線圖22U～22W和串聯(lián)變壓器11的各相線圈22a～22c一起繞在其上的六相鐵芯31由通過各主磁通φu～φw及φa～φc的主鐵芯柱33和通過各差磁通φau、φvb、φbv、φvc及φcw的相間鐵芯柱34構(gòu)成。
另外，繞在六相鐵芯31上的各相線圈從圖上左邊開始按a相、U相、b相、V相、c相及W相的順序排列，V相線圈22V和b相線圈22b的繞向和前面所述的一樣，是反向的，即與其它線圈的繞向相反。并且，各主磁通φu～φw和φa～φc的大小(絕對(duì)值)分別是相等的。
下面，參照?qǐng)D2的矢量圖，說明圖1所示的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的動(dòng)作。圖2是將反繞的b相線圈22b和V相線圈22V產(chǎn)生的主磁通φv及φb的方向反轉(zhuǎn)180°后而成-φv及-φb的矢量圖。關(guān)于相位調(diào)整線圈13(參見圖4)的相位調(diào)整動(dòng)作與前面所述的相同，此處從略。
通常，若矢量X與矢量Y的夾角為ψ，則該二矢量X與Y的差矢量的絕對(duì)值｜X-Y｜可以表為｜X-Y｜＝(｜X｜2+｜Y｜2-2｜X｜｜Y｜c(diǎn)osψ)1/2……(1)現(xiàn)在，令各相的主磁通的絕對(duì)值為｜φu｜＝｜φv｜＝｜φw｜＝φM｜φa｜＝｜φb｜＝｜φc｜＝φS并取φM＝φS＝1.0〔P·U〕其中，〔P·U〕表示將磁通量單位化以后的數(shù)值。
若考慮主變壓器1的U相線圈22U產(chǎn)生的主磁通φu與串聯(lián)變壓器11的a相線圈22a產(chǎn)生的主磁通φa的關(guān)系，因二者的相位差為30°，所以，根據(jù)(1)式，可得差磁通φau的絕對(duì)值為
｜φau｜＝｜φu-φa｜＝(｜φu｜2+｜φa｜2-2｜φu｜·｜φa｜c(diǎn)os30°)1/2＝(φ2M+φ2S-2φMφScos30°)1/2＝(2-31/2)1/2〔P·U〕≈0.52〔P·U〕因此，通過a相線圈22a與U相線圈22U之間的相間鐵芯柱34的差磁通φau是通過主鐵芯柱33的主磁通φa(或φu)的0.52倍，如果六相鐵芯31的厚度與上述H相等，則相間鐵芯柱34的寬度D′2約為上述寬度D2的一半就行了。
另外，由于反繞的b相線圈22b的主鐵芯柱33中通過主磁通-φb，所以，主磁通φu及-φb之間的相位差同樣也是30°，如圖2所示。因此，通過U相線圈22U與b相線圈22b之間的相間鐵芯柱34的差磁通φub的絕對(duì)值也和上述一樣，等于0.52〔P·U〕。
如圖2所示，由于相鄰的各主磁通的關(guān)系相等，所以差磁通φbv、φvc和φcw的大小(絕對(duì)值)全等于0.52〔P·U〕。于是，六相鐵芯31的所有相間鐵芯柱34的寬度D′2都可以是主鐵芯柱33的寬度D1的0.52倍。
這樣，如果適當(dāng)設(shè)定各主磁通的大小φM和φS，則通過各相間鐵芯柱34的差磁通的磁通量比通過兩側(cè)的任一主鐵芯柱33的主磁通少。因此，可使相間鐵芯柱34的截面積小于主鐵芯柱33，從而可使六相鐵芯31體積小，重量輕。
在上述實(shí)施例中，說明的是主變壓器1的各主磁通的大小φM和串聯(lián)變壓器11的各主磁通的大小φS相等的情況，但是，二者不相等時(shí)也可獲得同等的效果。這時(shí)，例如，如果取φM＝φS·cos30°或φS＝φM·cos30°則各差磁通的大小等于φM或者φS中較大者的0.5倍。圖3是取φM＝1.0〔P·U〕φS＝φM·cos30°＝31/2/2〔P·U〕時(shí)的矢量圖，各差磁通的大小為0.5〔P·U〕。即，根據(jù)(1)式，可得｜φau｜＝｜φub｜＝｜φbv｜＝｜φvc｜＝｜φcw｜＝(φ2M+φ2S-2φMφScos30°)1/2＝〔1+3/4-2(31/2/2)2〕1/2〔P·U〕＝0.5〔P·U〕另外，只要相互相鄰的主磁通的相位差為30°，則各相線圈的排列和繞向不必限于圖1，也可以是其它排列方式。
另外，若在主變壓器1的次級(jí)線圈3上設(shè)置抽頭，還可以將主變壓器1作為有負(fù)載時(shí)附加電壓調(diào)整器的變壓器使用。
如上所述，按照本發(fā)明，通過設(shè)置繞有主變壓器及串聯(lián)變壓器的各相線圈的六相鐵芯，并使各相線圈排列得使該六相鐵芯內(nèi)相互鄰接的各主磁通的相位差為30°，所以，用一臺(tái)變壓器便可構(gòu)成調(diào)相變壓器，并且可使通過相鄰的各相線圈間的鐵芯的相間鐵芯柱的差磁通約為主磁通的一半，所以，可以實(shí)現(xiàn)體積小，重量輕，價(jià)格便宜。
權(quán)利要求
調(diào)相變壓器具有產(chǎn)生相互有120°相位差的三相主磁通的主變壓器和與該主變壓器串聯(lián)連接并產(chǎn)生分別相對(duì)上述主磁通有90°相位差的三相主磁通的串聯(lián)變壓器，用以調(diào)整三相電力系統(tǒng)加在上述主變壓器上的電壓的相位，其特征在于設(shè)置有上述主變壓器和上述串聯(lián)變壓器的各相線圈繞在其上的六相鐵芯，并且上述各相線圈的排列使該六相鐵芯內(nèi)相互相鄰的上述各主磁通的相位差為30°。
全文摘要
本發(fā)明的調(diào)相變壓器設(shè)有主變壓器和串聯(lián)變壓器的各相線圈繞在其上的六相鐵芯，各相線圈的排列使該六相鐵芯內(nèi)相互相鄰的各主磁通的相位差為30°，所以，用一臺(tái)變壓器便可構(gòu)成調(diào)相變壓器，并且可使通過相鄰各相線圈間的鐵芯的相間極靴的差磁通約為上述主磁通的一半，從而可實(shí)現(xiàn)體積小、重量輕、價(jià)格便宜。
文檔編號(hào)H01F30/12GK1040456SQ8910228
公開日1990年3月14日 申請(qǐng)日期1989年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月15日
發(fā)明者祖井克二, 石井孝一 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社