專利名稱：一種串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一項用于調(diào)節(jié)將要施加至負(fù)載的電力電壓的技術(shù)，更具體的說就是，本發(fā)明涉及用于單相和三相電力的串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置。
截止到目前，原有的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置均是將全部電力施加至負(fù)載，因此必須用調(diào)節(jié)設(shè)備控制全部電壓的調(diào)節(jié)。換句話說就是，這種原有的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置，均需要對將要施加至負(fù)載的電力的“全部量”實施調(diào)節(jié)。
因此，原有的電壓調(diào)節(jié)設(shè)備通常均要設(shè)計的相當(dāng)大，以便具有足夠的電氣容量，來處理全部量的千伏安(KVA)，并適當(dāng)?shù)膶⑵涫┘又岭妷盒枰徽{(diào)節(jié)的某個標(biāo)定千伏安負(fù)載上。由于需要對全部電力進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，所以這種原有的電壓調(diào)節(jié)裝置相當(dāng)?shù)拇螅蚁喈?dāng)昂貴，并且會產(chǎn)生與電力量和所要調(diào)節(jié)的電壓百分比成正比的相當(dāng)大的電力損失。
而且，許多原有的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置還具有許多機(jī)械移動式部件，這類部件包括用于使電磁元件的機(jī)械移動定位部件，而這些電磁元件是用于改變初級繞組和次級繞組之間的有效偶合的；以及用于改變初級-次級匝數(shù)比率的可移動式電接觸部件等等。這類原有的電壓調(diào)節(jié)設(shè)備由于包括有需要機(jī)械驅(qū)動的可移動部件，所以使得它們更加復(fù)雜，成本較高，還增大了其尺寸和重量，而且還增加了對相當(dāng)重的可移動部分進(jìn)行附加的維修和潤滑的操作。
本發(fā)明給出了一種串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置，其優(yōu)點包括它僅需要對全部電力中的一部分進(jìn)行調(diào)節(jié)控制處理，便可以用調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置對全部電力的電壓進(jìn)行控制。如舉例來說，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的系統(tǒng)和裝置，可以僅僅對額定千伏安輸出功率的大約15％進(jìn)行降壓或升壓，便可以提供出為額定輸出電壓的正負(fù)15％的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)，而輸出電力的絕大部分將通過直接連接在電源和負(fù)載之間的、具有相當(dāng)高的阻抗的主要繞組通道流過該系統(tǒng)和裝置。這一高阻抗連接通道包括有匝數(shù)相對較少的主要電氣繞組。在交流電源電壓與預(yù)期的輸出電壓相等而不需要進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的時間里，不進(jìn)行任何降壓和升壓操作，使全部電力在未使用該系統(tǒng)和裝置進(jìn)行任何電力處理的狀態(tài)下，流過該系統(tǒng)和裝置，從而可以消除往往會伴隨處理而發(fā)生的磁滯，渦流電流和阻抗損失。而且，這種系統(tǒng)和裝置相對比較小，更加經(jīng)濟(jì)，與輸出的電力量和被調(diào)節(jié)的電壓范圍成正比的電損耗也比較小。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一個實施例，是一種串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置，該裝置用于將調(diào)節(jié)后的交流電源的電壓由輸出端子輸出至電氣負(fù)載，而且該裝置還具有一個與交流供電電源相連接的輸入端子，所述的裝置還包括有至少為分別具有第一、第二和第三橫截面積的第一、第二和第三鐵磁互感器芯體；這些橫截面積分別具有相應(yīng)的X面積基元、Y面積基元和Z面積基元。該裝置還具有分別設(shè)置在第一、第二和第三芯體上的、與各自的芯體電磁偶合的第一、第二和第三調(diào)壓繞組。第一、第二和第三調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三數(shù)目的匝數(shù)，其匝數(shù)分別具有相對應(yīng)的值N1、N2和N3，其中N1、N2和N3是預(yù)先確定的數(shù)值。該裝置的開關(guān)組件用于有選擇的將第一、第二和/或第三繞組與交流電源相連接，并且用于有選擇的將處于“未被激勵”的狀態(tài)下的、即不與交流電源相連接的第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組電路，設(shè)置在短路狀態(tài)。它還具有設(shè)置在第一、第二和第三芯體上的、與所有這些芯體電磁偶合的主要繞組。主要繞組具有用于與交流電源相連接的輸入端子，并且具有用于將調(diào)節(jié)后的交流電源電壓由輸出端子施加至電氣負(fù)載的輸出端子。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的裝置的一個優(yōu)點是，在降壓或升壓狀態(tài)下，通過使該開關(guān)組件有選擇性的將第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組與主要繞組相連接的方式，便可以降低或升高傳遞至該主要繞組的輸出端子處的電壓。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的裝置的另一個優(yōu)點是，它具有第一、第二和第三電阻組件，后者通常并不與任何處于激勵狀態(tài)的第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組的電路的相連接。當(dāng)?shù)谝?、第二和第三調(diào)壓繞組分別被有選擇的由短路連接狀態(tài)切換至與交流電源相連接的狀態(tài)時，這些電阻組件可以分別臨時的提供通過第一、第二和第三調(diào)壓繞組的過渡電流流通通道，而且當(dāng)?shù)谝?、第二和第三調(diào)壓繞組分別被有選擇的由與交流電源相連接的狀態(tài)切換至短路連接狀態(tài)時，這些電阻組件亦可以分別臨時的提供這種過渡電流流通通道。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的裝置的再一個優(yōu)點是，它設(shè)置有控制組件，后者可以在每一個開關(guān)組件處產(chǎn)生了通過過零點的電壓時，實施快速響應(yīng)，從而可以在切換操作的過程中，立刻有選擇性的觸發(fā)相應(yīng)的開關(guān)組件，從而可以減小在切換操作的過程中在開關(guān)組件中的電應(yīng)力，進(jìn)而可以減小電磁干擾。
在本發(fā)明的一種具體的實施例中，它具有主要繞組，后者具有一個用于與交流電源相連接的輸入端子，并且具有一個用于與電氣負(fù)載相連接的輸出端子，以將主要繞組串聯(lián)連接在交流電源和電氣負(fù)載之間。該裝置包括有至少為分別具有第一、第二和第三橫截面積的第一、第二和第三鐵磁互感器芯體，而這些橫截面積分別具有相應(yīng)的X面積基元、Y面積基元和Z面積基元。該主要繞組與所有這些芯體相偶合。裝置還可以包括有分別與各自的芯體電磁偶合的第一、第二和第三調(diào)壓繞組，而這些調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三數(shù)目的匝數(shù)，其匝數(shù)分別具有相對應(yīng)的值N1、N2和N3，其中N1、N2和N3是預(yù)先確定的數(shù)值。開關(guān)組件用于有選擇的將第一、第二和/或第三繞組與交流電源相連接，并且用于有選擇的使不與交流電源相連接的第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組電路，處于短路狀態(tài)。
簡要的說就是，第一、第二和第三調(diào)壓繞組的匝數(shù)的相對數(shù)值，與相應(yīng)的與這些調(diào)壓繞組電磁偶合的第一、第二和第三鐵磁芯體的橫截面積的相對比率成反比。
在另一個實施例中，設(shè)置有四個用于提供1％、2％、4％和8％的電壓調(diào)節(jié)的調(diào)壓繞組。通過將它們中的一個或多個切換至升壓狀態(tài)，可以在步長為百分之一的條件下，在總共為正的百分之十五的范圍內(nèi)，進(jìn)行該正的百分之十五的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。類似的，通過將它們中的一個或多個切換至降壓狀態(tài)，可以在步長為百分之一的條件下，在總共為負(fù)的百分之十五的范圍內(nèi)，進(jìn)行該負(fù)的百分之十五的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。在這一1％、2％、4％和8％的實施例中，所有的繞組均可以在任何時間里在相同的模式下被激勵，也就是說，所有的繞組均可以在其升壓狀態(tài)下實施激勵運(yùn)行，也可以在其降壓狀態(tài)下實施激勵運(yùn)行。如果輸入的電壓正好處于預(yù)期的電位，則不進(jìn)行升壓和降壓操作。
在一種1％、2％和7％的裝置中，開關(guān)組件可以在相同的模式下或不同的模式下，同時將選定的調(diào)壓繞組連接至交流電源，從而可以在正負(fù)百分之十的范圍內(nèi)，以百分之一的步進(jìn)步長，進(jìn)行總共為正或負(fù)的百分之十的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。
其它種可以采用的在各個調(diào)壓繞組之間的適當(dāng)?shù)陌俜直确植伎梢允牵?％、4％和14％，它可以在步長為2％的條件下，同時在不同的模式下激勵各個繞組，從而可以在正的和負(fù)的百分之二十的范圍內(nèi)實施電壓調(diào)節(jié)；或者是3％、6％和12％，它可以在步長為3％的條件下，在相同的模式下激勵各個繞組，從而可以在正的和負(fù)的百分之二十一的范圍內(nèi)實施三相的電壓調(diào)節(jié)。其它的實例為1％、2％、4％、8％和16％，它可以在步長為1％的條件下，在相同的模式下激勵各個繞組，從而可以在正的和負(fù)的百分之三十一的范圍內(nèi)實施電壓調(diào)節(jié)。而且還可以為1％、2％、7％和21％，它可以在步長為1％的條件下，在不同的模式下激勵各個繞組，從而可以在正的和負(fù)的百分之三十一的范圍內(nèi)實施電壓調(diào)節(jié)。
可以從下面參考附圖給出的最佳實施例，更清楚的獲知本發(fā)明，以及它的其它的目的、特征和優(yōu)點，然而，這些實施例僅僅是用來更清楚的說明本發(fā)明用的。在不同的附圖中，相同的參考標(biāo)號表示相同的部件和相類似的部件。
與說明書相結(jié)合的、作為說明書一部分的參考附圖，說明著本發(fā)明的最佳實施例，而且與上述的概要說明部分和下述的最佳實施例詳細(xì)說明部分一起，解釋說明著本發(fā)明的主題。這些附圖包括圖1為表示一種具有四個鐵磁互感器芯體的串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置的頂視平面圖。如圖所示的這四個芯體具有不同的橫截面積，其相對尺度，即相對“結(jié)構(gòu)尺度”的比率為1比2比4比8。
圖2為表示如圖l所示的電壓調(diào)節(jié)互感器裝置的、沿線2-2剖開的平面剖面圖。
圖3為表示由圖1的右側(cè)觀察時的端面透視圖。
圖4為表示可以與根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)調(diào)偶合的、如圖1、2、3所示的串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置的概要性電路示意圖。
圖5為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一種單相自動電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意性方框圖。
圖6為用于說明如圖5所示的單相系統(tǒng)的運(yùn)行的示意性曲線圖，它表示在交流電源的過零點處對每一個相應(yīng)的開關(guān)產(chǎn)生控制功能的切換。
圖7為說明單相時間軌跡曲線用的曲線圖，它表示在這種過零點處產(chǎn)生的控制功能的切換。
圖8為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一種三相串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置的透視圖。
圖9為表示沿如圖8所示的三相串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置中的線9-9剖開的平面剖面圖。
圖10為表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一種三相電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的概要性電路示意圖。
下面參考


本發(fā)明的最佳實施例。
在圖1、圖2和圖3中示出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的互感器總體，它通常由參考標(biāo)號20表示，并具有分別由疊層的互感器鋼片(也稱為“互感器鐵芯”)構(gòu)成的第一、第二、第三和第四鐵磁芯體21、22、23和24。正如圖2和圖3所示，每一個芯體均具有一個中心腿柱25和一對外側(cè)芯體腿柱26，并具有形狀基本上相同的繞組窗口27。正如圖2所示，相應(yīng)于每一個芯體21、22、23和24的每一對外側(cè)腿柱26-1、26-2、26-3和26-4，均具有基本上相同的橫截面積，而相應(yīng)的中心腿柱25-1、25-2、25-3和25-4的橫截面積，基本上為相應(yīng)的外側(cè)腿柱26-1、26-2、26-3和26-4的橫截面積的兩倍。
正如圖3中的雙點劃曲線28所示，在這四個芯體21、22、23和24中的每一個中的磁通，通常分別沿環(huán)繞著繞組窗口27的一對橢圓通道行進(jìn)。在每一個芯體中，通過中心腿柱25的磁通量大體為通過每一個外側(cè)腿柱26的磁通量的兩倍。因此，如果忽略掉少量邊緣磁通效應(yīng)，每一個芯體2l、22、23和24的中心腿柱包含的磁通密度，與同一芯體的兩個外側(cè)腿柱的磁通密度大體相等。因此，在每一個芯體中的中心腿柱中的磁通量和磁通密度是特定芯體的整體的特征量。
在本說明書中，是取各個芯體21、22、23和24的橫截面積為基準(zhǔn)的。不難理解，由于在中心腿柱中的磁通狀態(tài)是該相應(yīng)芯體的作為整體的同一狀態(tài)的特征參數(shù)，所以也可以取每一個芯體的中心腿柱25作為這一基準(zhǔn)。而且，如果取通常被視作為每一個芯體的主要部分的中心芯體腿柱的橫截面積，而不是取通常被視作為相對于每一個芯體的主要部分的一半的相應(yīng)的外側(cè)腿柱的橫截面積，作為其特征量，在解釋上可以更清楚些。不僅如此，在中心芯體腿柱和環(huán)繞著該中心芯體腿柱的相應(yīng)的繞組之間，還存在著更直截了當(dāng)?shù)碾姶抨P(guān)系。
為了方便在下面將要進(jìn)行的詳細(xì)說明，將芯體21、22、23和24中的組裝疊層體中的、如圖l中的尺度箭頭“B”所示的“構(gòu)造尺度”，即整個疊積厚度，分別定為1B、2B、4B和8B。因此，這四個芯體的該橫截面積的相對比率，為1比2比4比8。
可以采用在制造鐵磁互感器芯體結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域中所熟知的、可以適當(dāng)?shù)臏p小渦流電流損失的適當(dāng)?shù)墓潭夹g(shù)，將每一個芯體21、22、23和24中的疊層結(jié)構(gòu)安裝在一起。
也可以不采用互感器鐵芯層狀結(jié)構(gòu)來形成該芯體，而是采用其它的諸如鐵氧體等等的鐵磁材料來疊層構(gòu)造出這種芯體。重要的是所有的芯體都應(yīng)該使用同一種鐵磁材料制作，以便使各個芯體都可以形成基本上相同的諸如導(dǎo)磁率、抗磁率、磁滯變等等的磁特性，以及基本上相同的、諸如抑制渦流電流損失的比電阻率等等的電特性。
包繞安裝在四個相應(yīng)的中心芯體腿柱25-1、25-2、25-3和25-4上的是四個調(diào)壓繞組l、2、3和4。正如圖2所示，每一個調(diào)壓繞組均穿過芯體21、22、23和24中的兩個繞組窗口。由于每一個調(diào)壓繞組均僅包繞著相應(yīng)芯體的中心腿柱，所以每一個繞組1、2、3或4均基本上僅僅與各自的芯體21、22、23和24電磁偶合，也就是說，可以忽略由雜散電磁通量產(chǎn)生的相關(guān)偶合的影響。
正如下面所詳細(xì)說明的那樣，為了提供預(yù)期的輸出電壓增量調(diào)節(jié)，當(dāng)在所有的四個芯體21、22、23和24中產(chǎn)生有基本上相同的通量狀態(tài)時，各個調(diào)壓繞組1、2、3和4的各自的匝數(shù)，應(yīng)該與各個芯體21、22、23和24的橫截面積的比率成反比，而四個芯體21、22、23和24分別與相應(yīng)的互感器芯體電磁偶合。
主要繞組30具有輸入和輸出端子31和32，且環(huán)繞著所有四個中心芯體腿柱25-1、25-2、25-3和25-4，并且穿過所有的繞組窗口27。由于該主要繞組環(huán)繞著所有的中心腿柱，所以它與所有四個芯體21、22、23和24電磁偶合。
在這個電壓調(diào)節(jié)互感器20中，采用了下述的參數(shù)。芯體21、22、23和24的橫截面積的比率為1比2比4比8，而相應(yīng)的調(diào)壓繞組1、2、3和4的繞組匝數(shù)的比率為8比4比2比1，即匝數(shù)與各個芯體21、22、23和24的橫截面積的相對尺寸成反比，而芯體21、22、23和24是與這些調(diào)壓繞組電磁偶合的。裝置20的額定功率為12千伏安，即在120伏特和60赫茲的條件下，為100安培。將要由輸出端子32提供出的預(yù)期的交流輸出電壓，相對于零線或稱中線或稱“地線”為120伏特。當(dāng)由輸入端子31輸入的交流輸入電壓相對于地線為120伏特(與預(yù)期的120伏特的輸出電壓相等)，則調(diào)壓繞組1、2、3或4均不處于“激勵”狀態(tài)，也就是說，相對于此時的輸出電壓，不發(fā)生調(diào)節(jié)關(guān)系。
“電氣中心”的含義如下它表示在輸入電壓為120伏特，輸出電壓為與該輸入電壓相等的120伏特的狀態(tài)下，各個調(diào)壓繞組均處于未被激勵的狀態(tài)。這些調(diào)壓繞組具有成對的調(diào)壓端子34-1、34-2、34-3和34-4(參見圖1)。正如圖4所示，這些成對的端子可以通過切換電路的切換與交流電源36相連接，以使其處于與主要繞組30在輸出端子32處提供的電壓相關(guān)聯(lián)的升壓模式和降壓模式。
電壓調(diào)節(jié)裝置20具有為1％的輸出電壓轉(zhuǎn)換率，而且可以在120伏特的電氣中心狀態(tài)的正或負(fù)15％的范圍下操作運(yùn)行。因此，在裝置20的額定輸出端子38處的電壓可以保持在120伏特時，可以由交流電源36輸入的最高電壓，為在輸出電壓等于該輸入電壓的85％時，它等于120伏特時的輸入電壓。類似的，在裝置20的額定輸出端子38處的電壓可以保持在120伏特時，可以由交流電源36輸入的最低電壓，為在輸出電壓等于該輸入電壓的115％時，它等于120伏特時的輸入電壓。
因此，對于這一電壓調(diào)節(jié)裝置，可以保持特定的120伏特的輸出電壓的運(yùn)行(輸入)范圍可以表示為(1)1/(1+R)至1/(1-R)其中R＝一個百分?jǐn)?shù)的范圍。
在這一個實施例中，如果R＝0.15，則當(dāng)輸入電壓為120伏特的輸出電壓的87％至118％的范圍內(nèi)時，即當(dāng)輸入電壓在大約104.4伏特至大約141.6伏特的范圍內(nèi)時，該電壓調(diào)節(jié)裝置可以保持特定的額定輸出電壓。描述這種運(yùn)行能力的一種更常用的方式是，相對于120伏特的“電氣中心”輸入電壓，它具有-13％至+18％的運(yùn)行能力。
由于使用了相對匝數(shù)比率為1比2比4比8的調(diào)壓繞組，所以當(dāng)改變通過如上所述的“電氣中心”狀態(tài)時，僅僅需要改變這些繞組(不論它們是在降壓模式下被激勵，還是在升壓模式下被激勵)的極性(方向性)。當(dāng)按照下述的方式利用各個調(diào)壓繞組時，可以在預(yù)期的正或負(fù)的15％的范圍內(nèi)獲得預(yù)期的1％的轉(zhuǎn)換率。實例1所需提供的調(diào)節(jié)動作所使用的調(diào)節(jié)繞組
0％ 0 沒有激勵調(diào)節(jié)繞組±1％ 1 1％繞組±2％ 2 2％繞組±3％ 2和12％和1％繞組±4％ 3 4％繞組±5％ 3和14％和1％繞組±6％ 3和24％和2％繞組±7％ 3和2和1 4％、2％和1％繞組±8％ 4 8％繞組±9％ 4和18％和1％繞組±10％4和28％和2％繞組±11％4和2和1 8％、2％和1％繞組±12％4和38％和4％繞組±13％4和3和1 8％、4％和1％繞組±14％4和3和2 8％、4％和2％繞組±15％4和3和2和1 8％、4％、2％和1％繞組根據(jù)楞次定律(如果忽略了任何激磁電流)，主要繞組30與四個鐵磁芯體2l、22、23和24中的每一個的電磁偶合，所以將對于每一個芯體產(chǎn)生安培匝數(shù)積(“AT”)，且該安培匝數(shù)積等于主要繞組30的安培匝數(shù)積(AT)。
應(yīng)該注意到，主要繞組30是與如圖4所示的電氣負(fù)載串聯(lián)連接在電路中的，即該主要繞組30與負(fù)載是“串聯(lián)”連接的，進(jìn)而將電壓調(diào)節(jié)后的交流電源提供給該負(fù)載。
基于120伏特的“電氣中心”，主要繞組在它的輸出端子32處可以提供出達(dá)18伏特(15％)的升壓或降壓。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可以獲得下述的認(rèn)識，即在主要繞組30上感應(yīng)出的每匝電壓(V/T)，與在這一時刻被激勵以提供調(diào)壓作用的調(diào)壓繞組中產(chǎn)生的每匝電壓(V/T’s)的和基本上相等。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律還可以獲得下述的認(rèn)識，即每一個芯體21、22、23和24的磁通28，均與主要繞組30相偶合。每一個芯體的磁通密度是相同的。每一個芯體中的總磁通正比于該芯體的橫截面積。因此，由第一、第二、第三和第四芯體21、22、23和24提供的、與主要繞組相偶合的相對磁通量的比率，為1比2比4比8。換句話說就是，第四芯體向主要繞組提供總磁通量的8/15。第三芯體向主要繞組提供總磁通量的4/15，第二芯體向主要繞組提供總磁通量的2/15，而第一芯體向主要繞組提供總磁通量的1/15。因此如舉例來說，該8％調(diào)壓繞組4將向主要繞組30提供每匝電壓的8/15，4％調(diào)壓繞組4將向主要繞組30提供每匝電壓的4/15，如此等等。
由于各個調(diào)壓繞組均是由同一個電壓源36驅(qū)動的，所以施加在各對端子上的電壓是相同的，各個調(diào)壓繞組的相對匝數(shù)比應(yīng)該與步長成反比；這也就是說，8％繞組4的八分之一的繞組應(yīng)與一個1％繞組1的繞組相等，4％繞組3的四分之一的繞組應(yīng)與一個1％繞組1的繞組相等，如此等等。根據(jù)楞次定律，由于每一個芯體21、22、23和24的安培匝數(shù)積(AT)，與主要繞組30的安培匝數(shù)積相等，所以匝數(shù)比較少的調(diào)壓繞組，將在該調(diào)壓繞組中產(chǎn)生比較大的電流，進(jìn)而可以相對于特定的調(diào)壓繞組產(chǎn)生比較大的千伏安。比較大的千伏安需要比較大的芯體的橫截面積。
簡要的說就是，對調(diào)壓繞組選定的步長，即1％、2％、4％和8％，按比率分?jǐn)傊鱾€互感器芯體21、22、23和24，以及各個調(diào)壓繞組1、2、3和4的相對千伏安的比率。
對于常規(guī)的數(shù)據(jù)表，該1％、2％、4％和8％調(diào)壓繞組，可以分別的表示為1％、2％、4％和8％“線圈”，而在21、22、23和24處的芯體可以分別表示為1％、2％、4％和8％芯體。對于上述描述的這種關(guān)系，由實例1中所例舉的參數(shù)如下實例1-續(xù)
這種電壓調(diào)節(jié)裝置20還具有另一個優(yōu)點，即由于調(diào)壓繞組具有相同的安培匝數(shù)積，所以它們需要相同的繞組窗口27的面積。從可以具有相同的窗口面積這一點來看，它還具有可以采用相同的芯體框架尺寸和相同的芯體形狀的優(yōu)點(參見圖3的前視圖)。因此，可以通過采用不同的結(jié)構(gòu)尺寸1B、2B、4B和8B，即采用不同的芯體厚度的方式，來獲得各個芯體的不同的千伏安比率。正如上所述，這些個結(jié)構(gòu)尺寸可以為1/4英寸、1/2英寸、1英寸和2英寸。在如圖所示的互感器裝置中，當(dāng)為120伏特，100安和60赫茲時，額定功率為12千伏安，而各個芯體的“結(jié)構(gòu)尺度”尺寸可以如上述的數(shù)據(jù)表所示，如舉例來說，如圖3所示的芯體21、22、23和24的高度可為大約5英寸，寬度大約為6英寸。
圖4示出了一個串聯(lián)式升壓/降壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它通常由參考標(biāo)號50所示，而且與圖1、圖2和圖3所示的電壓調(diào)節(jié)互感器裝置20相類似。如圖所示，在輸入端子31和主要繞組30之間設(shè)置有一個系統(tǒng)切斷開關(guān)42。交流電源36在主要輸入端子31和輸入“地線”端子46之間連接入電路中，而輸入“地線”端子46通過導(dǎo)線44直接與輸出“地線”端子39相連接。
連接在一對第一調(diào)壓繞組1的端子34-1之間的，是與過渡電阻器R相串聯(lián)的過渡開關(guān)S1。繞組中性開關(guān)S2(短路開關(guān))也連接在這一對端子34-1之間。
類似的，一個與過渡電阻器R串聯(lián)連接的過渡開關(guān)S1，連接在一對第二調(diào)壓繞組2的端子34-2之間。繞組中性開關(guān)S2連接在一對端子34-2之間。第三和第四調(diào)壓繞組3和4也類似的配置有與過渡電阻器R和繞組中性開關(guān)S2串聯(lián)連接的過渡開關(guān)S1。
每一個繞組的端子34-1、34-2、34-3和34-4中的一個端子，均通過繞組選擇開關(guān)S3與第一繞組選擇連接器47相連接，進(jìn)而與“降壓”繞組選擇開關(guān)S7相連接。每一個調(diào)壓繞組的另一個端子與第二繞組選擇連接器48相連接，進(jìn)而與“升壓”繞組選擇開關(guān)S6相連接，還與“降壓”繞組選擇開關(guān)S4相連接。
為了說明如圖4所示的系統(tǒng)50的運(yùn)行方式，在這兒假定這一串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行是在電氣負(fù)載40滿負(fù)載的條件下運(yùn)行的。在這種滿負(fù)載的狀態(tài)下，系統(tǒng)50在60赫茲的條件下，將120伏特的調(diào)節(jié)后的輸出電壓下施加給負(fù)載40，即將120千伏安的輸出功率施加在負(fù)載40上。
由于它是一個滿負(fù)載系統(tǒng)50，所以可以假定由交流電源36給出的功率的基本部分，將在端子31和46之間產(chǎn)生遠(yuǎn)小于120伏特的輸入電壓。因此，可以假定該調(diào)壓系統(tǒng)50是在升壓模式下運(yùn)行。
在這一升壓模式下，假定8％、2％和1％被激勵，從而提供出總共為11％的升壓。僅僅有4％繞組3是未被激勵的。這三個激勵繞組(4、2和1)是通過它們各自的閉合著的選擇開關(guān)S3，通過兩個連接器47和48，并且通過升壓開關(guān)S5和S6的閉合，來與交流電源36相連接的。用于激勵繞組4、2和1的三個相應(yīng)的過渡和中性開關(guān)S1和S2是開放的。
未被激勵的繞組3是不與交流電源36相連接的；它的選擇開關(guān)S3是打開的；它的用于使該未被激勵的繞組短路的中性開關(guān)S2是閉合的。使任意的未被激勵的繞組處于短路狀態(tài)的原因，將參考上述的繞組數(shù)據(jù)表作出說明。不難理解，當(dāng)未被激勵的4％繞組3具有224匝時，主要繞組30僅具有9匝。因此，如果繞組3呈開路狀態(tài)(而不是有意的使其短路)，它的開路電壓為主要繞組的電壓的224/9倍，而此時是在11％升壓的狀態(tài)下運(yùn)行的。正如下面將要說明的那樣，在11％的升壓狀態(tài)下，跨接在主要繞組上的電壓為11.9伏特。因此，如果繞組3處于開路狀態(tài)，則在它的一對端子34-3上的電壓將為11.9伏特的224/9倍(即24.9倍)，等于296伏特。這種相對較高的開路電壓是不能接受的；因此要閉合用于未被激勵的繞組3的中性開關(guān)S2。相應(yīng)的中性開關(guān)的這種閉合，可以在任何時間對任何未被激勵的調(diào)壓繞組實施。
如果象假定的那樣處于滿負(fù)載狀態(tài)下，主要繞組30將把100安培送入與其串聯(lián)的負(fù)載40，或稱吸收入100安培。所有這四個芯體21、22、23和24與主要繞組的9匝電磁偶合；因此，所有這四個芯體在900安培匝數(shù)下被激勵。因此，所有這四個調(diào)壓繞組1、2、3和4將在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其大小與各自的匝數(shù)成反比。如舉例來說，在這種情況下的8％繞組4將產(chǎn)生900AT除以112匝的電流，即8.04安培。類似的，4％繞組3將產(chǎn)生900AT除以224匝的電流，即4.02安培，如此等等。
由于任何未被激勵的繞組總是處于短路狀態(tài)，所以不難理解電流總是存在于四個調(diào)壓繞組中，而不論它們是處于激勵狀態(tài)還是處于未被激勵狀態(tài)。在調(diào)壓繞組中的這種電流的大小是直接于負(fù)載電流的大小相關(guān)的，而且于各自的調(diào)壓繞組的匝數(shù)成反比。
正如上面所假定的那樣，滿負(fù)載的系統(tǒng)50的輸出為120伏特，由于在該升壓模式下，有三個繞組4、2和1處于激勵狀態(tài)，而給出11％的升壓，所以在端子31和46之間的輸入電壓可以由下式計算出來(2)1/(1+0.11)×120v＝0.90×120v＝108.1伏特因此，跨接在主要繞組30上的電壓為120減去108.1伏特，即等于11.9伏特，相對于每匝1.32伏特。
為了進(jìn)一步進(jìn)行說明，現(xiàn)在假定交流電源36的電壓突然由108.1伏特(它需要11％的升壓)增加到112.15伏特，則目前需要的是7％的升壓。由11％的升壓到7％的升壓的變化操作，包括將8％繞組4由激勵狀態(tài)移開，并用4％繞組3取代?，F(xiàn)在對實施這種改變的方式進(jìn)行說明。
為了將8％繞組4由激勵狀態(tài)移開，可以使選擇開關(guān)S3開放，并使其中性化，使開關(guān)S2閉合。而且，為了激勵4％繞組3，可以使其中性開關(guān)S2開放，使選擇開關(guān)S3閉合。需要指出的是，對于任何一個調(diào)壓繞組，如果開關(guān)S2和開關(guān)S3同時閉合，則它們將通過連接器47和48與交流電源36直接短路連接。而且對于任何一個調(diào)壓繞組，如果開關(guān)S2和開關(guān)S3同時開放，則該特定的繞組將在其端子34處產(chǎn)生非常高的開路電壓，而這種非常高的開路電壓是不能接受的。
為了獲得適當(dāng)?shù)拈_關(guān)操作順序，即(a)不出現(xiàn)與交流電源36短路的現(xiàn)象，(b)不使任何一個調(diào)壓繞組處于開路狀態(tài)，則應(yīng)該(i)為每一個調(diào)壓繞組配置過渡電阻器R和過渡開關(guān)S1，(ii)采用特定的(基本的)開關(guān)順序，(iii)利用下述的兩個靜態(tài)狀態(tài)當(dāng)一個繞組處于中性狀態(tài)時的調(diào)壓繞組開關(guān)的靜態(tài)狀態(tài)S1閉合，S2閉合，S3打開。
當(dāng)一個繞組處于激勵狀態(tài)時的調(diào)壓繞組開關(guān)的靜態(tài)狀態(tài)S1打開，S2打開，S3閉合。
該基本的開關(guān)順序如下所述為了激勵一個調(diào)壓繞組，首先應(yīng)使開關(guān)S2打開。通過開關(guān)S1(處于閉合狀態(tài))和電阻器R，繞組電流(先前是通過開關(guān)S2短路的)傳遞至適當(dāng)?shù)倪^渡通道，即該電流轉(zhuǎn)向至該適當(dāng)?shù)倪^渡通道，并且由該適當(dāng)?shù)倪^渡通道電阻性的減弱。然后，在已經(jīng)產(chǎn)生通過過渡通道開關(guān)S1和電阻器R的轉(zhuǎn)向電流之后，閉合開關(guān)S3。當(dāng)閉合開關(guān)S3時，調(diào)壓繞組和與電阻器R串聯(lián)連接的開關(guān)S1呈并聯(lián)連接方式，并且與交流電源36相連接。最后，使開關(guān)S1打開，以減小過渡電阻器R產(chǎn)生的不必要的連接功率損耗，進(jìn)而使該調(diào)壓繞組充分激勵。
為了使一個調(diào)壓繞組中性化，可以首先閉合開關(guān)S1，以構(gòu)成適當(dāng)?shù)目梢允闺娏髁鬟^的過渡通道。然后使開關(guān)S3打開，將繞組電流通過開關(guān)S1和電阻器R傳遞至該過渡通道。閉合開關(guān)S2，以短路未被激勵的調(diào)壓繞組。開關(guān)S2的閉合可以通過開關(guān)S1和電阻器R使過渡通道短路，以減小由電阻器R產(chǎn)生的不必要的損耗，更重要是的減小調(diào)壓系統(tǒng)50的阻抗。開關(guān)S1保持閉合，為下一個操作作好準(zhǔn)備。
在這一個1％、2％、4％和8％調(diào)壓系統(tǒng)50中，當(dāng)交流電源36通過“電氣中心”狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，可以實施升壓-降壓切換和降壓-升壓切換，即通過“電氣中心”狀態(tài)實施由升壓至降壓的模式轉(zhuǎn)換，以及由降壓至升壓的模式轉(zhuǎn)換。在電氣中心狀態(tài)下，電源電壓為120伏特。因此，不產(chǎn)生升壓或降壓。在這兒，所有四個調(diào)壓繞組均處于中性狀態(tài)，所有的四個中性化開關(guān)S2均是閉合的，而所有的四個選擇開關(guān)S3均是開放的。因此，沒有調(diào)壓繞組電流流過升壓開關(guān)S5、S6，也沒有電流流過降壓開關(guān)S4、S7。由于當(dāng)處于電氣中心的狀態(tài)下時，沒有任何調(diào)壓繞組電流流過降壓開關(guān)和升壓開關(guān)，所以降壓和升壓開關(guān)均不需要過渡開關(guān)。在本發(fā)明的這一實施例中，在由升壓至降壓(或是相反)實施開關(guān)切換之前，所有的調(diào)壓繞組均處于其中性化的狀態(tài)下。
對于下述的場合，即調(diào)節(jié)將要施加至電氣負(fù)載40的電源電壓的快速反應(yīng)能力是不重要的場合，包括在負(fù)載是加熱器和空調(diào)器等等的具有高慣性和長時間常數(shù)等等的場合，也可以設(shè)置機(jī)械開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7，實施所需的順序操作?？梢杂秒姶怕菥€管或壓縮空氣觸發(fā)器來驅(qū)動這些機(jī)械開關(guān)。
對于調(diào)節(jié)施加至電氣設(shè)備等等的電壓，需要快速反應(yīng)能力的場合，也可以使用固態(tài)開關(guān)。非常適用于這一目的這種開關(guān)裝置是半導(dǎo)體控制整流器和三端雙向可控硅開關(guān)。在采用半導(dǎo)體控制整流器作為這種開關(guān)時，它們中的兩個以反并聯(lián)方式連接，以提供一個雙向開關(guān)。三端雙向可控硅開關(guān)本身就是一個雙向開關(guān)。
可以利用圖5來說明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用來控制電壓調(diào)壓系統(tǒng)50(參見圖4)的運(yùn)行。該控制系統(tǒng)通常由參考標(biāo)號60表示，下面僅對它的各項功能做簡要的說明。對調(diào)壓器50的控制包括測量輸出電壓，檢測在該輸出電壓和預(yù)期的參考電壓之間的任何差異，轉(zhuǎn)換該誤差為代表著所需的調(diào)壓繞組調(diào)節(jié)的數(shù)字編碼，以及順序切換所需的開關(guān)以實施這一調(diào)節(jié)。
1)信號調(diào)節(jié)與輸出端子32和39相連接的電阻器R1和R2提供輸出電壓的反饋信號62。度量并緩沖該反饋信號62，并且用信號狀態(tài)信號64表示該緩沖信號。在反饋信號62的過零點處產(chǎn)生短期脈沖66以實施同步。輸出信號的緩沖后的反饋信號68和過零點脈沖66輸入至微控制器70。
2)誤差檢測和AD轉(zhuǎn)換大部分的交流電壓檢測系統(tǒng)均是用校正和過濾方式獲得交流信號的平均值、均方根值或峰值的。由于為了實施交流電壓的過零點處的切換，需要小于一個周期的響應(yīng)時間，所以可以設(shè)置微控制器70，利用取樣和保持技術(shù)，獲得一個周期的電壓峰值幅度。然后，將這一峰值幅度數(shù)據(jù)與預(yù)期的輸出電壓的峰值值相關(guān)聯(lián)，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)?？梢杂梦⒖刂破鬟M(jìn)行取樣和保持、誤差檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換等等的處理。這種控制動作的順序如圖6所示，其中時間是向右側(cè)增大的。
為了能方便的說明控制系統(tǒng)60(參見圖5)的運(yùn)行，圖6示出了緩沖后的反饋信號68和過零點脈沖66，它們分別具有放大了的時間尺度68’和66’。在這一放大了的尺度圖中，過零點由參考標(biāo)號69表示。
在微控制器70中的過零點脈沖66的初始時間滯后為4.167毫秒(60赫茲的1/4周期)。4.167毫秒的時間一結(jié)束，微控制器立即對緩沖后的反饋信號68的峰值進(jìn)行采樣。該峰值的采樣值由虛線72(參見圖6)示出。這一采樣的延續(xù)時間或稱窗口時間，相對于60赫茲的信號68來說是相當(dāng)小的?？梢杂煞答佇盘?8的峰值74獲得該采樣72的絕對值。隨后，微控制器計算峰值74和預(yù)期的參考值之間的(如果有的話)差。微控制器給出的差確定著用于修正誤差所需要的步長(±1％或±2％或3％或4％，如此等等)，并在現(xiàn)有的步長量(參見圖5)上加上或減去相應(yīng)的量。然后將該更新了的步長量傳遞到由參考標(biāo)號78(參見圖5)表示的微控制器的輸出端子處，并將其輸入至切換次序發(fā)生器80。正如圖6中的參考標(biāo)號82所示，微控制器70可以在大約1/2毫秒的時間里完成該控制計算。該切換次序發(fā)生器響應(yīng)輸入的所需要的最新步長量數(shù)據(jù)(參見圖5)，按如參考標(biāo)號84(參見圖5)所示的適當(dāng)次序，控制開關(guān)S1至開關(guān)S7，以產(chǎn)生所需要的升壓或降壓的百分比率，從而將輸出電壓保持在預(yù)期電位。
可以采用由操作者通過鍵盤86(參見圖5)輸入數(shù)據(jù)的方式，將預(yù)期的輸出電壓設(shè)定為參考電位。也可以在微控制器中預(yù)先設(shè)定，比如說為120伏特的預(yù)期的不可改變的固定參考電壓，而不允許操作者加以改變。
3)切換次序選擇開關(guān)裝置(半導(dǎo)體控制整流器和三端雙向可控硅開關(guān))的一種方式是，當(dāng)它們可以相對容易的導(dǎo)通時，它們不應(yīng)該同樣容易的斷開。然而，在電流過零點處，它們會很自然的變換為斷開狀態(tài)，而這種過零點在輸入交流電源36的每半個頻率周期中就會出現(xiàn)一次。由輸入電流產(chǎn)生的零軸的這種重復(fù)交叉的固有次序如下a)如果需要使這些半導(dǎo)體控制整流器或三端雙向可控硅開關(guān)開關(guān)S1至開關(guān)S7保持在導(dǎo)通狀態(tài)，則必須對它們連續(xù)的重復(fù)觸發(fā)。
b)在它們可以承受前述的電壓的再次施加之前，必須能夠轉(zhuǎn)換至斷開狀態(tài)，并可以有一段復(fù)原時間。
正如前面所說明的，在調(diào)壓繞組由未被激勵狀態(tài)切換至激勵狀態(tài)(或是相反)的過程中，需要適當(dāng)?shù)那袚Q次序以通過開關(guān)S1和電阻器R傳遞繞組電流。開關(guān)本身限制著所可以指定的最大傳遞速度。采用檢測開關(guān)狀態(tài)并準(zhǔn)確的確定該開關(guān)完全導(dǎo)通或完全斷開的時間的方式，可以優(yōu)化切換次序，進(jìn)而可以產(chǎn)生切換導(dǎo)通的最大速度。
可以用來確定一個給定開關(guān)的導(dǎo)通或斷開狀態(tài)的方法，主要的有兩種一種方法是檢測流過該開關(guān)的電流。當(dāng)電流為零時該開關(guān)處于完全斷開狀態(tài)，反之亦然。另一種測定導(dǎo)通或斷開狀態(tài)的方法是檢測該開關(guān)處的電壓。當(dāng)該電壓為零時該開關(guān)處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，反之亦然。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，采用的是電壓檢測方法。
如圖5所示，切換次序發(fā)生器80具有過零點切換次序發(fā)生能力，因而包括有a)電壓過零點傳感器，它也可以用來指示開關(guān)狀態(tài)(導(dǎo)通或斷開)。操作信號箭頭84是雙向的，以指示出控制操作和信號發(fā)送操作這兩種過程。
b)導(dǎo)通次序和斷開次序邏輯電路。
c)狀態(tài)檢測回路，它用于穩(wěn)定的檢測切換次序，并通過由狀態(tài)操作76所示的通路，將其傳遞到與系統(tǒng)形成為一體的微控制器70。操作信號箭頭78是雙向的，以指示出控制操作和信號發(fā)送操作這兩種過程。
微控制器70還由電流檢測變換器88接收過電流故障信息87(在外部發(fā)生了故障時)。在外部發(fā)生故障時，切換次序發(fā)生器80對每一個調(diào)壓繞組“凍結(jié)”其當(dāng)前的激勵或未被激勵的狀態(tài)。內(nèi)部故障信息90可以由調(diào)壓系統(tǒng)50提供至切換次序發(fā)生器80。在發(fā)生了內(nèi)部故障時，切換次序發(fā)生器80可以通過斷開降壓和升壓開關(guān)的方式，消除該內(nèi)部故障。
圖7的曲線圖示出了一幅切換次序發(fā)生器在導(dǎo)通和斷開狀態(tài)時的時間軌跡曲線圖，該曲線圖適用于采用固態(tài)開關(guān)(比如說半導(dǎo)體控制整流器和三端雙向可控硅開關(guān))的典型的調(diào)壓繞組。每一個控制信號均具有兩個狀態(tài)，即由ON箭頭和OFF箭頭示出的高電位狀態(tài)和低電位狀態(tài)，而且它們在控制循環(huán)中是變化的。
下面對于一個調(diào)壓繞組的典型ON和OFF切換次序進(jìn)行說明。這一次序適于自行傳遞和自行檢測，如果它由微控制器或切換次序發(fā)生器進(jìn)行特定的初始化操作，則在后續(xù)操作被初始化之前，需要用過零點檢測器進(jìn)行特定的再次操作。在給定的時間里所應(yīng)該提供的過零點檢測器的反應(yīng)失敗時，表示產(chǎn)生了“內(nèi)部故障”。
該調(diào)壓繞組的初始狀態(tài)為OFF，因此在如圖7左側(cè)所示的初始化靜止周期中，可以進(jìn)行下述的狀態(tài)調(diào)節(jié)i)S3觸發(fā)器為低電位，選擇開關(guān)S3斷開(OFF)。
ii)S2觸發(fā)器為高電位，中性開關(guān)S2閉合(ON)。
iii)S1觸發(fā)器為高電位，過渡開關(guān)S1閉合(ON)。
而且，iv)由于開關(guān)S3斷開而開關(guān)S2閉合，對中性交流電源電壓的全部脈沖出現(xiàn)在開關(guān)S3處。這將使與該開關(guān)相偶接的過零點檢測器被激勵，過零點電壓S3，即66a處產(chǎn)生的高的短脈沖的方式，自動地指示出交流電壓的過零點。
v)由于開關(guān)S2閉合(ON)，使該特定的調(diào)壓繞組兩端短路，使該開關(guān)處的交流電壓實際上為零。在這種情況下，過零點電壓S2處于未被激勵的狀態(tài)，就象該信號的連續(xù)高電位狀態(tài)所表示的那樣。
這些初始化狀態(tài)在如圖7所示的曲線圖中由“OFF切換次序周期”表示。
ON次序(在“ON次序變化周期”時)需要開關(guān)S2斷開，開關(guān)S3閉合，并隨后按次序使開關(guān)S1斷開。
如果微控制器70確定必須要對輸入的電壓變化，修正調(diào)壓繞組的調(diào)節(jié)變化時，它設(shè)定用于特定的調(diào)壓繞組的ON/OFF信號為高電位(ON)92，并且使繞阻更新指令信號78a初始化，這時ON次序開始實施。隨后切換次序發(fā)生器80按下述的方式使開關(guān)狀態(tài)初始化i)通過除去觸發(fā)信號，使觸發(fā)器S2處于如參考標(biāo)號94所示的低電位的方式，使開關(guān)S2轉(zhuǎn)換為OFF狀態(tài)，該開關(guān)連續(xù)的導(dǎo)通(保持為ON狀態(tài))，直到通過該開關(guān)的交流電流變?yōu)榱汶娏?。在通過該裝置的電流為零電流且未施加有觸發(fā)信號的這一點上，開關(guān)S2轉(zhuǎn)換為其OFF狀態(tài)。
ii)通過開關(guān)S2引導(dǎo)的調(diào)壓繞組電流將通過過渡開關(guān)S1和電阻器R傳遞。這將使開關(guān)S2處的電壓增高，觸發(fā)開關(guān)S2的過零點檢測器。因此，信號過零點電壓S2處于如參考標(biāo)號95所示的低電位，而且在每一個零電壓處，檢測器產(chǎn)生一個高的短脈沖。
iii)在除去觸發(fā)器S2之后，如參考標(biāo)號95所示的過零點電壓S2第一次由高電位轉(zhuǎn)換為低電位，從而可以確實使開關(guān)S2轉(zhuǎn)換至OFF狀態(tài)。在S3觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號96所示的高電位時，這一過渡信號95將使切換次序發(fā)生器對計時器進(jìn)行初始化。該計時器在特定的時間周期中向下計數(shù)。施加至開關(guān)S3的觸發(fā)信號將立刻使其轉(zhuǎn)換至其ON狀態(tài)。在該ON狀態(tài)，開關(guān)S3處的交流電壓實際上為零，該過零點檢測器未被激勵，這正如過零點電壓S3的參考標(biāo)號66b處的由低電位至高電位的過渡情況所示。
iv)過零點電壓S3的參考標(biāo)號66b處的由低電位至高電位的過渡，可以可靠的使開關(guān)S3轉(zhuǎn)換至其ON狀態(tài)。在觸發(fā)信號S1觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號98所示的高電位的結(jié)束處時，這一過渡信號66b將使切換次序發(fā)生器對計時器進(jìn)行初始化。該計時器在特定的時間周期中向下計數(shù)。而且，參考標(biāo)號98所示的高電位的結(jié)束處與如脈沖66c所示的開關(guān)S2的過零點位置相吻合。由于沒有觸發(fā)信號施加至開關(guān)S1，所以該裝置在下一個交流零電流處，轉(zhuǎn)換至其OFF狀態(tài)。
這樣就完成了一個ON次序操作。該系統(tǒng)處于如時間間隔100所示的ON狀態(tài)，并保持在“ON切換次序周期”，直到交流輸入電壓變化使微控制器為了保持預(yù)期的交流輸出電壓，而選擇了另一種調(diào)壓繞組的組合形式時為止。
在該ON狀態(tài)中的開關(guān)狀態(tài)為i)S3觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號99所示的高電位，選擇開關(guān)S3閉合(ON)。
ii)S2觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號101所示的低電位，中性開關(guān)S2斷開(OFF)。
iii)開關(guān)S1觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號102所示的低電位，過渡開關(guān)S1斷開(OFF)。
而且，iv)由于開關(guān)S3閉合而開關(guān)S2斷開，對于中性交流電源電壓的全部脈沖出現(xiàn)在開關(guān)S2處。這將使與該開關(guān)相偶接的過零點檢測器被激勵，過零點電壓S2通過在每一個零電壓處產(chǎn)生的高的短脈沖的方式，指示出交流電壓的過零點。
v)由于開關(guān)S3閉合，使該開關(guān)處的交流電壓實際上為零。在這種情況下，過零點電壓S3未被激勵，就象該信號的連續(xù)高電位狀態(tài)所表示的那樣。
OFF次序(在“OFF次序變化周期”的過程中)需要開關(guān)S1閉合，開關(guān)S3斷開，并隨后按次序使開關(guān)S2斷開。
如果微控制器70設(shè)定用于特定的調(diào)壓繞組的ON/OFF信號為低電位(OFF)，就象在參考標(biāo)號92b處過渡至低電位93時一樣，并且使繞阻更新指令信號78b初始化，這時OFF切換次序開始實施。隨后切換次序發(fā)生器80按下述的方式使開關(guān)狀態(tài)初始化i)當(dāng)在繞組更新信號78b之后，在開關(guān)S2處的交流電壓的過零點剛一出現(xiàn)時，在參考標(biāo)號66d處出現(xiàn)有過零點電壓S2脈沖，而且S1觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號103所示的高電位處。開關(guān)S1立刻轉(zhuǎn)換至其導(dǎo)通狀態(tài)，過渡電阻器R與調(diào)壓繞組并聯(lián)連接。
ii)然后，向下計數(shù)計時器被初始化，在如脈沖66e所示的、在開關(guān)S2處的下一個交流電壓過零點處，S3觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號105所示的低電位。開關(guān)S3連續(xù)的導(dǎo)通(保持為ON狀態(tài))，直到交流電流變?yōu)榱汶娏?。在如低電?07所示的地方，即未向開關(guān)S3施加有觸發(fā)信號，且通過它的電流為零電流的這一點上，開關(guān)S3轉(zhuǎn)換為其OFF狀態(tài)。
iii)在除去觸發(fā)開關(guān)S3的信號之后，如參考標(biāo)號66f所示的、過零點電壓S3第一次由高電位轉(zhuǎn)換為低電位，從而可以確實使開關(guān)S3轉(zhuǎn)換至OFF狀態(tài)。這一過渡信號66f將使切換次序發(fā)生器對計時器進(jìn)行初始化，該計時器在特定的時間周期中向下計數(shù)。在這一時間計數(shù)結(jié)束時，即在與開關(guān)S2的交流電壓的過零點位置相吻合處，在參考標(biāo)號66g處出現(xiàn)有過零點電壓S2脈沖，并且S2觸發(fā)器處于如參考標(biāo)號106所示的高電位。施加至開關(guān)S2的觸發(fā)信號將立刻使其轉(zhuǎn)換至其ON狀態(tài)。在該ON狀態(tài)，開關(guān)S2處的交流電壓實際上為零，該過零點檢測器未被激勵，正如過零點電壓S3的參考標(biāo)號109處的連續(xù)高電位所示。
這樣就完成了一個ON次序操作。開關(guān)S1、S2處于如參考標(biāo)號104和108所示的高電位，保持為ON狀態(tài)，而開關(guān)S3保持為OFF狀態(tài)，做好進(jìn)行下一個操作的準(zhǔn)備。實例2三相串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置圖8和圖9示出了一種三相串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)器20’，它每一相均具有三個調(diào)壓繞組并且適用于本發(fā)明。該互感器包括有三個三相芯體，它們通常由參考標(biāo)號21’、22’和23’表示，并且均具有相同的高度和寬度，在每一個芯體上還形成有具有相同尺寸和形狀的繞組窗口27。這三個芯體具有不同的結(jié)構(gòu)尺度，即厚度T、2T和4T，后者與在這三相互感器中的調(diào)壓繞組的相對比率相適應(yīng)。在芯體21’的腿柱51A、51B和51C上，安裝有三個僅主要分別與它們電磁偶合的調(diào)壓繞組1A、1B和1C。在芯體22’的腿柱52A、52B和52C上，安裝有三個僅主要分別與它們電磁偶合的調(diào)壓繞組2A、2B和2C；在芯體23’的腿柱53A、53B和53C上，安裝有三個僅主要分別與它們電磁偶合的調(diào)壓繞組3A、3B和3C。在本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“僅主要與其偶合”的含義是，忽略掉由于雜散電磁磁通產(chǎn)生的各種關(guān)聯(lián)偶合。用于“A”、“B”和“C”相的各個調(diào)壓繞組的電壓調(diào)節(jié)效率被分別設(shè)計為3％、6％和12％，并且分別被稱為3％、6％和12％繞組。第一主要繞組30A，即“A”相繞組繞過所有這三個芯體的腿柱51A、52A和53A，并且與后者電磁偶合。第二主要繞組30B，即“B”相繞組繞過所有這三個芯體的腿柱51B、52B和53B，并且與后者電磁偶合。第三主要繞組30C，即“C”相繞組繞過所有這三個芯體的腿柱51C、52C和53C，并且與后者電磁偶合。這些主要繞組分別具有輸入和輸出端子31A和32A、31B和32B和31C和32C。
在一個實施例中，這一互感器20’的輸入額定值為208伏特、60赫茲、50千伏安，-17％和25％，而輸出為208伏特、50千伏安，±3％，且在相對于208伏特的電器中心電壓為21％的范圍內(nèi)，可以提供為3％的轉(zhuǎn)換率。在208伏特處，50千伏安的額定值包括138安培的三相電流。
為了能夠在正的或負(fù)的21％的范圍內(nèi)獲得3％的轉(zhuǎn)換率(步長為3％)，調(diào)節(jié)動作可以按下述的數(shù)據(jù)表進(jìn)行。為了使數(shù)據(jù)表簡潔和清楚，調(diào)壓繞組(也稱為“線圈”)依次表示為1、2和3，其中“1”表示所有三相的調(diào)壓繞組1A、1B和1C處于激勵狀態(tài)，“2”表示所有三相的調(diào)壓繞組2A、2B和2C處于激勵狀態(tài)，如此等等。正號表示升壓模式，而負(fù)號表示降壓模式。實例2-續(xù)所需提供的調(diào)節(jié)動作 所包括的調(diào)節(jié)繞組0 0+3％ +1+6％ +2+9％ +2+1+12％+3+15％+3+1+18％+3+2+21％+3+2+1-3％ -1-6％ -2-9％ -2-1-12％ -3-15％ -3-1-18％ -3-2-21％ -3-2-1
它們的結(jié)構(gòu)尺度(厚度)分別為1/2英寸、1英寸和2英寸，由附圖8示出的三個芯體的高度為11英寸，寬度為12英寸，以便能提供208伏、60赫茲的三相50千伏安的額定容量。
圖10示出了一種用于三相調(diào)壓互感器20’ (參見圖8和圖9)的三相控制系統(tǒng)，它通常由參考標(biāo)號60’表示。
三個輸入端子由參考標(biāo)號31A、31B和31C示出，它們與三個輸出端子32A、32B和32C相連接。輸入端子還具有一個第四端子31N，后者用于與三相Y型交流電源中性連接；而輸出的三個端子與一個三相Δ型負(fù)載相連接。
如圖所示，用于A、B和C相的“降壓”和“升壓”開關(guān)，以及輔助的調(diào)壓繞組電路均呈Y型設(shè)置，并具有中性連接線110。如圖所示，用于A、B和C相的“降壓”開關(guān)分別為S4A和S7A、S4B和S7B以及S4C和S7C，用于A、B和C相的“升壓”開關(guān)分別為S5A和S6A、S5B和S6B以及S5C和S6C。正如圖10中的右下側(cè)所示，這些個降壓和升壓開關(guān)可以包括有反并聯(lián)的半導(dǎo)體控制整流器裝置，其設(shè)置方式可以如圖10中的右下側(cè)所示。
如圖所示，用于A、B和C相的調(diào)壓繞組1A、2A和3A、1B、2B和3B以及1C、2C和3C的中性(短路)開關(guān)，分別為S2/1/A、S2/2/A和S2/3/A，S2/1/B、S2/2/B和S2/3/B以及S2/1/C、S2/2/C和S2/3/C?？梢匀鐖D10中的右下側(cè)所示的實例那樣，利用反并聯(lián)半導(dǎo)體控制整流器裝置構(gòu)成這些個固態(tài)中性開關(guān)S2。
如圖所示，用于A、B和C相的調(diào)壓繞組的、具有相應(yīng)的過渡電阻器的過渡開關(guān)，分別為具有R1A、R2A和R3A的S1/1/A、S1/2/A和S1/3/A，具有R1B、R2B和R3B的S1/1/B、S1/2/B和S1/3/B以及具有R1C、R2C和R3C的S1/1/C、S1/2/C和S1/3/C。這些個固態(tài)過渡開關(guān)S1可以為反并聯(lián)的半導(dǎo)體控制整流器或三端雙向可控硅開關(guān)，其設(shè)置方式可以如圖10中的右下側(cè)所示。
如圖所示，用于A、B和C相的調(diào)壓繞組的選擇開關(guān)，分別為S3/1/A、S3/2/A和S3/3/A，S3/1/B、S3/2/B和S3/3/B以及S3/1/C、S3/2/C和S3/3/C。這些固態(tài)過渡開關(guān)S3可以為反并聯(lián)的半導(dǎo)體控制整流器，其設(shè)置方式可以如圖10中的右下側(cè)所示。
測量用變壓器PT1、PT3和PT5檢測在各對輸入端子31A和31B、31B和31C以及31C和31A之間的相間供電電壓，以向切換次序發(fā)生器和微控制器傳送這些輸入電壓數(shù)據(jù)。其中的切換次序發(fā)生器和微控制器均與前述的切換次序發(fā)生器80和微控制器70(參見圖5)相類似，所不同的是在這兒的用于控制系統(tǒng)60’的切換次序發(fā)生器和微控制器(參見圖10)，需設(shè)置成用于三相控制的形式。
測量用變壓器PT2、PT4和PT6檢測在各對端子32A和32B、32B和32C以及32C和32A之間的相間輸出電壓，以向切換次序發(fā)生器和微控制器(未示出)傳送這些輸出電壓數(shù)據(jù)。用于各個測量用變壓器的次級繞組的地線連接線，在圖中由參考標(biāo)號AA示出。
電流互感器CT1、CT3和CT5提供分別相應(yīng)于電流大小的數(shù)據(jù)，以檢測過度的不平衡、過負(fù)載以及其它的種種故障，所述的電流是分別流過A、B和C相的三個主要繞組中的每一個電流。電流互感器CT2、CT4和CT6提供分別相應(yīng)于電流大小的數(shù)據(jù)，所述的電流是分別流過A、B和C相的三個調(diào)壓繞組回路中的每一個電流。
如圖所示，調(diào)節(jié)后電壓的控制功率由連接在輸出端子32A和32B之間的互感器112施加，次級繞組的地線連接線如參考標(biāo)號BB所示?？稍O(shè)置適當(dāng)?shù)娜蹟嗥鱂，以保護(hù)測量用變壓器回路、控制功率回路和調(diào)壓繞組回路等等。其它實例不難理解，本發(fā)明可以廣泛的用于各種串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置，以滿足各種不同的設(shè)備的需要。上述的兩個實例采用了具有特定比率的若干調(diào)壓繞組，以限制獲得所述的整個調(diào)節(jié)范圍所需要的開關(guān)的數(shù)目。在這些實例中，不論繞組處于降壓還是升壓狀態(tài)，繞組的極性或稱“方向性”，在實例1所示的場合，是由一組降壓/升壓開關(guān)控制的，在實例2所示的場合，是由每相一組的降壓/升壓開關(guān)控制的。在這兩個實例中，調(diào)壓繞組的相對比改變，必須通過改變繞組的方向性來實現(xiàn)，比如說相對于調(diào)節(jié)范圍的電氣中心由降壓至升壓時就是如此。因此，所有這些調(diào)壓繞組要作為一組而一起切換。
也可以利用其它的調(diào)壓繞組比改變方式，使其可以不通過電氣中心而分別的改變各調(diào)壓繞組的方向性。這種設(shè)置的一個實例已經(jīng)示出在實例3中，比如說對于4％的調(diào)節(jié)，可以用+7％調(diào)壓繞組與-2％和-1％繞組來實現(xiàn)。在下述的各個實例中(正如前述的調(diào)壓繞組表所示)，不論調(diào)壓繞組處于降壓還是升壓狀態(tài)，繞組的極性或稱方向性在處于降壓狀態(tài)時均用“-”號表示，在處于升壓狀態(tài)時均用“+”號表示。這些設(shè)備的應(yīng)用實例包括燈具、加熱器、空調(diào)器、發(fā)射機(jī)、計算機(jī)、程序控制器、玻璃熔煉爐、電磁爐、醫(yī)療儀器、掃描裝置，等等、等等。實例3使用1％、2％和7％的調(diào)壓繞組(相應(yīng)的稱其為繞組1、2和7)，便可以如下所示，在步長為1％的條件下，提供在正的和負(fù)的百分之十的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。所需提供的調(diào)節(jié)動作 所包括的調(diào)節(jié)繞組00+1％ +1+2％ +2+3％ +2+1+4％ +7-2-1+5％ +7-2+6％ +7-1
+7％ +7+8％ +7+1+9％ +7+2+10％+7+2+1-1％ -1-2％ -2-3％ -2-1-4％ -7+2+1-5％ -7+2-6％ -7+1-7％ -7-8％ -7-1-9％ -7-2-10％-7-2-1實例4使用相應(yīng)的稱其為繞組2、4和14的2％、4％和14％的調(diào)壓繞組，便可以如下所示，在步長為2％的條件下，提供在正的和負(fù)的百分之二十的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。所需提供的調(diào)節(jié)動作所包括的調(diào)節(jié)繞組
0 0+2％+2+4％+4+6％+4+2+8％+14-4-2+10％ +14-4+12％ +14-2+14％ +14+16％ +14+2+18％ +14+4+20％ +14+4+2-2％-2-4％-4-6％-4-2-8％-14+4+2-10％ -14+4-12％ -14+2-14％ -14-16％ -14-2
-18％ -14-4-20％ -14-4-2實例5使用1％、2％、4％、8％和16％的調(diào)壓繞組(相應(yīng)的稱其為繞組1、2、4、8和16)，便可以如下所示，在步長為1％的條件下，提供在正的和負(fù)的百分之三十一的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。而且，所有的激勵繞組處于相同的模式下。換句話說就是，在實施例5中不能同時采用降壓和升壓的組合形式。由降壓模式至升壓模式的所有變化均通過“電氣中心”處。所需提供的調(diào)節(jié)動作 所包括的調(diào)節(jié)繞組0 0+1％+1+2％+2+3％+2+1+4％+4+5％+4+1+6％+4+2+7％+4+2+1+8％+8+9％+8+1+10％ +8+2
+11％ +8+2+1+12％ +8+4+13％ +8+4+1+14％ +8+4+2+15％ +8+4+2+1+16％ +16+17％ +16+1+18％ +16+2+19％ +16+2+1+20％ +16+4+21％ +16+4+1+22％ +16+4+2+23％ +16+4+2+1+24％ +16+8+25％ +16+8+1+26％ +16+8+2+27％ +16+8+2+1+28％ +16+8+4+29％ +16+8+4+1
+30％ +16+8+4+2+31％ +16+8+4+2+1-1％-1-2％-2-3％-2-1-4％-4-5％-4-1-6％-4-2-7％-4-2-1-8％-8-9％-8-1-10％ -8-2-11％ -8-2-1-12％ -8-4-13％ -8-4-1-14％ -8-4-2-15％ -8-4-2-1-16％ -16-17％ -16-1
-18％ -16-2-19％ -16-2-1-20％ -16-4-21％ -16-4-1-22％ -16-4-2-23％ -16-4-2-1-24％ -16-8-25％ -16-8-1-26％ -16-8-2-27％ -16-8-2-1-28％ -16-8-4-29％ -16-8-4-1-30％ -16-8-4-2-31％ -16-8-4-2-1實例6使用1％、2％、7％和21％的調(diào)壓繞組(相應(yīng)的稱其為繞組1、2、7、21)，便可以如下所示，在步長為1％的條件下，提供在正的和負(fù)的百分之三十一的范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)。它可以同時組合的使用降壓和升壓模式。所需提供的調(diào)節(jié)動作 所包括的調(diào)節(jié)繞組
0 0+1％+1+2％+2+3％+2+1+4％+7-2-1+5％+7-2+6％+7-1+7％+7+8％+7+1+9％+7+2+10％ +7+2+1+11％ +21-7-2-1+12％ +21-7-2+13％ +21-7-1+14％ +21-7+15％ +21-7+1+16％ +21-7+2+17％ +21-7+2+1+18％ +21-2-1
+19％ +21-2+20％ +21-1+21％ +21+22％ +21+1+23％ +21+2+24％ +21+2+1+25％ +21+7-2-1+26％ +21+7-2+27％ +21+7-1+28％ +21+7+29％ +21+7+1+30％ +21+7+2+31％ +21+7+2+1-1％-1-2％-2-3％-2-1-4％-7+2+1-5％-7+2-6％-7+1
-7％-7-8％-7-1-9％-7-2-10％ -7-2-1-11％ -21+7+2+1-12％ -21+7+2-13％ -21+7+1-14％ -21+7-15％ -21+7-1-16％ -21+7-2-17％ -21+7-2-1-18％ -21+2+1-19％ -21+2-20％ -21+1-21％ -21-22％ -21-1-23％ -21-2-24％ -21-2-1-25％ -21-7+2+1
-26％ -21-7+2-27％ -21-7+1-28％ -21-7-29％ -21-7-1-30％ -21-7-2-31％ -21-7-2-1這些串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)和裝置可以有效的用來控制電壓，調(diào)節(jié)在高天花板的大型百貨商店等等中用的照明系統(tǒng)的亮度和照度，這種百貨商店具有許多窗戶以采集自然光。這種照明系統(tǒng)常常需要滿負(fù)載電壓以點燃燈，然后當(dāng)采集到的自然光增多時，又往往要降低電壓以減小其亮度，反之亦然。
不難理解，為了滿足特定的單相和三相交流電壓調(diào)節(jié)的需要和環(huán)境的需要，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以獲得其它的變形和改形。所以本發(fā)明并不僅限于為了說明而給出的各個實施例，它還包括不脫離本發(fā)明的主題和保護(hù)范圍的各種變形和改形，包括如下述的權(quán)利要求所限定的各種變形和改形，以及其等價物。
權(quán)利要求
1.一種串聯(lián)式可調(diào)節(jié)當(dāng)前交流電壓的裝置，該裝置用于將調(diào)節(jié)后的交流電源電壓由輸出端子輸出至電氣負(fù)載，而且該裝置還具有一個與交流電源相連接的輸入端子，其特征在于所述的裝置包括有至少為第一、第二和第三鐵磁互感器芯體，它們分別具有第一、第二和第三橫截面積；所述的第一、第二和第三橫截面積具有不同的尺寸；分別設(shè)置在所述的第一、第二和第三芯體上的第一、第二和第三調(diào)壓繞組；所述的第一調(diào)壓繞組僅與所述的第一芯體電磁偶合；所述的第二調(diào)壓繞組僅與所述的第二芯體電磁偶合；所述的第三調(diào)壓繞組僅與所述的第三芯體電磁偶合；所述的第一、第二和第三調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三數(shù)目的匝數(shù)；所述的第一、第二和第三數(shù)目具有相對應(yīng)的值N1、N2和N3，其中N1、N2和N3是預(yù)先確定的數(shù)目；開關(guān)組件，用于有選擇的將所述的第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組與交流電源相連接，并且用于有選擇的使不與交流電源相連接的所述的第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組，處于短路狀態(tài)；設(shè)置在所述的第一、第二和第三芯體上的主要繞組；所述的主要繞組與所述的各個第一、第二和第三芯體電磁偶合；所述的主要繞組具有用于與交流電源相連接的所述的輸入端子；所述的主要繞組具有用于將調(diào)節(jié)后的交流電源的電壓由輸出端子施加至電氣負(fù)載的所述的輸出端子。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的開關(guān)組件分別包括有第一、第二和第三電阻組件；當(dāng)?shù)谝?、第二和第三調(diào)壓繞組分別被有選擇的由短路連接狀態(tài)切換至與交流電源相連接的狀態(tài)時，所述的第一、第二和第三電阻組件分別通過所述的第一、第二和第三調(diào)壓繞組暫時的與電路相連接；當(dāng)?shù)谝?、第二和第三調(diào)壓繞組分別被有選擇的由與交流電源相連接的狀態(tài)切換至短路連接狀態(tài)時，所述的第一、第二和第三電阻組件分別通過所述的第一、第二和第三調(diào)壓繞組暫時的與電路相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括有第一、第二和第三過渡電流流通通道組件，當(dāng)相應(yīng)的第一、第二和第三調(diào)壓繞組由短路狀態(tài)有選擇性切換至與交流電源相連接的狀態(tài)時，該組件分別為第一、第二和第三調(diào)壓繞組提供過渡電流流通通道；而且當(dāng)相應(yīng)的第一、第二和第三調(diào)壓繞組由與交流電源相連接的狀態(tài)有選擇性切換至短路狀態(tài)時，該組件分別為第一、第二和第三調(diào)壓繞組提供過渡電流流通通道。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的第一、第二和第三過渡電流流通通道組件中的每一個均包括有相應(yīng)的電阻組件。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的開關(guān)組件分別有選擇的將第一、第二和/或第三調(diào)壓繞組，在降壓模式下或升壓模式下與交流電源相連接，以相對于施加在主要繞組的輸入端子處的電壓，降低或升高傳送至電壓主要繞組的輸出端子處的電壓。
6．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的第一、第二和第三芯體均具有相同的高度和寬度，而且均設(shè)置有具有相同高度和寬度的繞組窗口；所述的第一、第二和第三具有不同的厚度，以提供所述的彼此不同的橫截面積尺度。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的橫截面積的X面積基元、Y面積基元和Z面積基元的相對比率基本上為1比2比4。
8．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述的橫截面積的X面積基元、Y面積基元和Z面積基元的相對比率基本上為1比2比7。
9．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的第一、第二和第三芯體是用于具有A、B和C相的交流電源的三相芯體；所述的第一、第二和第三調(diào)壓繞組中的每一個均包括有分別用于A、B和C相的三個繞組，所述的主要繞組包括有分別用于A、B和C相的三個繞組。
10．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它具有四個芯體，芯體橫截面積的相對尺寸比率基本上為1比2比4比8。
11.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于它具有四個芯體，芯體橫截面積的相對尺寸比率基本上為1比2比7比21。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于它具有五個芯體，芯體橫截面積的相對尺寸比率基本上為1比2比4比8比16。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于進(jìn)一步包括有響應(yīng)在各個開關(guān)組件處的過零點的控制組件，用于在相應(yīng)的開關(guān)組件處產(chǎn)生了電壓的過零點時，立刻有選擇性的觸相應(yīng)的開關(guān)組件。
14.一種串聯(lián)式電壓調(diào)節(jié)互感器，其特征在于包括一個主要繞組，該主要繞組具有一個與交流電源相連接的輸入端子，和一個與電氣負(fù)載電路連接的輸出端子，從而將所述的主要繞組串聯(lián)連接在所述的交流電源和所述的電氣負(fù)載之間的電路中；至少為第一、第二和第三鐵磁互感器芯體；所述的第一、第二和第三芯體具有第一、第二和第三橫截面積；所述的第一、第二和第三橫截面積在尺度上依次相對增大；所述的主要繞組與所述的各個第一、第二和第三芯體電磁偶合；所述的第一、第二和第三調(diào)壓繞組僅分別與所述的第一、第二和第三芯體電磁偶合；所述的第一、第二和第三調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三數(shù)目的匝數(shù)；所述的第一、第二和第三匝數(shù)依次相對減小；所述的第一、第二和第三匝數(shù)與所述的第一、第二和第三橫截面積的尺度基本上成反比。
15.如權(quán)利要求14所述的串聯(lián)式電壓調(diào)節(jié)互感器，其特征在于所述的第一、第二和第三橫截面積的相對尺度比率基本上為1比2比4。
16.如權(quán)利要求14所述的串聯(lián)式電壓調(diào)節(jié)互感器，其特征在于它至少具有第一、第二、第三和第四鐵磁互感器芯體；所述的第一、第二、第三和第四芯體具有第一、第二、第三和第四橫截面積；所述的第一、第二、第三和第四橫截面積在尺度上依次相對增大；所述的主要繞組與所有這四個所述的第一、第二、第三和第四芯體相偶合；它至少具有第一、第二、第三和第四調(diào)壓繞組；所述的第一、第二、第三和第四調(diào)壓繞組僅分別與所述的第一、第二、第三和第四芯體電磁偶合；所述的第一、第二、第三和第四調(diào)壓繞組分別具有第一、第二、第三和第四匝數(shù)；所述的第一、第二、第三和第四匝數(shù)依次相對減??；所述的第一、第二、第三和第四匝數(shù)與所述的第一、第二、第三和第四橫截面積的尺度基本上成反比。
17.一種用于調(diào)節(jié)電流的互感器，其特征在于包括有至少為第一、第二和第三的鐵磁互感器芯體；所述的各個鐵磁互感器芯體具有基本上相同的高度和寬度；所述的第一、第二和第三鐵磁互感器芯體具有依次增大的厚度；所述的第一、第二和第三互感器芯體分別具有第一、第二和第三繞組窗口；所述的窗口具有基本上相同的高度和寬度；所述的第一、第二和第三互感器芯體呈彼此空間分離的方式設(shè)置，而且與彼此空間分離設(shè)置的所述的窗口平行設(shè)置；一個主要繞組，它具有許多匝，穿過所述的第一、第二和第三窗口，并且通過所有所述的芯體的位置；第一、第二和第三調(diào)壓繞組；所述的第一調(diào)壓繞組具有第一數(shù)目的匝數(shù)，穿過所述的第一窗口，并且通過所述的第一芯體的位置；所述的第二調(diào)壓繞組具有第二數(shù)目的匝數(shù)，穿過所述的第二窗口，并且通過所述的第二芯體的位置；所述的第三調(diào)壓繞組具有第三數(shù)目的匝數(shù)，穿過所述的第三窗口，并且通過所述的第三芯體的位置。
18.如權(quán)利要求17所述的串聯(lián)式電壓調(diào)節(jié)互感器，其特征在于所述的第一、第二和第三匝數(shù)依次相對減小。
19.如權(quán)利要求18所述的串聯(lián)式電壓調(diào)節(jié)互感器，其特征在于所述的第一、第二和第三匝數(shù)與所述的第一、第二和第三芯體的尺度基本上成反比。
20.一種用于三相交流電流的三相互感器，其特征在于包括至少為第一、第二和第三鐵磁互感器芯體；所述的各個鐵磁互感器芯體具有基本上相同的高度和寬度；所述的第一、第二和第三鐵磁互感器芯體具有依次增大的厚度；所述的第一、第二和第三互感器芯體分別具有一對第一、一對第二和一對第三繞組窗口；所述的各個窗口具有基本上相同的高度和寬度；所述的第一、第二和第三互感器芯體呈彼此空間分離的方式設(shè)置，而且與彼此空間分離設(shè)置的所述的一對第一、一對第二和一對第三窗口平行設(shè)置；一個“A”相主要繞組，它具有許多匝；所述的“A”相主要繞組至少穿過所述的第一、第二和第三窗口中的一個，并且通過所述的第一、第二和第三芯體的位置，與第一、第二和第三芯體電磁偶合；一個“B”相主要繞組，它具有的匝數(shù)與所述的“A”相主要繞組的匝數(shù)相等；所述的“B”相主要繞組至少穿過所述的第一、第二和第三窗口中的一個，并且通過所述的第一、第二和第三芯體的位置，與第一、第二和第三芯體電磁偶合；一個“C”相主要繞組，它具有的匝數(shù)與所述的“A”相主要繞組的匝數(shù)相等，而且還與所述的“B”相主要繞組的匝數(shù)相等；所述的“C”相主要繞組至少穿過所述的第一、第二和第三窗口中的一個，并且通過所述的第一、第二和第三芯體的位置，與第一、第二和第三芯體電磁偶合；第一、第二和第三“A”相調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三匝數(shù)；所述的“A”相調(diào)壓繞組的所述的第一、第二和第三的匝數(shù)的值分別為N1、N2和N3；第一、第二和第三“B”相調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三匝數(shù)；所述的“B”相調(diào)壓繞組的所述的第一、第二和第三的匝數(shù)的值分別為N1、N2和N3；第一、第二和第三“C”相調(diào)壓繞組分別具有第一、第二和第三匝數(shù)；所述的“C”相調(diào)壓繞組的所述的第一、第二和第三的匝數(shù)的值分別為N1、N2和N3；所述的第一、第二和第三“A”相調(diào)壓繞組分別穿過所述的第一、第二和第三窗口，并且通過所述的第一、第二和第三芯體的位置，分別僅與所述的第一、第二和第三芯體電磁偶合；所述的第一、第二和第三“B”相調(diào)壓繞組分別穿過所述的第一、第二和第三窗口，并且通過所述的第一、第二和第三芯體的位置，分別僅與所述的第一、第二和第三芯體電磁偶合；所述的第一、第二和第三“C”相調(diào)壓繞組分別穿過所述的第一、第二和第三窗口，并且通過所述的第一、第二和第三芯體的位置，分別僅與所述的第一、第二和第三芯體電磁偶合；值N1、N2和N3與所述的第一、第二和第三芯體的厚度基本上成反比。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種串聯(lián)式降壓/升壓電壓調(diào)節(jié)裝置和系統(tǒng),該裝置還具有一個與交流電源相連接的輸入端子,而且包括有:分別具有第一、第二和第三橫截面積的第一、第二和第三鐵磁互感器芯體;這些橫截面積分別具有相應(yīng)的X面積基元、Y面積基元和Z面積基元。該裝置還具有分別設(shè)置在第一、第二和第三芯體上的、與各自的芯體電磁偶合的第一、第二和第三調(diào)壓繞組。
文檔編號H01F29/00GK1169615SQ9711257
公開日1998年1月7日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月27日
發(fā)明者斯坦利·G·佩舍爾, 阿瑟·莫爾登, 奧斯卡·托內(nèi)洛 申請人:哈貝爾公司