本實(shí)用新型涉及有載調(diào)壓技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種配電變壓器。

背景技術(shù)：

隨著用電負(fù)荷的不斷增加，電網(wǎng)電壓波動(dòng)幅度變大，機(jī)械式有載調(diào)壓開關(guān)暴露出了許多諸如低切換速率、易故障、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，已經(jīng)無法達(dá)到用戶對(duì)用電電壓的要求，這促使了有載調(diào)壓開關(guān)的不斷改進(jìn)。起初只是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械式有載調(diào)壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加其滅弧能力，后來出現(xiàn)了混合式有載調(diào)壓開關(guān)和全電子式有載調(diào)壓開關(guān)。其中，全電子式有載調(diào)壓開關(guān)以其結(jié)構(gòu)簡單，切換速度快且無電弧，易于控制等優(yōu)點(diǎn)備受國內(nèi)外業(yè)界人士青睞。

現(xiàn)階段的全電子式有載調(diào)壓開關(guān)主要基于晶閘管，但是由于晶閘管的開斷響應(yīng)時(shí)間慢，且為半控型器件，須配置幅值開關(guān)器件等組成的強(qiáng)迫換流電路，從而存在體積大、成本高、開通損耗大、散熱困難和難以快速調(diào)壓等問題。

因此，如何提供一種能夠解決上述技術(shù)問題的配電變壓器是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種配電變壓器，采用IGBT作為有載調(diào)壓開關(guān)器件，能夠提高開關(guān)動(dòng)作速度，減小配電變壓器的體積，減小開通損耗，提高散熱性。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種配電變壓器，所述配電變壓器一次側(cè)的三相電路采用星形連接方式，每相電路包括串聯(lián)的奇數(shù)個(gè)調(diào)壓繞組，每個(gè)所述調(diào)壓繞組的一端設(shè)置有抽頭；

每個(gè)所述抽頭與所述三相電路的中性點(diǎn)之間串接有電力電子開關(guān)；

所述電力電子開關(guān)包括第一IGBT以及橋式電路，所述橋式電路包括四個(gè)二極管，第一二極管的陽極與第二二極管的陰極連接后與所述抽頭相連，第三二極管的陽極與第四二極管的陰極連接后與所述中性點(diǎn)相連；所述第一IGBT的集電極分別與所述第一二極管的陰極以及所述第三二極管的陰極連接，所述第一IGBT的發(fā)射極分別與所述第二二極管的陽極以及所述第四二極管的陽極連接；

所述配電變壓器的二次側(cè)線圈與控制器相連，所述控制器分別與各個(gè)所述第一IGBT的柵極相連。

優(yōu)選地，還包括：

與任意一個(gè)所述抽頭處的第一IGBT并聯(lián)的過渡支路，所述過渡支路包括相互串聯(lián)的第二IGBT以及限流電阻；所述第二IGBT的集電極與并聯(lián)的第一IGBT的集電極相連，所述第二IGBT的發(fā)射極與所述限流電阻的第一端相連，所述限流電阻的第二端與所述并聯(lián)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

優(yōu)選地，還包括：

與任意一個(gè)所述抽頭處的第一IGBT并聯(lián)的過渡支路，所述過渡支路包括相互串聯(lián)的第二IGBT以及限流電阻；所述限流電阻的第一端與并聯(lián)的第一IGBT的集電極相連，所述限流電阻的第二端與所述第二IGBT的集電極相連，所述第二IGBT的發(fā)射極與所述并聯(lián)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

優(yōu)選地，所述過渡支路與位于中間位置的抽頭對(duì)應(yīng)的第一IGBT并接。

優(yōu)選地，還包括：

分別與各個(gè)所述第一IGBT并聯(lián)的若干個(gè)緩沖電路，每個(gè)所述緩沖電路包括緩沖電阻、緩沖二極管以及緩沖電容；所述緩沖電容的一端與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的集電極相連，所述緩沖電容的另一端與所述緩沖二極管的陽極相連，所述緩沖電阻與所述緩沖二極管并聯(lián)，所述緩沖二極管的陰極與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

優(yōu)選地，還包括：

分別與各個(gè)所述第一IGBT并聯(lián)的若干個(gè)緩沖電路，每個(gè)所述緩沖電路包括緩沖電阻、緩沖二極管以及緩沖電容；所述緩沖電阻與所述緩沖二極管并聯(lián)，所述緩沖二極管的陽極與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的集電極相連，所述緩沖二極管的陰極與所述緩沖電容的一端相連，所述緩沖電容的另一端與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

優(yōu)選地，所述三相電路中每相上包括3個(gè)或5個(gè)所述調(diào)壓繞組。

優(yōu)選地，所述控制器為單片機(jī)。

本實(shí)用新型提供了一種配電變壓器，在每個(gè)抽頭處連接電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)包括第一IGBT與橋式電路，各個(gè)第一IGBT的控制端與配電變壓器二次側(cè)的控制器相連，控制器通過觸發(fā)相應(yīng)抽頭對(duì)應(yīng)的第一IGBT導(dǎo)通，來達(dá)到調(diào)節(jié)配電變壓器二次側(cè)電壓的目的。IGBT為全控型器件，具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等優(yōu)點(diǎn)，故將IGBT用于全電子有載調(diào)壓開關(guān)，提高了開關(guān)動(dòng)作速度，減小了配電變壓器的體積，減小了開通損耗，散熱性好。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型提供的一種配電變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型提供的配電變壓器中過渡支路工作時(shí)的流程圖；

圖3為本實(shí)用新型提供的配電變壓器中過渡支路的等效電路圖。

其中，圖1中：

S1、S2、S4—第一IGBT，S3—過渡支路，Rx—限流電阻，C—緩沖電容，D—緩沖二極管，R—緩沖電阻。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的核心是提供一種配電變壓器，采用IGBT作為有載調(diào)壓開關(guān)器件，能夠提高開關(guān)動(dòng)作速度，減小配電變壓器的體積，減小開通損耗，提高散熱性。

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型提供了一種配電變壓器，參見圖1所示，圖1為本實(shí)用新型提供的一種配電變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；配電變壓器一次側(cè)的三相電路采用星形連接方式，每相電路包括串聯(lián)的奇數(shù)個(gè)調(diào)壓繞組，每個(gè)調(diào)壓繞組的一端設(shè)置有抽頭；

每個(gè)抽頭與三相電路的中性點(diǎn)之間串接有電力電子開關(guān)；

電力電子開關(guān)包括第一IGBT以及橋式電路，橋式電路包括四個(gè)二極管，第一二極管的陽極與第二二極管的陰極連接后與抽頭相連，第三二極管的陽極與第四二極管的陰極連接后與中性點(diǎn)相連；第一IGBT的集電極分別與第一二極管的陰極以及第三二極管的陰極連接，第一IGBT的發(fā)射極分別與第二二極管的陽極以及第四二極管的陽極連接；

配電變壓器的二次側(cè)線圈與控制器相連，控制器分別與各個(gè)第一IGBT的柵極相連。

可以理解的是，若不設(shè)置橋式電路，在抽頭與中性點(diǎn)之間直接串聯(lián)第一IGBT的話，當(dāng)?shù)谝籌GBT上加有反向電壓(集電極為負(fù)，發(fā)射極為正)時(shí)，由于第一IGBT中二極管的設(shè)置方向，故第一IGBT也會(huì)導(dǎo)通，即第一IGBT在加有雙向電壓時(shí)均可導(dǎo)通，這樣會(huì)影響第一IGBT的性能，容易損壞第一IGBT。而設(shè)置橋式電路后，由于二極管的單向?qū)ㄐ阅埽軌虮ＷC附加在第一IGBT上的電壓均為正向電壓(集電極為正，發(fā)射極為負(fù))，并且該橋式電路能夠保證抽頭與中性點(diǎn)之間雙向?qū)?即電流能夠從抽頭流向中性點(diǎn)，也能夠從中性點(diǎn)流向抽頭)，故保證了第一IGBT能夠工作與交流環(huán)境下，并且能夠雙向耐受電壓。

作為優(yōu)選地，該配電變壓器還包括：

與任意一個(gè)抽頭處的第一IGBT并聯(lián)的過渡支路，過渡支路包括相互串聯(lián)的第二IGBT以及限流電阻；第二IGBT的集電極與并聯(lián)的第一IGBT的集電極相連，第二IGBT的發(fā)射極與限流電阻的第一端相連，限流電阻的第二端與并聯(lián)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

作為優(yōu)選地，在另一種實(shí)施例中，該配電變壓器還包括：

與任意一個(gè)抽頭處的第一IGBT并聯(lián)的過渡支路，過渡支路包括相互串聯(lián)的第二IGBT以及限流電阻；限流電阻的第一端與并聯(lián)的第一IGBT的集電極相連，限流電阻的第二端與第二IGBT的集電極相連，第二IGBT的發(fā)射極與并聯(lián)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

其中，具體采用以上哪種實(shí)施方式可根據(jù)實(shí)際情況決定。

可以理解的是，配電變壓器內(nèi)正常情況下只有一個(gè)電力電子開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)想要更換處于導(dǎo)通狀態(tài)的電力電子開關(guān)時(shí)，理想情況時(shí)在同一時(shí)刻關(guān)斷當(dāng)前的電力電子開關(guān)并導(dǎo)通待導(dǎo)通的電力電子開關(guān)，但是，由于IGBT動(dòng)作時(shí)間不完全一致，通常會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)電力電子開關(guān)都關(guān)斷或兩個(gè)電力電子開關(guān)都導(dǎo)通的情況，當(dāng)兩個(gè)電力電子開關(guān)都關(guān)斷時(shí)會(huì)導(dǎo)致調(diào)壓時(shí)負(fù)載電流中斷，故為保證配電變壓器抽頭切換時(shí)負(fù)載電流的連續(xù)性，切換過程中要保證至少有一個(gè)電力電子開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，但是，若兩個(gè)電力電子開關(guān)都導(dǎo)通，會(huì)在兩個(gè)電力電子開關(guān)之間形成環(huán)流。

當(dāng)增加過渡支路后，進(jìn)行抽頭切換時(shí)，先導(dǎo)通過渡支路中的第二IGBT，再關(guān)斷需關(guān)斷的電力電子開關(guān)，然后導(dǎo)通需導(dǎo)通的電力電子開關(guān)，最后關(guān)斷第二IGBT，抽頭切換完成。這個(gè)過程中，由于會(huì)出現(xiàn)過渡支路與第一IGBT同時(shí)導(dǎo)通的情況，故會(huì)出現(xiàn)兩次環(huán)流，但由于過渡支路中設(shè)置于限流電阻，故會(huì)對(duì)產(chǎn)生的環(huán)流進(jìn)行限制，盡可能減小環(huán)流的影響。

進(jìn)一步可知，參見圖3所示，圖3為本實(shí)用新型提供的配電變壓器中過渡支路的等效電路圖。其中，U為過渡支路中的電動(dòng)勢，R和L為調(diào)壓繞組的等效電阻和漏電感，Rx為限流電阻，由基爾霍夫電壓定律可得：

進(jìn)而得到過渡支路的電流最終表達(dá)式為：

過渡支路中電流的大小與支路總電阻(R+RX)以及電感L有關(guān)，Rx的串入加快了支路電流暫態(tài)分量的衰減，同時(shí)還降低了穩(wěn)態(tài)分量的幅值，本發(fā)明不限定限流電阻的阻值，可根據(jù)上述表達(dá)式確定所需要的限流電阻的大小。

作為優(yōu)選地，過渡支路與位于中間位置的抽頭對(duì)應(yīng)的第一IGBT并接。

可以理解的是，抽頭數(shù)量為奇數(shù)個(gè)，以圖1為例，圖1中每相上包括有3個(gè)抽頭，此時(shí)將過渡支路與第二個(gè)抽頭上的第一IGBT并接。需要注意的是，當(dāng)抽頭1對(duì)應(yīng)的電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，調(diào)整電壓為95％，當(dāng)抽頭2對(duì)應(yīng)的電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，調(diào)壓程度為100％，即此時(shí)處于未調(diào)壓狀態(tài)，當(dāng)抽頭3對(duì)應(yīng)的電力電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，調(diào)壓程度為105％?？梢?，當(dāng)過渡支路接于第二個(gè)抽頭時(shí)，不論當(dāng)前是S1導(dǎo)通還是S3導(dǎo)通，過渡支路與當(dāng)前導(dǎo)通的第一IGBT形成的回路中僅會(huì)接入一個(gè)調(diào)壓繞組，即回路中的電壓較低，形成的環(huán)流較小。若將過渡支路接于第一個(gè)(或第三個(gè)抽頭)，則當(dāng)S3(或S1)導(dǎo)通時(shí)，過渡支路與當(dāng)前導(dǎo)通的第一IGBT形成的回路中會(huì)接入兩個(gè)調(diào)壓繞組，回路中的電壓較高，形成的環(huán)流較大。故優(yōu)選將過渡支路接于中間位置的抽頭上。

其中，三相電路中每相上包括3個(gè)或5個(gè)調(diào)壓繞組。當(dāng)然，本發(fā)明不限定調(diào)壓繞組的具體個(gè)數(shù)。

另外，第二IGBT的控制端也與控制器相連。

參見圖2所示，圖2為本實(shí)用新型提供的配電變壓器中過渡支路工作時(shí)的流程圖。

步驟s101：判斷U2是否小于1.05U2N且大于0.95U2N，若是，重復(fù)步驟s101；否則，進(jìn)入步驟s102；其中，U2N為配電變壓器二次側(cè)的額定電壓，U2為控制器檢測到的配電變壓器二次側(cè)的實(shí)際電壓。

步驟s102：判斷U2是否小于0.95U2N，若是，進(jìn)入步驟s103；否則，進(jìn)入步驟s107；

步驟s103：判斷S1是否導(dǎo)通，若是，返回步驟s101；否則，對(duì)配電變壓器一次側(cè)電壓進(jìn)行過零檢測，若未經(jīng)過零位，觸發(fā)S3；

步驟s104：判斷S4是否導(dǎo)通，若是，進(jìn)入步驟s105；否則，進(jìn)入步驟s106；

步驟s105：關(guān)斷S4，觸發(fā)S1或S2導(dǎo)通；進(jìn)入步驟s111；

步驟s106：關(guān)斷S2，觸發(fā)S1或S4導(dǎo)通；進(jìn)入步驟s111；

步驟s107：判斷S4是否導(dǎo)通，若是，返回步驟s101；否則，對(duì)配電變壓器一次側(cè)電壓進(jìn)行過零檢測，若未經(jīng)過零位，觸發(fā)S3；

步驟s108：判斷S1是否導(dǎo)通，若是，進(jìn)入步驟s109；否則，進(jìn)入步驟s110；

步驟s109：關(guān)斷S1，觸發(fā)S2或S4導(dǎo)通；進(jìn)入步驟s111；

步驟s110：關(guān)斷S2，觸發(fā)S1或S4導(dǎo)通；進(jìn)入步驟s111；

步驟s111：關(guān)斷S3，并返回步驟s101。

當(dāng)然，以上僅為優(yōu)選方案，過渡支路的具體工作流程可視具體情況而定，本發(fā)明對(duì)此不作限定。

作為優(yōu)選地，該配電變壓器還包括：

分別與各個(gè)第一IGBT并聯(lián)的若干個(gè)緩沖電路，每個(gè)緩沖電路包括緩沖電阻、緩沖二極管以及緩沖電容；緩沖電容的一端與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的集電極相連，緩沖電容的另一端與緩沖二極管的陽極相連，緩沖電阻與緩沖二極管并聯(lián)，緩沖二極管的陰極與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

作為優(yōu)選地，在另一種實(shí)施例中，該配電變壓器還包括：

分別與各個(gè)第一IGBT并聯(lián)的若干個(gè)緩沖電路，每個(gè)緩沖電路包括緩沖電阻、緩沖二極管以及緩沖電容；緩沖電阻與緩沖二極管并聯(lián)，緩沖二極管的陽極與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的集電極相連，緩沖二極管的陰極與緩沖電容的一端相連，緩沖電容的另一端與對(duì)應(yīng)的第一IGBT的發(fā)射極相連。

其中，具體采用以上哪種實(shí)施方式可根據(jù)實(shí)際情況決定。

可以理解的是，當(dāng)?shù)谝籌GBT迅速關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電壓，該電壓可能會(huì)擊穿第一IGBT或者使其誤導(dǎo)通。為限制關(guān)斷第一IGBT時(shí)上產(chǎn)生的沖擊電壓，確保第一IGBT不被擊穿，可以在第一IGBT的兩端并聯(lián)緩沖電路。為了保證緩沖電路的可靠性，在第一IGBT關(guān)斷時(shí)，緩沖電容需要能夠吸收掉儲(chǔ)存在調(diào)壓繞組中的能量，從而減小調(diào)壓繞組上產(chǎn)生的沖擊電壓，并在第一IGBT導(dǎo)通期間完全釋放掉緩沖電容上的儲(chǔ)能。

其中，緩沖電容的關(guān)系式為：

緩沖電阻的關(guān)系式為：

其中，L為電路電感，I為IGBT關(guān)斷時(shí)流過IGBT的電流，ΔU為調(diào)壓繞組產(chǎn)生的過電壓，t₀為IGBT導(dǎo)通時(shí)間，U_max為緩沖電容兩端的電壓最大值，P為緩沖電阻功率。

具體的，緩沖二極管應(yīng)選擇正向電壓低，反向恢復(fù)時(shí)間短、反向恢復(fù)特性較軟的快速恢復(fù)二極管，其額定電壓容量與第一IGBT相當(dāng)，額定電流要求不小于第一IGBT額定電流的1/10。

另外，本發(fā)明中假設(shè)配電變壓器的一次側(cè)的額定電流有效值為I_N，額定電壓有效值為U_N，配電變壓器調(diào)壓范圍為±5％，抽頭間的最高電壓為10％的峰值電壓，即U_N＝kU_M。考慮到k＝1.5的裕度值，第一IGBT的額定電壓取為1.5U_M。第一IGBT的電流最大值取額定電流峰值的3倍，即考慮到配電變壓器二次側(cè)短路引起的過電流，設(shè)110kV母線為無窮大系統(tǒng)，計(jì)算得到的配電變壓器一次側(cè)的短路電流峰值為I_D，所以第一IGBT的額定電流取為max{I_D,I_M}。由于未導(dǎo)通的二極管與第一IGBT反向并聯(lián)，而導(dǎo)通的二極管與第一IGBT串聯(lián)，那么橋式電路中的二極管額定電流應(yīng)取為max{I_D,I_M}，最大反向工作電壓取為1.5U_M。

其中，本發(fā)明中的控制器為單片機(jī)。當(dāng)然，也可以采用其他控制裝置，本發(fā)明對(duì)此不作限定。

本實(shí)用新型提供了一種配電變壓器，在每個(gè)抽頭處連接電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)包括第一IGBT與橋式電路，各個(gè)第一IGBT的控制端與配電變壓器二次側(cè)的控制器相連，控制器通過觸發(fā)相應(yīng)抽頭對(duì)應(yīng)的第一IGBT導(dǎo)通，來達(dá)到調(diào)節(jié)配電變壓器二次側(cè)電壓的目的。IGBT為全控型器件，具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率小和飽和壓降低等優(yōu)點(diǎn)，故將IGBT用于全電子有載調(diào)壓開關(guān)，提高了開關(guān)動(dòng)作速度，減小了配電變壓器的體積，減小了開通損耗，散熱性好。

需要說明的是，在本說明書中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其他實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。