專(zhuān)利名稱(chēng)：三相輸入單相輸出的變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種三相輸入單相輸出的變壓器，包括鐵芯，原邊繞組和副邊繞組。涉及到改變相數(shù)的變壓器。
中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)說(shuō)明書(shū)CN86102354號(hào)公開(kāi)了一種《新型焊接變壓器》，可以實(shí)現(xiàn)三相輸入單相輸出，同時(shí)波形和頻率保持不變。
這種變壓器實(shí)際包括一個(gè)多芯柱的鐵芯(例如“日”字型或“三角”形鐵芯)、原邊和副邊各三個(gè)繞組。它同電網(wǎng)的聯(lián)接和輸出方式也是特別的。其原邊的兩個(gè)正常繞組按照正常的星形接法接入三相電網(wǎng)的任意兩相;另一個(gè)繞組匝數(shù)較多，接在三相電網(wǎng)的另一相和零線之間。因?yàn)榍罢呓釉诙嘀g，后者接在一相上，為著敘述的方便，在此將前者稱(chēng)為線間繞組，后者稱(chēng)為相間繞組。由于三相電網(wǎng)中線電壓高于相電壓，因此，每一個(gè)線間繞組的匝數(shù)都是按其壓降為線電壓的一半設(shè)計(jì)的，而相間繞組的匝數(shù)則是按其壓降為相電壓設(shè)計(jì)的，故相間繞組的匝數(shù)多于一個(gè)線間繞組的匝數(shù)。
這種變壓器相當(dāng)于兩個(gè)原邊并聯(lián)運(yùn)行的單相變壓器其副邊采用電壓同相串聯(lián)輸出。第一個(gè)單相變壓器是兩個(gè)線間原邊繞組和與之緊耦合的兩個(gè)副邊繞組，其輸入電壓為三相電網(wǎng)的線電壓(例如380)。其輸出電壓由兩個(gè)副邊繞組串聯(lián)提供，故該單相變壓器副邊輸出的是一個(gè)由A、B兩相疊加而成的正弦電壓(設(shè)其原邊接A、B兩相)。另一個(gè)單相變壓器是相間原邊繞組和與之緊耦合的一個(gè)副邊繞組，其輸入電壓是三相電網(wǎng)的相電壓(例如220伏)。故第一個(gè)單相變壓器的原邊總匝數(shù)較多(兩個(gè)線間繞組匝數(shù)之和)，后一單相變壓器的原邊總匝數(shù)較少(相間原邊繞組的匝數(shù))。為保證三相功率大致相等，與相間繞組緊耦合的副邊繞組的匝數(shù)也較多，是其他副邊繞組的1.3倍。這是按照各副邊繞組輸出電壓相等的原則，根據(jù)變比計(jì)算得來(lái)的。
盡管實(shí)測(cè)結(jié)果證明這種變壓器從三相電網(wǎng)的每一相吸取的電流或功率大致相等，但是，它還是存在以下問(wèn)題首先，它的原邊不能采用正常的星形或三角形接法，不利于靈活運(yùn)用電源電壓。
其次，也是最主要的是，其原邊必須接零線，并且零線電流等于一相的電流，此不能做到嚴(yán)格意義上的三相平衡，這對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的好處是有限的。
本發(fā)明的任務(wù)在于克服上述缺點(diǎn)而提出一種新的三相輸入單相輸出變壓器，其原邊不必須接電網(wǎng)零線也能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格意義上的三相平衡用電。
本發(fā)明采用兩個(gè)串聯(lián)在一起的匝數(shù)相等的反相繞組，分別與兩個(gè)正相繞組，在日形鐵芯兩側(cè)芯柱上進(jìn)行磁通向量合成。然后再將它們?cè)谥虚g芯柱上進(jìn)行磁通向量合成，從而使中間芯柱上的副邊繞組感生出單相正弦波電勢(shì)。也可把兩個(gè)匝數(shù)相等的串聯(lián)副邊繞組與原邊繞組緊密的藕荷在一起，進(jìn)行電勢(shì)合成，同樣獲得單相正弦波電勢(shì)。因而實(shí)現(xiàn)了上述任務(wù)。
眾所周知，三相交流電相互相位差180℃，因此其中任意兩相的矢量和均與第三相絕對(duì)相等相位相反。將第三相倒相后與之相疊加，將產(chǎn)生一個(gè)與第三相反相，數(shù)值2倍于第三相的正弦波。已有技術(shù)正是利用了副邊的電壓疊加實(shí)現(xiàn)了三相至單相的變換。
同理按

圖1所示，令矢量Z反向且分為兩個(gè)相位相同數(shù)值相等的矢量N1N2后再分別令N1與X矢量相加得矢量P，令N1與Y矢量相加得矢量K。計(jì)算證明矢量P和K在數(shù)值上是矢量X、Y的1.32287573倍，矢量P和K相位差81.79°。按圖2所示，令矢量P和K相加得矢量Q，計(jì)算證明矢量Q相位與矢量Z反相，數(shù)值上等于Z的2倍。本發(fā)明正是利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了三相至單相的轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明按照這種思想把反相繞組分為串聯(lián)相接的匝數(shù)相等的繞組，并分別與正相繞組，矢量合成，然后再進(jìn)行二次矢量合成。反相繞組匝數(shù)加倍的目的，是為了平衡因各繞組間的藕合而導(dǎo)致反相繞組實(shí)際感抗的減小，以便平衡三相電流和功率。這種匝數(shù)差異與已有技術(shù)的不同之處在于加在不同匝數(shù)的正相繞組和反相繞組上的電壓是一樣的。這也證明了三相繞組的電流和功率是基本平衡的。
本發(fā)明變壓器的變比為副邊繞組與正相繞組匝數(shù)之比。
本發(fā)明變壓器的設(shè)計(jì)方法與一般電力變壓器類(lèi)似。設(shè)計(jì)過(guò)程是先按照普通變壓器的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)二分之一同功率變壓器的鐵芯截面，再把鐵芯截面擴(kuò)大1.32倍后設(shè)計(jì)正相繞組匝數(shù)，每一反相繞組匝數(shù)等于正相繞組匝數(shù)。以后的設(shè)計(jì)基本同于普通變壓器。
另外值得一提的是，本發(fā)明副邊繞組可設(shè)計(jì)成一個(gè)繞組，這一點(diǎn)與已有技術(shù)的三個(gè)副邊繞組相比有很大優(yōu)越性。
本發(fā)明變壓器不同于已有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，原邊三繞組能夠以星形或三角形接法接入三相電網(wǎng)，可不接零線。在三相繞組上的電壓平衡均為220伏，因此可以說(shuō)是實(shí)現(xiàn)了較嚴(yán)格意義上的三相平衡。同時(shí)，各繞組間接線簡(jiǎn)單，允許使用最常用的口形或日形鐵芯，設(shè)計(jì)計(jì)算方便，故制作簡(jiǎn)單、易行。顯然本發(fā)明變壓器與已有技術(shù)一樣得到單相正弦波頻率同電網(wǎng)頻率、相位與反相繞組相反。
本發(fā)明所構(gòu)成的變壓器如下有一個(gè)不等截面的日形鐵芯、原邊繞組[A、B、C、D]和副邊繞組[E或E1、E2]。本發(fā)明的特征是(1)日形鐵芯中間芯柱截面是兩側(cè)任一芯柱的1.52至2倍。(2)原邊四個(gè)匝數(shù)相等的繞組中，有兩個(gè)正相繞組和兩個(gè)串聯(lián)相接的反相繞組。(3)兩側(cè)同截面芯柱上各繞制一個(gè)正相繞組和一個(gè)反相繞組。(4)副邊繞組可繞在粗截面芯柱上，此時(shí)漏磁較大。副邊繞組也可與兩組原邊繞組共繞在一起，但匝數(shù)要相等，此時(shí)，漏磁很小。(5)變壓器的變比為副邊組與正相繞組匝數(shù)之比。(6)日形鐵芯可換成等截面雙口鐵心。(7)原邊有三角形和星形兩種接法。
本發(fā)明包括9幅附圖。其中圖1和圖2是本發(fā)明的矢量合成原理示意圖。
圖3和圖4是采用日形鐵芯，原邊星形接法，副邊一個(gè)繞組的電路接線示意圖和繞組布置示意圖。圖中A、B兩繞組是正相繞組，C、D串聯(lián)相接的兩繞組為反相繞組E繞組為副邊繞組。
圖5和圖6是采用日形鐵芯，原邊三角形接法，副邊一個(gè)繞組的電路接線示意圖和繞組布置示意圖。各繞組作用同上。
圖7和圖8是采用日形鐵芯，原邊星形接法，副邊兩個(gè)繞組電路接線示意圖和繞組布置示意圖。原邊四繞組作用同上，只是將副邊E繞組分為兩個(gè)匝數(shù)相等的繞組[E1E2]并將兩副邊繞組串聯(lián)相接，利用電勢(shì)合成得到單相正弦波。在這要特別指出兩個(gè)問(wèn)題，其一，副邊繞組采用一個(gè)時(shí)，由于副邊繞組與原邊繞組分別繞制在非同一芯柱上，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了這種繞組布置形式漏磁通較大輸出特性軟，這種結(jié)構(gòu)適用于需要較大漏磁通的焊接變壓器。而當(dāng)采用兩個(gè)副邊繞組時(shí)，由于副邊繞組與原邊繞組耦合緊密，因而輸出特性硬，它適用電力變壓器。其二，顯然將圖8的原邊四繞組由星形接法改成三角形接法，也屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖9是采用雙口鐵芯時(shí)的繞組布置示意圖圖中A1A2B1B2繞組是原邊正相繞組C1C2D1D2是原邊串聯(lián)相接反相繞組E1-1、E1-2、和E2-1、E2-2是四個(gè)同匝數(shù)的副邊繞組。同前所述，采用雙口鐵芯時(shí)，也有原邊星形接法或三角形接法，副邊與原邊緊密耦合和副邊與原邊不繞在同一芯柱上的九種繞組布置接線方法。
采用圖9所示方法進(jìn)行繞組布置時(shí)是一種耦合最為緊密的結(jié)構(gòu)形式。
這里要特別指出當(dāng)采用多副邊繞組形式時(shí)，可有串聯(lián)相接和并聯(lián)相接兩種形式。
圖3和圖4的實(shí)施例是一種采用本發(fā)明原理的焊接變壓器、在其輸出端串聯(lián)電抗器后就可成為一臺(tái)分體式弧焊變壓器。
當(dāng)然，采用本發(fā)明原理，采用初次級(jí)繞組緊密耦合的結(jié)構(gòu)形式，做成三相變單相的電力變壓器也是簡(jiǎn)單易行的。
權(quán)利要求
1.一種三相輸入單相輸出的變壓器，有一個(gè)鐵芯，原邊正相繞組[A、B]原邊反相串連相接繞組[C、D]和副邊繞組[E]。本發(fā)明的特征是原邊四個(gè)繞組匝數(shù)相等，兩個(gè)反相繞組串連相接，且兩個(gè)反相繞組，要分別與兩個(gè)正相繞組組合后再分別繞制在兩個(gè)截面相等的芯柱上，副邊繞組的感生電勢(shì)的矢量和與原邊正相繞組的電壓比是副邊繞組與原邊正相繞組的匝數(shù)比。
2.如權(quán)力要求1所述變壓器，其特征是采用日形鐵芯時(shí)，原邊三角形或星形接法，鐵芯兩側(cè)同截面的芯柱上，各繞制一個(gè)正相繞組和一個(gè)反相繞組。鐵芯中間芯柱是兩側(cè)任一芯柱的1.51至2倍。一個(gè)副邊繞組繞制在中間芯柱上，或兩個(gè)副邊繞組分別繞制在兩側(cè)芯柱上，兩副邊繞組串聯(lián)或并聯(lián)。
3.如權(quán)力要求1所述變壓器，其特征是采用等截面雙口形鐵芯時(shí)，每個(gè)口形鐵芯上，繞制一個(gè)正相繞組和一個(gè)反相繞組原邊三角形或星形接法，兩個(gè)口形鐵芯上的副邊繞組或串聯(lián)或并聯(lián)。
4.如權(quán)力要求1、2、3所述之變壓器，其特征是副邊可動(dòng)的動(dòng)圈漏磁式變壓器或動(dòng)鐵分磁式變壓器。
全文摘要
本發(fā)明提出繞組倒相的三相變單相變壓器。它有一個(gè)不等截面的日行鐵芯，四個(gè)匝數(shù)相等的原邊繞組和一個(gè)或兩個(gè)副邊繞組。四個(gè)原邊繞組中兩個(gè)為正相繞組，兩個(gè)為串連相接的反相繞組。鐵芯兩側(cè)同截面的芯柱上，分別繞制一個(gè)正相繞組和一個(gè)反相繞組。采用一個(gè)副邊繞組時(shí)，副邊繞組繞在截面等于兩側(cè)任一芯柱截面1.52至2倍的中間芯柱上。采用兩個(gè)副邊繞組時(shí)，分別將匝數(shù)相等的兩個(gè)副邊繞組繞在兩側(cè)芯柱上。這種變壓器原邊有三角和星形兩種接法，不必須接電網(wǎng)零線，可實(shí)現(xiàn)三相平衡用電。
文檔編號(hào)H01F27/28GK1041846SQ8910874
公開(kāi)日1990年5月2日 申請(qǐng)日期1989年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月27日
發(fā)明者李智慧 申請(qǐng)人:李智慧