三绕组补偿型交流稳压装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种三绕组补偿型交流稳压装置，解决了现有的调压方式采用两组铁心并且有多分接抽头使其调压精度受局限的问题。在每相的一只补偿绕组与两只调节绕组共同套装在一个铁心柱上而成互为原、付边的绕组及磁路耦合条件下，用电容器与开关型的调压器共同构成包含自耦调压、补偿隔离技术在内的交流稳压电路而进行三相及双极性的电压调节；三个补偿绕组Wa1、Wb1、Wc1的电压值及极性随两组调节绕组而变，在Wa2、Wb2、Wc2三只调节绕组受D1-D6整流桥及T1管子控制，可使补偿绕组以升压形式改变输出电压；两只调节器是将三相交流电压经三相整流变成直流，再用T1或T2可关断电力电子器件及PWM方式进行直流电压的调节，本发明具有电压波形畸变小结构简单的优点。
【专利说明】三绕组补偿型交流稳压装置
【技术领域】
[0001]本发明属于交流稳定电源及变压器领域，特别涉及一种三绕组补偿型交流稳压装置。
【背景技术】
[0002]目前，市场上的三相电力稳压器属于大功率补偿型交流稳压电源，由三相调压器、补偿变压器、伺服电机及传动机构、采样检测与控制电路等部分组成。其补偿变压器的次级绕组串联在供电线路中，通过改变其初级绕组上电压的大小和极性，来改变补偿电压的大小和极性；三相调压器是三相柱式自耦变压器，借助于伺服电机带动碳刷沿圆筒式绕组的裸露部分上下滑动，从而调节输出电压的大小和极性。这种电压调节方式不仅结构复杂而且反应较慢，其两个电磁器件也必来带来损耗较大的问题。中国专利双曲折接线移相调压器(00235152.8)，采用两组三相铁芯、三个原边绕组和三个组合调压绕组，利用三个组合调压绕组的自耦作用使得原边绕组发生相位转移和数值变化，并使两两串联的副边绕组从负一零一正范围的电压变化，从而得到稳定的电压。这种调压方式仍然要用两组铁心，并且其三至十五个分接抽头使其调压精度有所局限。设法用一组三相铁心及绕组进行大功率及连续的调节，涉及到在自耦调压技术基础上对包括开关型交流稳压在内的多种交流调压技术进行组合的问题。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种仅用一组三相铁心同时进行电压调节与电压补偿，并用以一控三的调节器对星形接线绕组的三个中性端进行连续调节的三绕组补偿型交流稳压装置。
[0004]本发明的三绕组补偿型交流稳压装置的技术方案是:采用三相铁心，补偿绕组、调节绕组、电容器、调节器和检测控制器等器件构成，所述的三相补偿绕组Wal、Wbl、Wcl与三相两组调节绕组Wa2与Wa3、Wb2与Wb3、Wc2与Wc3套装在三相铁心的三个心柱上，并将每相的一只补偿绕组与两只调节绕组按照Wa2末端与Wal首端相联并引出A2端，Wa3首端与Wal末端相联并引出A3端，Wb2未端与Wbl首联相联并引出B2端，Wb3首端与Wbl末端相联并引出B3端，Wc2末端与Wcl首端相联并引出C2端，Wc3首端与Wcl未端相联并引出C3端，每相的三只绕组以相同的首端方向分别进行联接；三只(组)电容器C01、C02、C03依次联接于Wa2首端与Wb3末端、Wb2首端与Wc3末端；Wc2首端与Wa3末端。调节器分别用六只整流管联成三相整流桥，并在其直流两端以正极接正端方式联接一只可关断电力电子器件Tl或T2，其中D1-D6整流桥的三个输入端联接于Wa2、Wb2、Wc2三个绕组的首端，D7-D12整流桥的三个输入端联接于Wa3、Wb3、Wc3三个绕组的末端，分别用Tl或T2及其PWM方式进行电压调节。
[0005]进一步地，所述的调节绕组每相有相同匝数的两只绕组，补偿绕组与调节绕组的线圈匝数比为1:4-9 ;所述的电容器C01、C02、C03的额定电压值选择为调节绕组最大电压(有效值)的2倍值，电容器电流与调节绕组最大电流(有效值)选择为1-3:3的比例；所述的调节器的Tl与T2用IGBT (绝缘栅双极晶体管)或GTO (门极关断晶闸管)，并用频率为5-1OKHZ的三角形载波与直流电压比较而进行PWM控制(脉宽调制)。
[0006]本发明的工作原理是:在每相的一只补偿绕组与两只调节绕组共同套装在一个铁心柱上而成互为原，付边的绕组及磁路耦合条件下，再用电容器与开关型的调压器共同构成包含自耦调压、补偿隔离技术在内的交流稳压电路而进行三相及双极性的电压调节；三个补偿绕组Wal、Wb1、WcI的电压值及极性随两组调节绕组而变，在Wa3、Wb3、Wc3三只调节绕组受D7-D12整流桥及T2管子的控制，其绕组电压可从零至额定相电压之间变化，补偿绕组以降压形式改变输出电压，在Wa2、Wb2、Wc2三只调节绕组受D1-D6整流桥及Tl管子控制，可使补偿绕组以升压形式改变输出电压；两只调节器是将三相交流电压经三相整流变成直流，再用Tl或T2可关断电力电子器件及PWM方式进行直流电压的调节，其三角形载波频率为3-10KHZ、同直流电压量比较后形成各脉宽相等的控制信号，可随其导通脉冲宽度的逐渐增加，使得交流输入端的电压逐渐减少；两组三相调节绕组分别是中性端断开的三相星形接线，并在其三个中性端联接三相整流桥进行电压调节，例如在Wa2与Wb2两调节绕组首端相对其它绕组的电压量较大时，将形成Wa2-D5-Tl-D6-Wb2的通流回路，并随Tl管脉冲宽度的逐渐增大，其两个调节绕组首端的电压有效值逐渐减少，在Tl管子全导通时，两绕组首端的电压值为零，从而使调节绕组的电压有效值达到电源的相电压值；随A2、B2、C2三端交流电压的变化，三个调节绕组经Dl或D3或D5而至Tl管子，再经D2或D4或D6，依次以间隔η/3且通流2/3 π电角度的规律进行换流，并利用三相铁心柱对各相绕组的磁路耦合与电容器的滤波作用使各绕组形成幅值变化的正弦波电压；可关断器件Tl (Τ2)的PWM快速通断方式势必要造成谐波电压，并且在其没有设置反馈整流的条件下还要形成其难以关断的问题，与其配套的C01、C02、C03三只电力电容器既有对绕组中的感性能量进行内补偿，还有以其交叉联接方式对各绕组产生的谐波电压进行消除的功能，在某一时段的Tl(Τ2)管子瞬间关断时，流经绕组中的感性电流便经由所联的电容器形成通流回路，并以此感性与容性而种电磁能量的轮徊传递使其兼有调节无功功率(功率因数)的功能；在一个补偿绕组分别相接两只调节绕组，并用交叉方式联接电容器构成的组合接线，为整流后再用可关断器件对直流电压进行调节提供了可靠的换流条件，其电容器的电压有效值随调节器的控制在线电压至2倍相电压值的范围内变化；在每相的补偿绕组与两个调节绕组串联，三相绕组的中性端解开而联接于调节器的三相整流桥时，便形成了以一控三(六)的用一只可关断器件对三相绕组进行电压调节的条件，并用三只电容器能够形成第二条电流通路的特点，使得脉宽调制的Tl或Τ2管子能够快速地进行通一断，从面将三相绕组的电压调节简单化。
[0007]本发明较三相晶闸管调压技术具有电压波形畸变较小，较电刷滑动的补偿稳压技术具有结构简单与造价低的优点，并以其交一直的电压调节中同时进行无功补偿的特点有助于交流稳压的技术进步。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是三绕组补偿型交流稳压技术的主回路接线图。
【具体实施方式】[0009]实施例1
采用80KVA干式变压器的三相柱式铁心制作补偿与调节共用的调压器，其主要技术指标为:三相输入电压为304— 456V ;输出容量320KVA ;响应时间小于20ms ;波形失真度小于3%;损耗1% (平均值);功率因数提高0.1 (平均值)。其补偿绕组按44V设计，Wa2、Wb2、Wc2三只调节绕组(升压)176V设计，Wa3、Wb3、Wc3三只调节绕组(降压)按220V设计，三组绕组的设计容量相等。三只(组)电容器C01、C02、C03选用460-500V额定电压的单相电力电容器，三只电力电容器的额定容量为稳压器容量的15%—20 %。各绕组的套装顺序采用补偿绕组为内圈(靠近心柱)、调节绕组为中圈及外圈，依次将每相的三只筒式线圈套装在三个心柱上，其绕组设计，制作亦采用常规的技术规范。绕组的联接方式为:Wa2末端与Wal首端相联并引出A2端，Wa3首端与Wal末端相联并引出A3端，Wb2末端与Wbl首端相联并引出B2端，Wb3首端与Wbl末端相联并引出B3端，Wc2末端与Wcl首端相联并引出C2端，Wc3首端与Wcl末端相联并引出C3端，每相的三只绕组以相同的首端方向串联而成分别具有四个接线端的接线方式；三只(组)电容器C01、C02、C03依次联接于Wa2首端与Wb3末端、Wb2首端与Wc3末端、Wc2首端与Wa3末端的三对端子之间；调节器分别用六只整流管联成三相整流桥，并在其直流两端以正极接正端方式联接IGBT管子(绝缘栅双极晶体管)，其中Dl—D6整流桥的三个交流输入端联接于Wa2、Wb2、Wc2三个绕组的首端，D7 — D12整流桥的三个交流端联接于Wa3、Wb3、Wc3三个绕组的末端，并用PWM进行控制。
[0010]D1-D6及Tl构成的调节器在三相输入交流线电压有效值低于380V或设定输出值时进入工作，D7—D12及T2构成的调节器在高于设定输出值(380±1—5% V)时进入工作，两者不能同时工作。三只(组)电容器既使在两个调节器均未进入工作状况时也能分别经由调节绕组与补偿绕组构成的回路而具有接近于线电压数值的电压，例如COl电容器可经由A2—Wa2—CO I—Wb3—Wb I—B2构成通流回路；在调节的Tl或T2管子进入PWM工作时，其电容器电压的数值略有升高而接近于2倍相电压值，用其一方面对负载的感性功率进行平衡，还用其对PWM控制时产生的谐波电压进行滤波而使其为正弦波，也能利用其在六只整流管的交替换流中为调节绕组提供通流回路。
[0011]交替工作的Tl或T2的IGBT管子采用三角形的8KHZ的载波频率与JC采样检测器给出的控制信号进行比较，JC从A3、B3、C3、0四个输出端点采样，经整流滤波后与基准电压的上限和下限比较，输出控制信号，进而控制Tl或T2管，一直到稳压器输出接近额定值为止。
【权利要求】
1.一种三绕组补偿型交流稳压装置，包括三相铁心、补偿绕组、调节绕组、电容器、调节器和检测控制器，其特征在于:所述的三相补偿绕组Wal、Wbl、Wcl与三相两组调节绕组Wa2与Wa3、Wb2与Wb3、Wc2与Wc3套装在三相铁心的三个心柱上，并将每相的一只补偿绕组与两只调节绕组按照Wa2末端与Wal首端相联并引出A2端，Wa3首端与Wal末端相联并引出A3端，Wb2未端与Wbl首联相联并引出B2端，Wb3首端与Wbl末端相联并引出B3端，Wc2末端与Wcl首端相联并引出C2端，Wc3首端与Wcl未端相联并引出C3端，每相的三只绕组以相同的首端方向分别进行联接；三只(组)电容器C01、C02、C03依次联接于Wa2首端与Wb3末端、Wb2首端与Wc3末端；Wc2首端与Wa3末端，调节器分别用六只整流管联成三相整流桥，并在其直流两端以正极接正端方式联接一只可关断电力电子器件Tl或T2，其中D1-D6整流桥的三个输入端联接于Wa2、Wb2、Wc2三个绕组的首端，D7-D12整流桥的三个输入端联接于Wa3、Wb3、Wc3三个绕组的末端，分别用Tl或T2及其PWM方式进行电压调节。
2.根据权利要求1所述的一种三绕组补偿型交流稳压装置，其特征在于，所述的调节绕组每相有相同匝数的两只绕组，补偿绕组与调节绕组的线圈匝数比为1:4-9 ;所述的电容器C01、C02、C03的额定电压值选择为调节绕组最大电压的2倍值，电容器电流与调节绕组最大电流选择为1-3:3的比例；所述的调节器的Tl与T2用绝缘栅双极晶体管或门极关断晶闸管，并用频率为5-10KHZ的三角形载波与直流电压比较而进行脉宽调制控制。
【文档编号】G05F1/253GK103616912SQ201310593370
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月23日 优先权日:2013年11月23日
【发明者】刘涛, 刘建平, 郝朝虹 申请人:国家电网公司, 国网山西省电力公司忻州供电公司