专利名称：一种连续可控变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统送变电技术领域和工业电器领域，特别涉及一种连续可控变压器。
背景技术：
电力变压器的变比大部分是固定的，电力变压器一旦制造完成，电力变压器一次线圈匝数和二次线圈匝数就确定了，电力变压器的变比就确定了。电力系统希望有调整电压的手段。通过调整无功功率可以调整电压，但是，控制设备复杂，使用不方便，调节范围较小。电镀企业、炼钢厂及工业电器领域需要较大范围与较大功率的电压与电流调节设备。
通过变压器调整电力系统电压最直接。但是，变压器在运行中要改变线圈的匝数， 需要技术含量很高的有载调节开关。发明专利号为2008100551634“采用电抗式有载分接开关的高压线圈角接得有载调压变压器”和发明专利号为2008101381541的“多档干式调压变压器”提出了两种有载调压变压器。提出的各种有载调压变压器各具特色，但是，这些有载调压变压器都是利用机械开关原理，切换变压器线圈的抽头，改变线圈的匝数来调节电压。这种调压方式不能对电压连续调节，反应速度慢。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种晶闸管控制的，调节范围较大，反应速度快，电压连续可调，内电抗较小，输出电压的变化受负载电流的变化影响较小的连续可控变压器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种连续可控变压器，它包括 一个连续可控变压器铁芯，铁芯包括5根十字形排列的柱子，其中一个中心柱，四个边柱，5根柱子间相互平行；5根柱子通过十字形横梁构成磁通回路；边柱I、边柱II、边柱III、边柱IV截面积相等，边柱I、边柱II面积之和等于中心柱截面积，边柱III、边柱IV 截面积之和等于中心柱截面积；中心柱子设有交流线圈Li，交流线圈L2 ；边柱I设有交流线圈L3、直流线圈L5 ；边柱II设有线圈交流L4、直流线圈L6 ；边柱III设有直流线圈L7 ； 边柱IV设有直流线圈L8 ；交流线圈L2的两个端子为连续可控变压器交流输出端子； 直流线圈L5的同名端与直流线圈L6的同名端连接，直流线圈L5的异名端与直流线圈L6的异名端分别为直流电流输入端子I和直流电流输入端子II ；直流线圈L7的同名端与直流线圈L8的同名端连接，直流线圈L7的异名端与直流线圈L8的异名端分别为直流电流输入端子III和直流电流输入端子IV ； 交流控制电源I经反向并联的一对晶闸管D5、晶闸管D6连接到第一全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出端连接直流电流输入端子I和直流电流输入端子II，并形成闭合回路，晶闸管D5、晶闸管D6与相应的控制电路I连接；交流控制电源II经反向并联的另一对晶闸管D11、晶闸管D12连接到第二全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出端连接直流电流输入端子III和直流电流输入端子IV，并形成闭合回路，晶闸管D11、晶闸管 D12与相应的控制电路II连接。
所述交流线圈Ll的同名端为连续可控变压器输入端子I ；交流线圈Ll的异名端与交流线圈L3的同名端连接，交流线圈L3的异名端与交流线圈L4的同名端连接，交流线圈L4的异名端为交流电源的连续可控变压器输入端子II。
所述交流线圈L3与交流线圈L4的匝数相等，直流线圈L5与直流线圈L6的匝数相等；直流线圈L7与直流线圈L8的匝数相等；交流线圈Ll的匝数应满足在交流线圈L两端加额定电压时，中心柱铁芯不饱和。
所述直流线圈L5与直流线圈L6产生的直流磁通只在边柱I与边柱II之间的闭合磁通回路流通，不会流到中心柱与其他边柱的铁芯；直流线圈L7与直流线圈L8产生的直流磁通只在边柱III与边柱IV之间的闭合磁通回路流通，不会流到中心柱与其他边柱的铁
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心。
所述控制电路I的两个输出分别连接反向并联的晶闸管D5与晶闸管D6的触发端，控制电路I连续控制晶闸管D5与晶闸管D6的导通量，从而连续控制直流线圈L5和直流线圈L6直流电流的大小； 所述控制电路II的两个输出分别连接反向并联的晶闸管Dll与晶闸管D12的触发端，控制电路II连续控制晶闸管Dll与晶闸管D12的导通量，从而连续控制直流线圈L7 和直流线圈L8直流电流的大小。
所述第一全桥整流电路的输出端并联电容Cl和过压保护电路I ；所述第二全桥整流电路输出端并联电容C2和过压保护电路II。
本发明的有益效果是连续可控变压器输出电压调节范围较大，反应速度快，电压连续可调。连续可控变压器内电抗较小，输出电压的变化受负载电流的变化影响较小。
图1表示连续可控变压器的一种拓扑结构与连接方式； 图2a为一种连续可控变压器的主体铁芯的正视图； 图2b为一种连续可控变压器的主体铁芯的侧视图； 图2c为一种连续可控变压器的主体铁芯的俯视图； 图3a为另一种连续可控变压器的主体铁芯的正视图； 图3b为另一种连续可控变压器的主体铁芯的侧视图； 图3c为另一种连续可控变压器的主体铁芯的俯视图； 其中，1.连续可控变压器输入端子I，2.连续可控变压器输入端子II，3.连续可控变压器输出端子I，4.连续可控变压器输出端子II，5.直流电流输入端子I 6.直流电流输入端子II，7.直流电流输入端子ΙΙΙ，8.直流电流输入端子IV，9.连续可控变压器铁芯， 10.过压保护电路I，11.交流控制电源I，12.控制电路I，13.过压保护电路II，14.交流控制电源II，15.控制电路II。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
实施例1 —种连续可控变压器的拓扑结构与连接方式如图1所示。图2a为连续可控变压器的主体铁芯的正视图；图2b为连续可控变压器的主体铁芯的侧视图；图2c为连续可控变压器的主体铁芯的俯视图。连续可控变压器铁芯有5根柱子，一根中心柱，四根边柱，5 根柱子间相互平行，呈十字型排列；5根柱子两头有十字形横梁构成磁通回路，边柱I、中心柱、边柱II的横梁在一个条直线上，边柱III、中心柱、边柱IV的横梁在另一个条直线上，两条直线在中心柱轴心相互垂直；边柱I、边柱II分别在中心柱两侧，并以中心柱两侧对称； 边柱III、边柱IV分别在中心柱另两侧，并以中心柱两侧对称；边柱I、边柱II、边柱III、边柱IV截面积相等，边柱I、边柱II截面积之和等于中心柱截面积，边柱III、边柱IV截面积之和等于中心柱截面积(即各边柱面积为中心柱面积一半)；中心柱子有交流线圈Li，交流线圈L2，边柱I有交流线圈L3、直流线圈L5，边柱II有线圈交流L4、直流线圈L6，边柱III 有直流线圈L7，边柱IV有直流线圈L8 ；交流线圈L2的两个端子为连续可控变压器输出端子13和连续可控变压器输出端子114。
所述交流线圈Ll的同名端为交流电源的一个连续可控变压器输入端子Il ；交流线圈Ll的异名端与交流线圈L3的同名端连接，交流线圈L3的异名端与交流线圈L4的同名端连接，交流线圈L4的异名端为交流电源的另一个连续可控变压器输入端子112。交流线圈Ll的匝数应满足在交流线圈Ll两端加额定电压时，中心柱铁芯不饱和。
直流线圈L5的同名端与直流线圈L6的同名端连接，直流线圈L5的异名端与直流线圈L6的异名端分别为直流电流输入端子15和直流电流输入端子116 ；直流线圈L7的同名端与直流线圈L8的同名端连接，直流线圈L7的异名端与直流线圈L8的异名端分别为直流电流输入端子III7和直流电流输入端子IV8 ； 交流控制电源111经反向并联的一对晶闸管D5、晶闸管D6连接到第一全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出端连接直流电流输入端子15和直流电流输入端子116， 并形成闭合回路，晶闸管D5、晶闸管D6还与相应的控制电路112连接；交流控制电源1114 经反向并联的另一对晶闸管D11、D晶闸管12连接到第二全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出端连接直流电流输入端子III7和直流电流输入端子IV，并形成闭合回路，晶闸管 D11、晶闸管D12还与相应的控制电路II15连接 边柱I与边柱II对于中心柱对称，所以边柱I与边柱II的交流磁通相等，所述交流线圈L3与交流线圈L4的匝数相等，直流线圈L5与直流线圈L6的匝数相等；两个边柱的交流磁通在直流线圈L5与直流线圈L6产生的交流电压大小相等，方向相反。连续可控变压器直流线圈上的交流感应电动势不会对直流线圈L5与直流线圈L6直流回路产生影响。 当直流线圈L5与直流线圈L6流入直流电流时，所述直流线圈L5与直流线圈L6产生的直流磁通只在边柱I与边柱II之间的闭合磁通回路流通，不会流到中心柱和其他边柱中。
边柱III与边柱IV对于中心柱对称，所以边柱III与边柱IV的交流磁通相等，直流线圈L7与直流线圈L8的匝数相等；两个边柱的交流磁通在直流线圈L7与直流线圈L8 产生的交流电压大小相等，方向相反。连续可控变压器直流线圈上的交流感应电动势不会对直流线圈L7与直流线圈L8直流回路产生影响。当直流线圈L7与直流线圈L8流入直流电流时，所述直流线圈L7与直流线圈L8产生的直流磁通只在边柱III与边柱IV之间的闭合磁通回路流通，不会流到中心柱与其他边柱的铁芯。
当连续可控变压器直流线圈L5与直流线圈L6电流为零，且直流线圈L7与直流线圈L8电流最大，边柱III与边柱IV深度饱和时，连续可控变压器输入的交流电压Un加在交流线圈Li、交流线圈L3、交流线圈L4上。励磁电流流过交流线圈Li、交流线圈L3与交流线圈L5。交流线圈Ll在中心柱产生的磁通，分别从边柱I与边柱II流回，不会流入边柱 III与边柱IV。各边柱的截面积为中心柱的一半，通等线圈匝数，交流电压减小一半。所述连续可控变压器铁芯中心柱子有线圈L2，交流线圈L2的两个端子为连续可控变压器交流输出端子。交流线圈L2的输出电压U = Un*N2/(N1+N3) = nUN ；其中连续可控变压器最小变比 η = Ν2/(Ν1+Ν3)。
如果直流线圈L5与直流线圈L6直流电流足够大，边柱I与边柱II深度饱和；直流线圈L7与直流线圈L8电流为零。连续可控变压器输入的交流电压Un加在交流线圈Li、 交流线圈L3、交流线圈L4上，励磁电流流过交流线圈Li、交流线圈L3与交流线圈L4。 由于连续可控变压器边柱I与边柱II深度饱和，交流线圈Ll在中心柱产生的磁通不从边柱I与边柱II流回，而是流入边柱III与边柱IV，从边柱III与边柱IV返回。由于连续可控变压器边柱I与边柱II深度饱和，交流线圈L3与交流线圈L4的交流磁通很小，交流线圈L3与交流线圈L4的交流电压很小，连续可控变压器输入的交流电压Un几乎全部加在交流线圈Ll上。所述连续可控变压器铁芯中心柱子有线圈L2，交流线圈L2的两个端子为连续可控变压器交流输出端子。交流线圈L2的输出电压U = Un*N2/N1 = mUN，其中连续可控变压器最大变比m = N2/N1。
交流控制电源111为电压源时，交流控制电源111串联一对反向并联的晶闸管D5 和晶间管D6后连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路的输入端，全桥整流电路的输出端连接直流电流输入端子15和直流电流输入端子116，形成闭合回路；如图1所示。
交流控制电源111为电流源时，交流控制电源111并联一对反向并联的晶闸管D5 和晶间管D6后连接由二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4构成的全桥整流电路的输入端，全桥整流电路的输出端连接直流电流输入端子15和直流电流输入端子116，形成闭合回路。
所述第一全桥整流电路的输出端并联电容Cl和过压保护电路I ；所述第二全桥整流电路输出端并联电容C2和过压保护电路II。可使直流电流更平稳，并吸收脉冲干扰电压，保护整流电路。
控制电路112，它的两个输出端分别连接两反向并联的晶闸管D5、晶闸管D6的触发端。晶闸管D5和晶闸管D6两端为工频电压；控制电路112可从0°至180°范围连续控制两晶闸管的导通量；晶闸管D5和晶闸管D6的触发角小时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量大；晶闸管D5和晶闸管D6的触发角大时，晶闸管D5和晶闸管D6的导通量小。控制电路 112连续控制晶闸管D5与晶闸管D6的导通量，可以连续控制直流线圈L5和直流线圈L6直流电流的大小。
同理，控制电路1114可以按照与上述方式完全相同的方式，通过控制晶闸管D11、 晶闸管D12的导通量，从而连续控制直流线圈L7和直流线圈L8直流电流的大小。
当控制电路112的触发晶闸管D5和晶闸管D6全关断，直流线圈L3与直流线圈L4 的直流电流为零；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯不饱和；当控制电路1115的触发晶闸管Dll和晶闸管D12全导通，直流线圈L7与直流线圈L8的直流电流为最大；直流线圈L7 与直流线圈L8所在铁芯深度饱和；交流线圈L2的输出电压为连续可控变压器最小值。
当控制电路112和控制电路1115逐步改变各晶闸管的触发角时，晶闸管D5和晶闸管D6逐步加大导通量，直流线圈L3与直流线圈L4中直流电流逐渐加大；晶闸管Dll和晶闸管D12逐步减小导通量，直流线圈L7与直流线圈L8中直流电流逐渐减小；交流线圈L2 的输出电压逐渐加大。
当控制电路112触发晶闸管D5和晶闸管D6全导通，直流线圈L3与直流线圈L4流过设计的最大直流电流；直流线圈L3与直流线圈L4所在铁芯深度饱和；当控制电路1115 的触发晶闸管Dll和晶闸管D12全关闭，直流线圈L7与直流线圈L8的直流电流为零；直流线圈L7与直流线圈L8所在铁芯不饱和；交流线圈Ll产生的交流磁通流到边柱I与边柱II 很少，全部流入边柱III与边柱IV。交流线圈L2的输出电压为连续可控变压器最大值。
连续可控变压器的输入端口与输出端口对调，也是可以使用的。
把交流线圈L2分为相等的两个线圈分别安装在边柱I与边柱II上，两个线圈可串联，也可并联；连续可控变压器也是可以使用的。
把交流线圈L2分为相等的两个线圈分别安装在边柱III与边柱IV上，两个线圈可串联，也可并联；连续可控变压器也是可以使用的。
为了方便连续可控变压器铁芯的制造，连续可控变压器铁芯也可采用图3所示结构。
实施例2 在本实施例中，有交流线圈Ll的匝数等于交流线圈L3的匝数。
当连续可控变压器直流线圈L5与直流线圈L6电流为零，且直流线圈L7与直流线圈L8电流也为零时。交流线圈L2的输出电压为零。
当连续可控变压器直流线圈L5与直流线圈L6电流为零，且直流线圈L7与直流线圈L8电流从零开始增大。交流线圈L2的输出电压从零增大至最大输出电压的一半。
当连续可控变压器直流线圈L5与直流线圈L6电流从最大逐渐降为零，且同时，直流线圈L5与直流线圈L6的电流在从零逐渐增至最大时，交流线圈L2的输出电压从最大输出电压的一半逐渐增大至最大输出电压。
连续可控变压器可实现柔性分合器功能，可实现短路电流限制器功能。
本发明可用现有技术设计制造，完全可以实现。有广阔应用前景。
权利要求
1.一种连续可控变压器，其特征是，它包括一个连续可控变压器铁芯，铁芯包括5根十字形排列的柱子，其中一个中心柱，四个边柱，5根柱子间相互平行；5根柱子通过十字形横梁构成磁通回路；边柱I、边柱II、边柱 III、边柱IV截面积相等，边柱I、边柱II面积之和等于中心柱截面积，边柱III、边柱IV截面积之和等于中心柱截面积；中心柱子设有交流线圈Li，交流线圈L2 ；边柱I设有交流线圈L3、直流线圈L5 ；边柱II设有线圈交流L4、直流线圈L6 ；边柱III设有直流线圈L7 ；边柱IV设有直流线圈L8 ；交流线圈L2的两个端子为连续可控变压器交流输出端子；直流线圈L5的同名端与直流线圈L6的同名端连接，直流线圈L5的异名端与直流线圈 L6的异名端分别为直流电流输入端子I和直流电流输入端子II ；直流线圈L7的同名端与直流线圈L8的同名端连接，直流线圈L7的异名端与直流线圈L8的异名端分别为直流电流输入端子III和直流电流输入端子IV ；交流控制电源I经反向并联的一对晶闸管D5、晶闸管D6连接到第一全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出端连接直流电流输入端子I和直流电流输入端子II，并形成闭合回路，晶闸管D5、晶闸管D6与相应的控制电路I连接；交流控制电源II经反向并联的另一对晶间管D11、晶间管D12连接到第二全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出端连接直流电流输入端子III和直流电流输入端子IV，并形成闭合回路，晶闸管D11、晶闸管D12与相应的控制电路II连接。
2.如权利要求1所述的连续可控变压器，其特征是，所述交流线圈Ll的同名端为连续可控变压器输入端子I ；交流线圈Ll的异名端与交流线圈L3的同名端连接，交流线圈L3的异名端与交流线圈L4的同名端连接，交流线圈L4的异名端为交流电源的连续可控变压器输入端子II。
3.如权利要求1所述的连续可控变压器，其特征是，所述交流线圈L3与交流线圈L4的匝数相等，直流线圈L5与直流线圈L6的匝数相等；直流线圈L7与直流线圈L8的匝数相等；交流线圈Ll的匝数应满足在交流线圈Ll两端加额定电压时，中心柱铁芯不饱和。
4.如权利要求1所述的连续可控变压器，其特征是，所述直流线圈L5与直流线圈L6产生的直流磁通只在边柱I与边柱II之间的闭合磁通回路流通，不会流到中心柱与其他边柱的铁芯；直流线圈L7与直流线圈L8产生的直流磁通只在边柱III与边柱IV之间的闭合磁通回路流通，不会流到中心柱与其他边柱的铁芯。
5.如权利要求1所述的连续可控变压器，其特征是，所述控制电路I的两个输出分别连接反向并联的晶闸管D5与晶闸管D6的触发端，控制电路I连续控制晶闸管D5与晶闸管 D6的导通量，从而连续控制直流线圈L5和直流线圈L6直流电流的大小；所述控制电路II的两个输出分别连接反向并联的晶闸管Dll与晶闸管D12的触发端， 控制电路II连续控制晶闸管Dll与晶闸管D12的导通量，从而连续控制直流线圈L7和直流线圈L8直流电流的大小。
6.如权利要求1所述的连续可控变压器，其特征是，所述第一全桥整流电路的输出端并联电容Cl和过压保护电路I ；所述第二全桥整流电路输出端并联电容C2和过压保护电路II。
全文摘要
本发明公开了一种连续可控变压器。一个连续可控变压器铁芯，铁芯包括5根十字形排列的柱子，其中一个中心柱，四个边柱，5根柱子间相互平行；5根柱子通过十字形横梁构成磁通回路；中心柱子有交流线圈L1，交流线圈L2，边柱I有交流线圈L3、直流线圈L5，边柱II有线圈交流L4、直流线圈L6，边柱III有直流线圈L7，边柱IV有直流线圈L8；线圈L5的同名端与线圈L6的同名端连接；直流线圈L7的同名端与直流线圈L8的同名端连接，交流控制电源I经反向并联的一对晶闸管连接到第一全桥整流电路输入端；交流控制电源II经反向并联的另一对晶闸管连接到第二全桥整流电路输入端，该全桥整流电路输出连接端子III和端子IV。
文档编号H02P13/00GK102185553SQ20111008939
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者李晓明 申请人:山东大学