一种配电变压器的制作方法

本实用新型涉及有载调压技术领域，特别是涉及一种配电变压器。

背景技术：

随着用电负荷的不断增加，电网电压波动幅度变大，机械式有载调压开关暴露出了许多诸如低切换速率、易故障、维护成本高等缺点，已经无法达到用户对用电电压的要求，这促使了有载调压开关的不断改进。起初只是对传统机械式有载调压开关的结构进行优化，增加其灭弧能力，后来出现了混合式有载调压开关和全电子式有载调压开关。其中，全电子式有载调压开关以其结构简单，切换速度快且无电弧，易于控制等优点备受国内外业界人士青睐。

现阶段的全电子式有载调压开关主要基于晶闸管，但是由于晶闸管的开断响应时间慢，且为半控型器件，须配置幅值开关器件等组成的强迫换流电路，从而存在体积大、成本高、开通损耗大、散热困难和难以快速调压等问题。

因此，如何提供一种能够解决上述技术问题的配电变压器是本领域技术人员目前需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种配电变压器，采用IGBT作为有载调压开关器件，能够提高开关动作速度，减小配电变压器的体积，减小开通损耗，提高散热性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种配电变压器，所述配电变压器一次侧的三相电路采用星形连接方式，每相电路包括串联的奇数个调压绕组，每个所述调压绕组的一端设置有抽头；

每个所述抽头与所述三相电路的中性点之间串接有电力电子开关；

所述电力电子开关包括第一IGBT以及桥式电路，所述桥式电路包括四个二极管，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极连接后与所述抽头相连，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极连接后与所述中性点相连；所述第一IGBT的集电极分别与所述第一二极管的阴极以及所述第三二极管的阴极连接，所述第一IGBT的发射极分别与所述第二二极管的阳极以及所述第四二极管的阳极连接；

所述配电变压器的二次侧线圈与控制器相连，所述控制器分别与各个所述第一IGBT的栅极相连。

优选地，还包括：

与任意一个所述抽头处的第一IGBT并联的过渡支路，所述过渡支路包括相互串联的第二IGBT以及限流电阻；所述第二IGBT的集电极与并联的第一IGBT的集电极相连，所述第二IGBT的发射极与所述限流电阻的第一端相连，所述限流电阻的第二端与所述并联的第一IGBT的发射极相连。

优选地，还包括：

与任意一个所述抽头处的第一IGBT并联的过渡支路，所述过渡支路包括相互串联的第二IGBT以及限流电阻；所述限流电阻的第一端与并联的第一IGBT的集电极相连，所述限流电阻的第二端与所述第二IGBT的集电极相连，所述第二IGBT的发射极与所述并联的第一IGBT的发射极相连。

优选地，所述过渡支路与位于中间位置的抽头对应的第一IGBT并接。

优选地，还包括：

分别与各个所述第一IGBT并联的若干个缓冲电路，每个所述缓冲电路包括缓冲电阻、缓冲二极管以及缓冲电容；所述缓冲电容的一端与对应的第一IGBT的集电极相连，所述缓冲电容的另一端与所述缓冲二极管的阳极相连，所述缓冲电阻与所述缓冲二极管并联，所述缓冲二极管的阴极与对应的第一IGBT的发射极相连。

优选地，还包括：

分别与各个所述第一IGBT并联的若干个缓冲电路，每个所述缓冲电路包括缓冲电阻、缓冲二极管以及缓冲电容；所述缓冲电阻与所述缓冲二极管并联，所述缓冲二极管的阳极与对应的第一IGBT的集电极相连，所述缓冲二极管的阴极与所述缓冲电容的一端相连，所述缓冲电容的另一端与对应的第一IGBT的发射极相连。

优选地，所述三相电路中每相上包括3个或5个所述调压绕组。

优选地，所述控制器为单片机。

本实用新型提供了一种配电变压器，在每个抽头处连接电力电子开关，电力电子开关包括第一IGBT与桥式电路，各个第一IGBT的控制端与配电变压器二次侧的控制器相连，控制器通过触发相应抽头对应的第一IGBT导通，来达到调节配电变压器二次侧电压的目的。IGBT为全控型器件，具有开关速度快、驱动功率小和饱和压降低等优点，故将IGBT用于全电子有载调压开关，提高了开关动作速度，减小了配电变压器的体积，减小了开通损耗，散热性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种配电变压器的结构示意图；

图2为本实用新型提供的配电变压器中过渡支路工作时的流程图；

图3为本实用新型提供的配电变压器中过渡支路的等效电路图。

其中，图1中：

S1、S2、S4—第一IGBT，S3—过渡支路，Rx—限流电阻，C—缓冲电容，D—缓冲二极管，R—缓冲电阻。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种配电变压器，采用IGBT作为有载调压开关器件，能够提高开关动作速度，减小配电变压器的体积，减小开通损耗，提高散热性。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种配电变压器，参见图1所示，图1为本实用新型提供的一种配电变压器的结构示意图；配电变压器一次侧的三相电路采用星形连接方式，每相电路包括串联的奇数个调压绕组，每个调压绕组的一端设置有抽头；

每个抽头与三相电路的中性点之间串接有电力电子开关；

电力电子开关包括第一IGBT以及桥式电路，桥式电路包括四个二极管，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极连接后与抽头相连，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极连接后与中性点相连；第一IGBT的集电极分别与第一二极管的阴极以及第三二极管的阴极连接，第一IGBT的发射极分别与第二二极管的阳极以及第四二极管的阳极连接；

配电变压器的二次侧线圈与控制器相连，控制器分别与各个第一IGBT的栅极相连。

可以理解的是，若不设置桥式电路，在抽头与中性点之间直接串联第一IGBT的话，当第一IGBT上加有反向电压(集电极为负，发射极为正)时，由于第一IGBT中二极管的设置方向，故第一IGBT也会导通，即第一IGBT在加有双向电压时均可导通，这样会影响第一IGBT的性能，容易损坏第一IGBT。而设置桥式电路后，由于二极管的单向导通性能，能够保证附加在第一IGBT上的电压均为正向电压(集电极为正，发射极为负)，并且该桥式电路能够保证抽头与中性点之间双向导通(即电流能够从抽头流向中性点，也能够从中性点流向抽头)，故保证了第一IGBT能够工作与交流环境下，并且能够双向耐受电压。

作为优选地，该配电变压器还包括：

与任意一个抽头处的第一IGBT并联的过渡支路，过渡支路包括相互串联的第二IGBT以及限流电阻；第二IGBT的集电极与并联的第一IGBT的集电极相连，第二IGBT的发射极与限流电阻的第一端相连，限流电阻的第二端与并联的第一IGBT的发射极相连。

作为优选地，在另一种实施例中，该配电变压器还包括：

与任意一个抽头处的第一IGBT并联的过渡支路，过渡支路包括相互串联的第二IGBT以及限流电阻；限流电阻的第一端与并联的第一IGBT的集电极相连，限流电阻的第二端与第二IGBT的集电极相连，第二IGBT的发射极与并联的第一IGBT的发射极相连。

其中，具体采用以上哪种实施方式可根据实际情况决定。

可以理解的是，配电变压器内正常情况下只有一个电力电子开关处于导通状态，当想要更换处于导通状态的电力电子开关时，理想情况时在同一时刻关断当前的电力电子开关并导通待导通的电力电子开关，但是，由于IGBT动作时间不完全一致，通常会出现两个电力电子开关都关断或两个电力电子开关都导通的情况，当两个电力电子开关都关断时会导致调压时负载电流中断，故为保证配电变压器抽头切换时负载电流的连续性，切换过程中要保证至少有一个电力电子开关处于导通状态，但是，若两个电力电子开关都导通，会在两个电力电子开关之间形成环流。

当增加过渡支路后，进行抽头切换时，先导通过渡支路中的第二IGBT，再关断需关断的电力电子开关，然后导通需导通的电力电子开关，最后关断第二IGBT，抽头切换完成。这个过程中，由于会出现过渡支路与第一IGBT同时导通的情况，故会出现两次环流，但由于过渡支路中设置于限流电阻，故会对产生的环流进行限制，尽可能减小环流的影响。

进一步可知，参见图3所示，图3为本实用新型提供的配电变压器中过渡支路的等效电路图。其中，U为过渡支路中的电动势，R和L为调压绕组的等效电阻和漏电感，Rx为限流电阻，由基尔霍夫电压定律可得：

进而得到过渡支路的电流最终表达式为：

过渡支路中电流的大小与支路总电阻(R+RX)以及电感L有关，Rx的串入加快了支路电流暂态分量的衰减，同时还降低了稳态分量的幅值，本发明不限定限流电阻的阻值，可根据上述表达式确定所需要的限流电阻的大小。

作为优选地，过渡支路与位于中间位置的抽头对应的第一IGBT并接。

可以理解的是，抽头数量为奇数个，以图1为例，图1中每相上包括有3个抽头，此时将过渡支路与第二个抽头上的第一IGBT并接。需要注意的是，当抽头1对应的电力电子开关导通时，调整电压为95％，当抽头2对应的电力电子开关导通时，调压程度为100％，即此时处于未调压状态，当抽头3对应的电力电子开关导通时，调压程度为105％。可见，当过渡支路接于第二个抽头时，不论当前是S1导通还是S3导通，过渡支路与当前导通的第一IGBT形成的回路中仅会接入一个调压绕组，即回路中的电压较低，形成的环流较小。若将过渡支路接于第一个(或第三个抽头)，则当S3(或S1)导通时，过渡支路与当前导通的第一IGBT形成的回路中会接入两个调压绕组，回路中的电压较高，形成的环流较大。故优选将过渡支路接于中间位置的抽头上。

其中，三相电路中每相上包括3个或5个调压绕组。当然，本发明不限定调压绕组的具体个数。

另外，第二IGBT的控制端也与控制器相连。

参见图2所示，图2为本实用新型提供的配电变压器中过渡支路工作时的流程图。

步骤s101：判断U2是否小于1.05U2N且大于0.95U2N，若是，重复步骤s101；否则，进入步骤s102；其中，U2N为配电变压器二次侧的额定电压，U2为控制器检测到的配电变压器二次侧的实际电压。

步骤s102：判断U2是否小于0.95U2N，若是，进入步骤s103；否则，进入步骤s107；

步骤s103：判断S1是否导通，若是，返回步骤s101；否则，对配电变压器一次侧电压进行过零检测，若未经过零位，触发S3；

步骤s104：判断S4是否导通，若是，进入步骤s105；否则，进入步骤s106；

步骤s105：关断S4，触发S1或S2导通；进入步骤s111；

步骤s106：关断S2，触发S1或S4导通；进入步骤s111；

步骤s107：判断S4是否导通，若是，返回步骤s101；否则，对配电变压器一次侧电压进行过零检测，若未经过零位，触发S3；

步骤s108：判断S1是否导通，若是，进入步骤s109；否则，进入步骤s110；

步骤s109：关断S1，触发S2或S4导通；进入步骤s111；

步骤s110：关断S2，触发S1或S4导通；进入步骤s111；

步骤s111：关断S3，并返回步骤s101。

当然，以上仅为优选方案，过渡支路的具体工作流程可视具体情况而定，本发明对此不作限定。

作为优选地，该配电变压器还包括：

分别与各个第一IGBT并联的若干个缓冲电路，每个缓冲电路包括缓冲电阻、缓冲二极管以及缓冲电容；缓冲电容的一端与对应的第一IGBT的集电极相连，缓冲电容的另一端与缓冲二极管的阳极相连，缓冲电阻与缓冲二极管并联，缓冲二极管的阴极与对应的第一IGBT的发射极相连。

作为优选地，在另一种实施例中，该配电变压器还包括：

分别与各个第一IGBT并联的若干个缓冲电路，每个缓冲电路包括缓冲电阻、缓冲二极管以及缓冲电容；缓冲电阻与缓冲二极管并联，缓冲二极管的阳极与对应的第一IGBT的集电极相连，缓冲二极管的阴极与缓冲电容的一端相连，缓冲电容的另一端与对应的第一IGBT的发射极相连。

其中，具体采用以上哪种实施方式可根据实际情况决定。

可以理解的是，当第一IGBT迅速关断时，会产生较大的冲击电压，该电压可能会击穿第一IGBT或者使其误导通。为限制关断第一IGBT时上产生的冲击电压，确保第一IGBT不被击穿，可以在第一IGBT的两端并联缓冲电路。为了保证缓冲电路的可靠性，在第一IGBT关断时，缓冲电容需要能够吸收掉储存在调压绕组中的能量，从而减小调压绕组上产生的冲击电压，并在第一IGBT导通期间完全释放掉缓冲电容上的储能。

其中，缓冲电容的关系式为：

缓冲电阻的关系式为：

其中，L为电路电感，I为IGBT关断时流过IGBT的电流，ΔU为调压绕组产生的过电压，t₀为IGBT导通时间，U_max为缓冲电容两端的电压最大值，P为缓冲电阻功率。

具体的，缓冲二极管应选择正向电压低，反向恢复时间短、反向恢复特性较软的快速恢复二极管，其额定电压容量与第一IGBT相当，额定电流要求不小于第一IGBT额定电流的1/10。

另外，本发明中假设配电变压器的一次侧的额定电流有效值为I_N，额定电压有效值为U_N，配电变压器调压范围为±5％，抽头间的最高电压为10％的峰值电压，即U_N＝kU_M。考虑到k＝1.5的裕度值，第一IGBT的额定电压取为1.5U_M。第一IGBT的电流最大值取额定电流峰值的3倍，即考虑到配电变压器二次侧短路引起的过电流，设110kV母线为无穷大系统，计算得到的配电变压器一次侧的短路电流峰值为I_D，所以第一IGBT的额定电流取为max{I_D,I_M}。由于未导通的二极管与第一IGBT反向并联，而导通的二极管与第一IGBT串联，那么桥式电路中的二极管额定电流应取为max{I_D,I_M}，最大反向工作电压取为1.5U_M。

其中，本发明中的控制器为单片机。当然，也可以采用其他控制装置，本发明对此不作限定。

本实用新型提供了一种配电变压器，在每个抽头处连接电力电子开关，电力电子开关包括第一IGBT与桥式电路，各个第一IGBT的控制端与配电变压器二次侧的控制器相连，控制器通过触发相应抽头对应的第一IGBT导通，来达到调节配电变压器二次侧电压的目的。IGBT为全控型器件，具有开关速度快、驱动功率小和饱和压降低等优点，故将IGBT用于全电子有载调压开关，提高了开关动作速度，减小了配电变压器的体积，减小了开通损耗，散热性好。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。