一种隔离式三相变单相的变压器

摘要

本发明公开了一种隔离式三相变单相的变压器，包括初级组件和次级组件。初级组件包括初级环形铁芯和初级三相对称绕组，初级环形铁芯内侧沿轴向开槽，槽内嵌放初级三相对称绕组，初级三相对称绕组连接三相交流电源，初级组件内部形成初级空腔；次级组件包括次级铁芯和缠绕在次级铁芯上的次级绕组；次级组件位于初级空腔内，三相交流电源每相均衡的向初级三相对称绕组供电，并在初级空腔内形成旋转磁场，利用旋转磁场为媒介，均恒吸收并汇集电源三相能量，然后全部感应给次级绕组。并且在变压过程中实现了初级组件和次级组件之间的电隔离。隔离式三相变单相具有变相、变压、变频功能，使其具有广阔的应用前景。

权利要求

1.一种隔离式三相变单相的变压器，包括初级组件和次级组件，初级组件连接三相交流电源，次级组件连接负载，其特征在于：所述初级组件包括初级环形铁芯(1)和初级三相对称绕组(2)，初级环形铁芯(1)内侧沿轴向开槽，槽内嵌放初级三相对称绕组(2)，初级三相对称绕组(2)连接三相交流电源，初级组件内部形成初级空腔(6)；

所述次级组件包括次级铁芯(4)和缠绕在次级铁芯(4)上的次级绕组(3)；

所述次级组件位于初级空腔(6)内，三相交流电源的每相均衡向初级组件供电，并在初级空腔(6)内产生旋转磁场，受旋转磁场感应次级绕组(3)产生单相交流电，并向负载输出单相交流电；

所述次级铁芯(4)位于初级空腔(6)内，并且次级铁芯(4)与初级环形铁芯(1)之间留有间隙，间隙内均匀填充非磁性粘接材料(5)，非磁性粘接材料(5)将次级铁芯(4)和初级环形铁芯(1)相对固定；

所述次级绕组(3)感应所产生的单相交流电的频率由初级组件和次级组件的极对数决定，初级组件和次级组件的频率关系为：其中，p初级为初级组件的极对数，p次级为次级组件的极对数，f初级为三相交流电源的频率，f次级为单相交流电的频率；

所述初级环形铁芯(1)由环形硅钢片层叠构成，且环形硅钢片内圆开槽；所述次级铁芯(4)由凸极形状硅钢片叠压构成。

2.根据权利要求1所述的一种隔离式三相变单相的变压器，其特征在于：所述初级三相对称绕组间隔120°均匀嵌放在初级环形铁芯的槽内。

3.根据权利要求2所述的一种隔离式三相变单相的变压器，其特征在于：所述初级三相对称绕组为三角形连接或星形连接。

4.根据权利要求1所述的一种隔离式三相变单相的变压器，其特征在于：所述旋转磁场的转速为每分钟(60f初级/P初级)转，其中f初级为三相交流电源的频率，P初级为初级组件的极对数。

5.根据权利要求1所述的一种隔离式三相变单相的变压器，其特征在于：所述次级绕组(3)所产生的单相交流电的电压大小与次级绕组(3)的匝数成正比，改变次级绕组(3)的匝数，即改变单相交流电的电压。

6.根据权利要求1所述的一种隔离式三相变单相的变压器，其特征在于：所述初级组件连接成2极、4极或6极结构。

说明书

一种隔离式三相变单相的变压器

技术领域

[0001] 本发明涉及电力变压器领域，尤其是一种隔离式三相变单相的变压器。

背景技术

[0002] 现有技术中的三相变单相变压器有如下两类:

[0003] (一)交-直-交逆变类

[0004] 工作流程是，先将三相交流电整流变成直流电，再将直流电逆变成单相交流电。这种变换有如下缺点:①环节多、成本高、结构复杂；②效率不高；③输出波形不是完全正弦，有高次谐波；④故障率高。

[0005] (二)直接变换类，有如下几种：

[0006] (1)普通三相变压器变压，输出侧某一相首尾调换，相位移180°，然后三相串联实施单相供电；

[0007] (2)VI联接变压器；

[0008] (3)普通三相变压器变压，输出侧L-C移相装置配合单相负载连接变压器输出端，实施单相用电；

[0009] (4)T接变压器(Scott接法变压器)。

[0010] 前三种，存在输入端三相电流不均衡，输出端波形畸变，变换效率低，不适应负载变动等缺陷。T接变压器较前三种有较大改善，但该变压器输入最大一相电流是另外其中一相电流的2倍。现有技术中的三相变单相变压器，都没有真正解决三相电流严重不平衡的问题。

发明内容

[0011] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种隔离式三相变单相的变压器。本发明采用如下技术方案：

[0012] 一种隔离式三相变单相的变压器，包括初级组件和次级组件，初级组件连接三相交流电源，次级组件连接负载，所述初级组件包括初级环形铁芯和初级三相对称绕组，初级环形铁芯内侧沿轴向开槽，槽内嵌放初级三相对称绕组，初级三相对称绕组连接三相交流电源，初级组件内部形成初级空腔；

[0013] 所述次级组件包括次级铁芯和缠绕在次级铁芯上的次级绕组；

[0014] 所述次级组件位于初级空腔内，三相交流电源的每相均衡向初级组件供电，并在初级空腔内产生旋转磁场，旋转磁场感应次级绕组产生单相交流电，并向负载输出单相交流电。

[0015] 进一步地，所述次级铁芯位于初级空腔内，并且次级铁芯与初级环形铁芯之间留有间隙，间隙内均匀填充非磁性粘接材料，非磁性粘接材料将次级铁芯和初级环形铁芯相对固定。

[0016] 进一步地，所述初级三相对称绕组间隔120°均匀嵌放在初级环形铁芯的槽内。

[0017] 进一步地，所述初级三相对称绕组为三角形连接或星形连接。

[0018] 进一步地，所述旋转磁场的转速为每分钟(60f初级/P初级)转，其中f初级为三相交流电源的频率，P初级为初级组件的极对数。

[0019] 进一步地，所述次级绕组所产生的单相交流电的电压大小与次级绕组的匝数成正比，改变次级绕组的匝数，即改变单相交流电的电压。

[0020] 进一步地，所述初级组件连接成2极、4极或6极结构。

[0021] 进一步地，所述次级绕组感应所产生的单相交流电的频率由初级组件和次级组件的极对数决定，初级组件和次级组件的频率关系为：

[0022]

[0023] 其中，p初级为初级组件的极对数，p次级为次级组件的极对数，f初级为三相交流电源的频率，f次级为单相交流电的频率。

[0024] 更进一步地，所述初级环形铁芯由环形硅钢片层叠构成，且环形硅钢片内圆开槽；所述次级铁芯由凸极形状硅钢片叠压构成。

[0025] 采用如上技术方案取得的有益效果是：

[0026] 1、隔离式三相变单相的变压器的初级三相对称绕组连接三相交流电源，三相交流电源每相均衡的向初级三相对称绕组供电，并在初级空腔内形成旋转磁场，利用旋转磁场为媒介，均恒吸收并汇集电源三相能量，然后全部感应给次级绕组。并且在变压过程中实现了初级组件和次级组件之间的电隔离。

[0027] 2、次级铁芯和初级环形铁芯分体，不构成闭合磁路，次级铁芯和初级环形铁芯用非磁性粘接材料相对固定。

[0028] 3、隔离式三相变单相的变压器有如下功能：

[0029] 能改变电源相数，三相电源均恒输入，变单相输出；

[0030] 改变电压大小，改变次级绕组的匝数，即改变输出电压大小；

[0031] 改变电源频率，初次级组件的极对数P不同时，次级组件输出单相交流电频率与电源侧频率不同。

[0032] 变相、变压、变频功能使隔离式三相变单相的变压器具有广阔的应用前景。

附图说明

[0033] 图1为呈星形连接的初级三相对称绕组连接示意图；

[0034] 图2为初级组件断面示意图。

[0035] 图3为旋转磁场示意图。

[0036] 图4为次级组件结构示意图。

[0037] 图5为隔离式三相变单相的变压器结构示意图。

[0038] 图6为隔离式三相变单相的变压器工作原理示意图。

[0039] 图中，U、V、W表示三相交流电源，A、B、C和x、y、z分别表示初级三相对称绕组首端和尾端；

[0040] N表示磁场的N极，S表示磁场的S极，N和S是为形象的描述磁场方向而标注；

[0041] 1、初级环形铁芯；2、初级三相对称绕组；3、次级绕组；4、次级铁芯；5、非磁性粘接材料；6、初级空腔。

具体实施方式

[0042] 下面结合附图1至6对本发明的具体实施方式做进一步描述：

[0043] 隔离式三相变单相的变压器，包括初级组件和次级组件，初级组件与三相交流异步电动机定子相似，采用初级环形铁芯1，初级环形铁芯1由环形硅钢片层叠构成。初级环形铁芯内侧沿轴向开槽，槽内放置初级三相对称绕组2，初级三相对称绕组呈星形联接或三角形联接，具体接法根据绕组耐压和电源电压确定，初级三相对称绕组间隔120°(电角度)。初级组件与三相交流异步电动机定子相似，可做成2极、4极、6极等结构。三相对称绕组接通三相电源后在其空腔内形成旋转磁场，旋转磁场的转速为每分钟(60f初级/P初级)转，其中f初级为三相交流电源的频率，P初级为初级组件的极对数。

[0044] 次级组件与同步交流发电机转子相仿，但次级组件不需用转轴、轴承、集电环和电刷等装置。次级组件包括次级铁芯4和缠绕在次级铁芯4上的次级绕组3。次级铁芯4由凸极形状硅钢片叠压构成。次级组件放入初级空腔内。与电动机和发电机不同的是，次级组件放入初级空腔后其位置相对初级组件固定。

[0045] 隔离式三相变单相的变压器综合应用了三相异步电动机和外转子交流发电机原理，次级组件放入初级组件空腔内，并且次级铁芯与初级环形铁芯之间留有间隙，间隙内填充非磁性粘接材料5，非磁性粘接材料5将次级铁芯和初级环形铁芯相对固定。次级铁芯和初级环形铁芯分体，不构成闭合磁路。

[0046] 初级三相对称绕组每相结构完全相同，电参数完全相同，分别连接U、V、W三相电源，Za、Zb、Zc表示三相对称绕组的各绕组阻抗，则各绕组总阻抗为

[0047] Za＝Zb＝Zc

[0048] 接通三相电源时，若星形接法，每相绕组两端均承受电源相电压；若三角形接法，每相绕组两端均承受电源线电压。无论怎样与电源连接，各绕组端电压相同。Uax、Uby、Ucz表示三相对称绕组的各绕组端电压，

[0049] 即Uax＝Uby＝Ucz

[0050] 则初级组件每相绕组电流以ia、ib、ic表示，即

[0051] ia＝Uax/Za ib＝Uby/Zb ic＝Ucz/Zc

[0052] 显然ia＝ib＝ic

[0053] 那么，每相吸收电源功率，以Pa、Pb、Pc表示，即Pa＝Pb＝Pc。

[0054] 当初级组件通电后，三相电源每相均衡向初级绕组供电，和三相异步电动机相似，定子空腔内即形成旋转磁场，固定在初级空腔6内的次级组件，以每分钟(60f初级/P初级)转的速度切割旋转磁场磁力线，次级绕组中即感应出单相交流电，工作过程相当于永磁外转子交流发电机，输出电压、电流波形与输入侧每相波形相同，初级组件和次级组件极对数相同时输出交流电频率也与输入侧频率相同，输出电压高低由次级绕组匝数决定。

[0055] 次级绕组感应所产生的单相交流电的电压大小与次级绕组的匝数成正比，改变次级绕组的匝数，即改变单相交流电的电压。

[0056] 级绕组感应所产生的单相交流电的频率由初级组件和次级组件的极对数决定，初级组件和次级组件的频率关系为：

[0057]

[0058] 其中，p初级为初级组件的极对数，p次级为次级组件的极对数，f初级为三相交流电源的频率，f次级为单相交流电的频率。

[0059] 隔离式三相变单相的变压器实现了三相交流电变单相交流电的目的，解决了较大功率单相负载均衡使用三相电源的难题，初级组件各种参数完全对称，从电网均恒吸收电能，通过磁场直接感应到次级组件，次级绕组输出的是单相交流电，其波形和输入侧完全相同。初级组件和次级组件之间完全实现电隔离。

[0060] 本变压器还完全保留了普通电力变压器的各种优点。变换过程无波形畸变，次级输出是标准正弦波，次级电压高低与其匝数成正比。初级组件和次级组件磁极对数P相同时，输出电流频率与输入电源侧频率相同。对负载的适应，与普通电力变压器完全相同。工作效率与普通变压器接近，与三相交流同步发电机相同。对输入端相序无要求。

[0061] 隔离式三相变单相的变压器除变相数外，还有变电压和变频率功能。

[0062] 隔离式三相变单相的变压器和普通电力变压器一样，较小容量时，可加防护外壳制成干式结构；当变压器容量较大时，为了提高散热性能，可将初次级组件放入专用油箱(注油外壳)内，形成油浸式结构。

[0063] 当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。