[发明专利]三相对称输入的单相供电变压器

说明书

本发明涉及一种单相负载的供电变压器，它一次侧的三相输入电流对称，二次侧的单相输出电流可随负载变化而变化。

在现有技术中，单相负载(例如照灯具、电焊机、单相电炉、电动工具、单相电力牵引设备等)对三相供电变压器而言，是一种不对称负载，会引起程度不同的三相电源的不对称，影响供电质量。按对称分量法分析，其原因在于单相负载电流在三相变压器磁路中形成了负序磁势；同时可证明，单纯依靠变压器二次侧三相绕组间自身不同联接或采用某种特殊三相磁路，均是不可能在根本上消除这种负序磁势的。

传统的消除负序磁势措施是采用电感、电容元件来补偿，即提供一个反方向的负序磁势以抵消负载电流引起的负序磁势。这一方法简单、可靠、但要求负载不变，即负载阻抗角和幅值需保持定值，否则，就应随着负载的变动而随时调节电感，电容值。当要求自动调节时，就得设置采样、比较、放大和自服环节，从而变得相当复杂了。

也有采用“平衡变压器”的，它一次侧的三相输入电流对称，二次侧接成两相对称输出，可允许负载任意变化。但其应用前提是，必须始终维持两相负载完全相等(阻抗角和幅值分别对应相等)。而在实际应用中，要使得两个负载阻抗完全相等是十分困难甚至是无法实现的，因此，极大地限制了这种“平衡变压器”的推广应用。

鉴于以上问题，本发明的任务是提供了一种能自动地消除随负载变动而变化着的负序磁势的新型单相供电变压器。应用该变压器时，不管单相负载阻抗如何变动，变压器的三相输入电流能始终保持相当高的对称性。

本发明的基本构思是：将现有的“平衡变压器”的两相输出绕组中的一相电压，通过一移相器移相90度，结果与另一相电压同相位，将它们串联相加，从而构成单相输出电源。由于移相器及补偿电容器等作用，变压器的两相输出电流中的负序分量由此得以消除。

本发明不采用任何大功率电子器件，其结构简单，维护方便，运行可靠。其突出特点是，不论单相负载的幅值和阻抗角如何变化，供电变压器的三相输入电流始终保持令人满意的对称性，消除了单相负载对三相电源的不对称影响；其输出电压波形比较理想。在不需用单相电源时还可以增设一组开关，方便地切换成一般三相输出变压器应用。

附图为本发明的电路原理图。

以下结合附图详细叙述本发明的结构：

如附图所示，(1)为平衡变压器，(2)为转换开关，(3)为移相器，(4)为负载阻抗。平衡变压器的一次侧A、B、C三相绕组接成三角形(最好不接成星形)，二次侧的a、b、c三相绕组的各相总匝数相等，其中a、c两相绕组各自分成a₁、a₂和c₁、c₂两段，两段的匝数比为1∶0.366。由a₁、b、c₁组成d和由a₂、c₂组成q两相对称绕组。移相器由定子和转子n构成，定子迭片铁心中分布着空间正交的d′和q′两套绕组。d′绕组上并接有定值补偿电容c；转子为鼠笼式(包括空心杯形转子)或绕线式。需要时，轴上可安装散热风扇。当需要获得高度对称时其补偿电容c与d′绕组匝数分别有不同的抽头分档值。转子可在亚同步速下(靠自身异步转矩驱动)或同步速下(由同轴安装的小容量同步电动机驱动)运转。转子的同步速所对应的磁极对数最好为3或4。“※”符号表示线圈的极性。

本发明的实施过程如下：

如图所示：当三相电源施加于平衡变压器一次侧时，它的二次侧d、q绕组中将感应出两相对称电势E′d、E′q。由于平衡变压器的d绕组和移相器的d′绕组相并联，电势E′d′即被移相90度而转移成q′绕组的输出电势E′q′，因为q′与q绕组顺向串联，E′q′与E′d电势同相位，从而构成了单相输出电源。如接入负载阻抗(4)，则变压器进入单相负荷运行状态。

在变压器输出单相电流之前，应先将移相器(3)的转子启动至亚同步速或同步速。当依靠自启动时，需将转换开关(2)的手柄置于1的位置，即将E′d′、E′q′馈电给移相器的d、q绕组，犹如两相电动机的启动一般。待启动完毕，再将手柄置于II的位置即正常运转的状态。如用同轴小容量同步电动机启动，则该手柄一开始可处于“中立”状态，待进入同步速后，再置于Ⅱ的位置。此后应维持转子稳定运转，以消除负序磁势。