[发明专利]具有气隙分路松耦合变压器的频率受控镇流器及使用方法

说明书

背景技术

技术领域

本发明涉及一种采用受可以发送到各种负荷的最大电流限制的松耦合变压器的控制器及其使用方法，更具体地说，本发明涉及在频率控制下在这种变压器内使用有隙磁分路，以致施加到其的电压频率可以用于调节变压器的工作特性，从而以受控方式或受限方式进行功率的受控传输过程或变换过程。

现有技术

当对各种负荷供电时，在许多装置内使用的现有技术的分路变压器，主要用于支持电流控制。对于本说明，足可以将分路变压器看作比普通变压器的漏电抗或耦合比高的变压器。所设想的标准电源变压器是一种紧耦合变压器，即一种具有非常低电抗损耗的变压器，分路变压器则相反，利用其由分路引起的电抗损耗换取电流限制能力。

在其一相铁芯柱具有气隙的所谓现有技术的“松耦合”分路变压器以下列方式工作。通常，其特定磁阻部分地根据气隙的大小确定的气隙铁芯柱采用E型磁心或多路磁心。一种非分路铁芯柱上安装初级绕组，另一种非分路铁芯柱上安装一个或多个次级绕组。绕组通常不设置分路。

当次级端处于低负荷或完全没有负荷时，包括气隙铁芯柱的回路具有远高于次级回路磁阻的固定磁阻。事实上，负荷低时，次级绕组磁回路流过它的磁通量最大并且次级电压高。当负荷增大时，次级回路的磁阻增加而次级电压降低。当次级负荷接近短路或实际上处于短路(次级电压为0)时，由于其磁阻低于次级绕组回路的磁阻，所以大部分磁通量流过气隙铁芯。因此，当次级电压低时，电流高，但是可以限制到利用气隙铁芯磁阻确定的电流值。

对于在此使用的术语，“紧耦合”变压器指，变压器初级绕组内产生的非常大百分比率的磁通量传送到其次级绕组，请参考ElectronicTransformers and Circuits，2^nd Edition，by Reuben Lee，published in1995 by John Wiley，New York，NY的第223页、第224页、第234页、第235页以及其它一般信息。例如，将变压器的初级绕组放置到其次级绕组上或将两个绕组交错时可以提供紧耦合变压器，根据物理概念，其初级绕组产生的所有磁通量全部“流入”次级绕组。

相反，“松耦合”变压器是这样的变压器，即其初级绕组产生的少量磁通量到达次级绕组的变压器。正如上述参考书的第235页定义的那样，可以利用变压器耦合比来表示这种关系，其中利用下式确定耦合系数“k”(在0至1之间)：

      (1)    (I₂²Z₂/E₁I₁)_MAX＝K²/2(1+(1-K²)^1/2-K²其中，“I”表示电流，“E”表示电压，“Z”表示阻抗，“1”下标指所研究的变压器的初级，“2”下标指所研究的变压器的次级。低于0.90的比值“k”被认为是松耦合，0.99(任意分割界限)以上的比值被认为是紧耦合。

除了利用磁流量测量耦合之外，还可以利用次级断路和短路时初级表现的电感确定耦合。次级绕组电路的断路或短路状况可以确定流过的电流量，并由此确定初级绕组具有的电感。利用这两种极端情况下初级绕组电感的比值可以实现另一种耦合测量方法，以下将进一步进行说明。

有两种基本类型的可变漏电抗变压器用于控制或限制电流流过。正如授予Brougham的、标题为LEAKAGE REACTANCE TRANSFORMER的第4,123,736号美国专利所描述的那样，它们通常被称为动圈式变压器和动分路式变压器。动圈式变压器依靠相对于其它绕组移动其一个绕组来调节漏电抗。在分路式变压器中，钢分路被可移动地安装到位于初级绕组和次级绕组之间的机架上并可以移入或移出绕组之间的空间从而改变变压器的电抗。在这两种类型的变压器中，控制度依赖于绕组或分路的机械移动，因此难于以固定频率对电流进行精确控制。此外，正如Brougham的专利所指出的那样，这种变压器的成本相对较高，尤其是当为了克服由耗损、干扰和控制精度欠佳产生的问题而需要更高成本的配置时。