專利名稱：用于電源線的電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電壓穩(wěn)定。更具體地說，本發(fā)明涉及采用可變電感來補(bǔ)償電源線中可能出現(xiàn)的電壓變化的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用于電力傳輸?shù)男⌒途€(也稱作“弱線”)相對(duì)于負(fù)載要求具有太小的導(dǎo)體截面以及相對(duì)高的阻抗。小型導(dǎo)體所引起的損耗會(huì)產(chǎn)生過大的電壓降。過大的電壓降導(dǎo)致連接到線路的電力的電壓電平不足。
變壓器是靜態(tài)裝置，其提供在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)上多個(gè)繞組確定的固定電壓，即變壓比。固定的變壓比可導(dǎo)致在負(fù)載高時(shí)電壓過低(即欠壓)，而在負(fù)載低時(shí)電壓過高(即過壓狀態(tài))。由于負(fù)載總是取決于個(gè)體電力消費(fèi)者的高度可變的需求，因此固定變壓比通常不足以為動(dòng)態(tài)負(fù)載服務(wù)。
通過在提供線路的變壓器處同步增加電壓，可補(bǔ)償?shù)碗妷弘娖健Ｔ谝环N現(xiàn)有技術(shù)方法中，在電壓達(dá)到不可接受的低電平的位置上，通過連接到各相的變壓器上的負(fù)載抽頭變換器來控制電壓電平。
目前，經(jīng)常通過使用新的具有較大截面(且相應(yīng)較低電阻損耗)的線路來替代現(xiàn)有線路，以解決弱線的問題。當(dāng)前，采用了數(shù)個(gè)方法用于升級(jí)線路。如果現(xiàn)有電極上有空間，則可將新線路與弱線平行地安裝在電極另一側(cè)。一旦安裝了新線路，就斷開老線路，并將其從服務(wù)中拆除。該方法使得可在服務(wù)中沒有顯著中斷的情況下更新電力傳輸系統(tǒng)。另一種方法涉及安裝硬件，用以保護(hù)到現(xiàn)有電極的新線路、斷開弱線、并快速安裝新線路。在與先前方法比較時(shí)，該方法導(dǎo)致服務(wù)中的較長中斷。在當(dāng)不能使用老路線時(shí)主要使用的第三種方法中構(gòu)建新路線。該構(gòu)建包括安裝新電極和新導(dǎo)體。重要的是，在開始構(gòu)建之前，必須由當(dāng)?shù)卣彤a(chǎn)權(quán)人批準(zhǔn)該新路線。
在電壓調(diào)節(jié)的另一現(xiàn)有技術(shù)方法中，結(jié)合變壓器，使用機(jī)械控制的自耦變壓器(即，具有可變變壓比的變壓器)。然而，通常由于機(jī)械構(gòu)件需要頻繁的服務(wù)，所以不再使用機(jī)械控制的自耦變壓器。
當(dāng)前采用的另一種方法包括將電線重新定位為靠近用戶，并將新的變壓器連接到該重新定位的線路上，在此它會(huì)更靠近用戶。由于重新定位電線所需的大范圍操作以及與這種項(xiàng)目有關(guān)的高成本，該方法也不合乎要求。
授予Wanlass(下文中的“Wanlass”)的美國專利NO.3409822描述了一種電壓調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器包括纏繞在鐵磁心上的AC或負(fù)載繞組和DC或控制繞組。在一部分磁心中，總是沿相同路徑但相反方向提供DC生成的通量分量和AC生成的通量分量。結(jié)果，在這些部分中，提取通量分量，并且磁心具有磁導(dǎo)率，該磁導(dǎo)率在有限程度上對(duì)應(yīng)于合成通量。在其它部分(但不是整個(gè)磁心)中，通量彼此正交。例如，Wanlass示出了通過位于相同路徑(具有反號(hào)的重合的通量)的磁通量的加減基于磁心引線中的通量控制的調(diào)節(jié)器。然而，由于Wanlass中描述的調(diào)節(jié)器用于在磁心的非飽和區(qū)域工作，所以設(shè)備的功率處理能力是有限的，且磁導(dǎo)率范圍受磁心線性區(qū)的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決有關(guān)弱線所產(chǎn)生問題的現(xiàn)有解決方案的問題。與現(xiàn)有方法相比，使用正交場執(zhí)行磁導(dǎo)率控制，而不是通過增加或減少的并行場來執(zhí)行。
在一方面，本發(fā)明是一種用于電源線電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有串聯(lián)繞組和并聯(lián)繞組的自耦變壓器、連接到自耦變壓器的可變電感、以及控制系統(tǒng)?？勺冸姼邪ù判?、纏繞在第一軸上的主繞組、以及纏繞在與第一軸正交的第二軸上的控制繞組。在可變電感的主繞組和控制繞組通電時(shí)，在磁心中產(chǎn)生正交通量。該電壓穩(wěn)定系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償其連接到的電源線中的電壓變化。在一個(gè)實(shí)施例中，基本在全部磁心中產(chǎn)生正交通量。在另一實(shí)施例中，磁心由各向異性磁材料制成。
在上述電壓穩(wěn)定系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，控制系統(tǒng)包括處理器單元，其控制提供給控制繞組的控制電流；設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元，其與處理器單元電通信；以及開關(guān)。所述開關(guān)連接和斷開調(diào)節(jié)，并與處理器單元電通信。該系統(tǒng)還包括檢測輸出電壓的反饋輸入。該反饋輸入與處理器單元和電源線電通信。該控制系統(tǒng)還包括與處理器單元和控制繞組電通信的整流電路。
在以上實(shí)施例的一個(gè)版本中，自耦變壓器的串聯(lián)繞組與第一電源線串聯(lián)連接，且并聯(lián)繞組與主繞組和第二電源線串聯(lián)連接。
在以上實(shí)施例的另一版本中，串聯(lián)繞組和主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，主繞組位于串聯(lián)繞組的線路側(cè)，且并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
在以上實(shí)施例的又一版本中，串聯(lián)繞組和主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，主繞組位于串聯(lián)繞組的負(fù)載側(cè)，且并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
在另一方面，本發(fā)明包括一種穩(wěn)定電壓的方法。輸入電壓被提供給自耦變壓器，且可控電感與自耦變壓器的至少一個(gè)繞組串聯(lián)連接。檢測輸出電壓。在可控電感的磁心中產(chǎn)生正交磁場。調(diào)節(jié)至少一個(gè)正交磁場以控制磁心的磁導(dǎo)率，以便響應(yīng)檢測到的輸出電壓來調(diào)節(jié)電壓。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)中，實(shí)際上在主繞組和控制繞組之間不存在變壓器作用，因?yàn)樵诖判牡乃胁糠种袃蓚€(gè)場都是正交的。因此，設(shè)備的操作可擴(kuò)展到磁心的飽和區(qū)中。這個(gè)擴(kuò)展操作將可變電感的功率處理能力提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，因?yàn)楣β侍幚砟芰εc材料磁導(dǎo)率的成反比(在磁導(dǎo)率減半時(shí)，功率處理加倍)。因此，本發(fā)明可用在大功率應(yīng)用中。
此外，采用正交通量控制按需要增加線電壓以避免欠壓狀態(tài)并調(diào)節(jié)線電壓將電壓維持在期望值的動(dòng)態(tài)升壓器或電壓穩(wěn)定系統(tǒng)是一種改進(jìn)弱線非常有效的備選。這種單元可連接到弱線，并動(dòng)態(tài)補(bǔ)償負(fù)載相關(guān)壓降。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)包括電控正交通量電感。和變壓器一起，該電感提供了補(bǔ)償不合要求電壓降的可變輸出電壓。
在一個(gè)實(shí)施例中，用于電源線的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用于將控制繞組中的電流控制為線路的期望和實(shí)際操作參數(shù)的函數(shù)。在一個(gè)版本中，該操作參數(shù)是線電壓。調(diào)節(jié)系統(tǒng)基于線電壓的線路測量和期望值(例如設(shè)定點(diǎn))來給可變電感中的控制繞組供電，結(jié)果是輸出電壓保持該期望值。
本發(fā)明的實(shí)施例允許現(xiàn)有弱線適應(yīng)于當(dāng)能量使用增加時(shí)以簡單且廉價(jià)的方式維持足夠的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，通過將線路中的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)連接在配電變壓器和用戶之間來維持足夠的電壓。在實(shí)施例的一個(gè)版本中，自耦變壓器與電源電壓串聯(lián)地增加電壓，從而使能夠穩(wěn)定線電壓?？勺冸姼姓{(diào)節(jié)電感兩端的電壓(通過用正交場改變電感磁心的磁導(dǎo)率)或其兩端的時(shí)間電壓積分，以便調(diào)節(jié)自耦變壓器中串聯(lián)繞組兩端的電壓。
必須迅速執(zhí)行這個(gè)電壓穩(wěn)定，以便避免對(duì)用戶側(cè)裝置的損害，因?yàn)槿绻?fù)載的快速改變導(dǎo)致過大的過壓，則可能發(fā)生這種損害。在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)中，將用控制繞組中的電流來控制電壓中的改變。系統(tǒng)的低慣性和響應(yīng)性允許其承受電壓峰值和谷值。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，根據(jù)以下描述將更全面理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1示出自耦變壓器。
圖2示出本發(fā)明的第一實(shí)施例。
圖3示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。
圖4示出本發(fā)明的第三實(shí)施例。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一般框圖。
圖6更詳細(xì)地示出圖2的實(shí)施例。
圖7示出用于控制圖6和圖8中所示實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
圖8更詳細(xì)地示出圖4的實(shí)施例。
圖9更詳細(xì)地示出圖3的實(shí)施例。
圖10示出用于控制圖9中實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
圖11示出本發(fā)明的三相實(shí)施例。
圖12示出用于控制圖1實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
圖13示出本發(fā)明的第二個(gè)三相實(shí)施例。
圖14示出用于控制圖13實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
圖15示出本發(fā)明的第三個(gè)三相實(shí)施例。
圖16-18示出用于控制圖15實(shí)施例的控制系統(tǒng)。
圖19和20示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可控電感。
具體實(shí)施例方式
自耦變壓器是具有串聯(lián)繞組S和并聯(lián)繞組P的變壓器。圖1示出了自耦變壓器T1，其中并聯(lián)繞組P和串聯(lián)繞組S串聯(lián)連接。串聯(lián)繞組S具有相對(duì)少的匝數(shù)，而并聯(lián)繞組P具有相對(duì)多的匝數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，串聯(lián)繞組具有大約20匝，而并聯(lián)繞組具有大約230匝。施加的電壓V1與串聯(lián)繞組S和并聯(lián)繞組P中的匝數(shù)成比例地分配。如果并聯(lián)繞組P和串聯(lián)繞組S中所包括的總匝數(shù)是N1，且并聯(lián)繞組P中的匝數(shù)是N2，則在并聯(lián)繞組P的兩端會(huì)出現(xiàn)值為V1(N2/N1)的電壓V2。該設(shè)備也是可逆的，以便如果將電壓V2加到并聯(lián)繞組P的兩端，則建立了連接并聯(lián)繞組P和串聯(lián)繞組S的通量。結(jié)果，在N1匝的兩端出現(xiàn)V1＝V2(N1/N2)的勢差。
在圖2中所示本發(fā)明的第一實(shí)施例中，串聯(lián)繞組S與從線路輸入LI到線路輸出LU的第一電源線(例如第一相)串聯(lián)連接。在該實(shí)施例中，并聯(lián)繞組經(jīng)由正交場可變電感LR連接到第二電源線(例如第二相)L。這里可通過用可變電感LR改變并聯(lián)繞組P中的電壓來改變串聯(lián)繞組S中的電壓。
在圖3中所示本發(fā)明的第二實(shí)施例中，可變電感LR和串聯(lián)繞組S與從LI到LU的第一電源線串聯(lián)連接，其中可變電感連接到串聯(lián)繞組S的線路側(cè)LI。并聯(lián)繞組P連接到第二電源線。
在圖4中所示本發(fā)明的第三實(shí)施例中，可變電感LR和串聯(lián)繞組S與從LI到LU的電源線串聯(lián)連接，其中可變電感連接到串聯(lián)繞組S的負(fù)載側(cè)LU。并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線L。在前面實(shí)施例的版本中，第二相是中性導(dǎo)體。
在本發(fā)明的第二和第三實(shí)施例中，由于可變電感LR承受時(shí)間電壓積分(其保持與來自自耦變壓器串聯(lián)繞組S的電壓串聯(lián))，所以第一電源線L1-LU中的電壓將改變。
由于可變電感承受的電壓是無功電壓，所以該電壓比電流超前90°。結(jié)果，要減去或加到負(fù)載電壓上的電壓與負(fù)載所得到的電阻電流有90°的相位差。在自耦變壓器中，在串聯(lián)繞組S和并聯(lián)繞組P之間存在安匝平衡。在并聯(lián)繞組P中因此反映了負(fù)載所得到的電流，并引起可變電感器中的壓降。壓降的大小取決于可變電感的值和電流大小。
在一個(gè)實(shí)施例中，固定電感器與自耦變壓器的并聯(lián)繞組并聯(lián)地安裝。這減少了系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波，并穩(wěn)定了系統(tǒng)的控制。備選地，可使用可變電感。
在第二實(shí)施例中，通過可變電感的電流是通過串聯(lián)繞組的負(fù)載電流和通過并聯(lián)繞組的電流的總和，而在第三實(shí)施例中，通過可變電感的電流是負(fù)載電流。在第一實(shí)施例中，通過可變電感的電流是并聯(lián)繞組中的電流。由于這些電流的大小不同，因此可基于特定應(yīng)用來選擇實(shí)施例。
圖5是說明穩(wěn)壓器和相關(guān)控制系統(tǒng)(例如調(diào)節(jié)系統(tǒng))的框圖。第一電源線L1經(jīng)過控制系統(tǒng)所控制的穩(wěn)壓器。K1、K2和K3是開關(guān)，其使穩(wěn)壓器可連接到網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)斷開。圖5中示出K1處于閉合狀態(tài)，并示出K2和K3為打開狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于穩(wěn)壓器不處于使用中的情況。在穩(wěn)壓器處于使用中時(shí)，K1和K2打開，而K3閉合。
圖6和7更詳細(xì)地示出了單相穩(wěn)壓器。T1是自耦變壓器，其具有位于端子1-2和3之間的串聯(lián)繞組S以及位于端子1-2和4之間的并聯(lián)繞組P。這對(duì)應(yīng)于圖2中示意性示出的本發(fā)明第一實(shí)施例。
在圖6中，T4是正交場可變電感LR，其具有位于端子1和2之間的工作繞組(或主繞組)H以及位于端子3和4之間的控制繞組ST。可控電感LR連接到變壓器T1的并聯(lián)繞組P，其中T4的端子2連接到T1的端子4。端子1L1和1L2為圖7所示整流電路U9提供電壓。
圖7示出用于調(diào)節(jié)可變電感T4中電流的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元、用于連接或斷開調(diào)節(jié)的開關(guān)S3、用于檢測自耦變壓器T1輸出電壓的反饋電路、處理器單元U8和連接到電感控制繞組的整流電路U9。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元是電位計(jì)R8，且反饋電路包括變壓器T7。在又一實(shí)施例中，處理器單元U8包括微處理器。在另一實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括過壓保護(hù)電路U10。
更詳細(xì)地，在一個(gè)實(shí)施例中，圖7的設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元包括分別連接到處理器單元U8端子7、11和10的第一端子、第二端子和第三端子。開關(guān)S3包括分別連接到處理器單元U8端子4和6的第一端子和第二端子。變壓器T7的初級(jí)端子1、2連接到S1和R1，以檢測LU上出現(xiàn)的輸出電壓。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，由保險(xiǎn)絲來保護(hù)變壓器T7的初級(jí)繞組。變壓器T7次級(jí)繞組的第一端子和第二端子分別連接到處理器單元U8的端子5和9。
在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于R1和S1的端子1L1和1L2連接到處理器單元U8的線路輸入。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，隔離變壓器用于在將1L1和1L2上出現(xiàn)的電壓加到處理器單元U8之前降低該電壓。過壓保護(hù)單元U10包括分別連接到1L1、整流器正輸出端子以及1L2的第一端子、第二端子和第三端子。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，過壓保護(hù)電路包括連接在第一端子和第二端子之間的第一電位計(jì)R1以及連接在第二端子和第三端子之間的第二電位計(jì)R2。過壓保護(hù)電路還包括固定電阻器R3和R4。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖6的端子1L1和1L2還連接到整流電路U9的第一端子和第二端子。整流電路U9輸出包括分別連接到端子3T4和4T4上的控制繞組ST的正極端子和負(fù)極端子。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，包括一個(gè)或多個(gè)電阻器(例如R5、R6和R7)的電阻網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接在負(fù)極端子和控制繞組ST之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，整流電路U9是包括四個(gè)二極管V1、V2、V3和V4的全波橋接電路。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，二極管V1和V2是受控整流二極管，例如可控硅。整流電路U9經(jīng)由二極管V1的控制端子和二極管V2的控制端子連接到處理器單元U8。在該實(shí)施例的另一版本中，二極管V5連接在整流電路U9的正極端子和負(fù)極端子之間。
通常，圖7的控制系統(tǒng)通過響應(yīng)自耦變壓器T1輸出電壓的改變而調(diào)節(jié)提供給控制繞組ST的功率來自動(dòng)調(diào)節(jié)可控電感T4的主繞組H兩端的壓降。經(jīng)由設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元R8建立表示期望輸出電壓的設(shè)定點(diǎn)。反饋電路給處理器單元U8提供自耦變壓器T1輸出電壓的指示。處理器單元U8將該設(shè)定點(diǎn)與反饋電壓相比較，并通過控制整流電路U9的操作來調(diào)節(jié)在整流器輸出端所提供的功率。在一個(gè)實(shí)施例中，整流電路U9的輸出是DC電流。
由T1中并聯(lián)繞組P兩端的電壓實(shí)現(xiàn)圖6所示本發(fā)明這個(gè)第一實(shí)施例，其中電感LR與自耦變壓器T1上的并聯(lián)繞組P串聯(lián)連接。由電感T4來調(diào)節(jié)這個(gè)電壓，其通過變壓器與輸入端X1和輸出端X1:7之間的線電壓LI-LU串聯(lián)連接。結(jié)果，可增加從X1:7和X1:10上的R和S提供給負(fù)載的電壓。如果反饋信號(hào)和設(shè)定點(diǎn)之間的差大，則調(diào)節(jié)器會(huì)增加到電感T4的控制電流，從而增加補(bǔ)償壓降的附加電壓。相反，如果附加電壓太高，則通過向下調(diào)節(jié)加到線電壓的電壓來降低功率。這樣，將提供給負(fù)載的輸出電壓維持在大約等于設(shè)定點(diǎn)電壓的電平上。
圖8更詳細(xì)地示出了最初主要參考圖4描述的本發(fā)明第三實(shí)施例。在圖8中，T1是具有位于端子1-2和3之間的串聯(lián)繞組S以及位于端子1-2和4之間的并聯(lián)繞組P的自耦變壓器。在圖7中示出了與該電路相關(guān)的控制系統(tǒng)。
T4是具有位于端子1和2之間的主繞組H以及位于端子3和4之間的控制繞組ST的正交場可變電感。電感T4的端子1耦合到端子T3上的串聯(lián)繞組S的輸出端?？刂齐娏鲝膱D7中受控整流電路U9的正極和負(fù)極端子饋送到圖8控制繞組ST上的端子3和4。來自圖8穩(wěn)壓器的端子R和S的輸出電壓的反饋連接到圖7的變壓器T7端子2和1。這個(gè)連接將反饋信號(hào)提供給圖7的整流調(diào)節(jié)器U8。在一個(gè)實(shí)施例中，可經(jīng)由電位計(jì)R8進(jìn)行設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)。從圖7的端子X1:2和X1:4，提供到圖8整流器U9的電壓輸入。
在這個(gè)具有連接在自耦變壓器T1串聯(lián)繞組S負(fù)載側(cè)上且與其輸出串聯(lián)的電感LR的電壓系統(tǒng)中，穩(wěn)定是通過經(jīng)由電感T4(其串聯(lián)地位于線路中)兩端的可控電感壓降來調(diào)節(jié)來自T1(輸出線電壓)的升高的輸出電壓而實(shí)現(xiàn)的。
如果反饋信號(hào)和設(shè)定點(diǎn)之間的差大(例如大的欠壓)，則調(diào)節(jié)器將升高到電感T4的控制電流，從而降低電感上的壓降以升高電壓并補(bǔ)償該壓降。相反，如果附加電壓太高(例如過壓)，則提供給電感T4的功率降低。結(jié)果，電感T4兩端的壓降升高，提供給負(fù)載的電壓降低，且輸出電壓保持在設(shè)定點(diǎn)電壓。
圖9更詳細(xì)地示出了本發(fā)明的第二實(shí)施例。這里，T1是具有位于端子1-2和3之間串聯(lián)繞組S的自耦變壓器。并聯(lián)繞組P位于端子1-2和4之間。該實(shí)施例對(duì)應(yīng)于圖3中示意性示出的實(shí)施例。圖10中示出了相關(guān)控制系統(tǒng)。
T4是具有位于端子1和2之間的主繞組H以及位于端子3和4之間的控制繞組ST的可變電感?？煽仉姼械亩俗覶4:2連接到端子T1:1-2處的串聯(lián)繞組S。并聯(lián)繞組P還連接到端子T1:2。圖10示出了控制電流如何從受控整流電路U9的正極和負(fù)極端子饋送到圖9的控制繞組ST上的端子3和4。來自穩(wěn)壓器端子R和S的輸出電壓的反饋連接到變壓器T7端子2和1。該連接將反饋信號(hào)提供給整流調(diào)節(jié)器U8。在一個(gè)實(shí)施例中，可經(jīng)由電位計(jì)R8進(jìn)行設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)。從圖9的端子X1:2和X1:4，提供到整流器U9的電壓輸入。
這個(gè)電壓調(diào)節(jié)器連接包括連接在串聯(lián)繞組S線路側(cè)上并與其串聯(lián)的電感LR。在這個(gè)實(shí)施例中，穩(wěn)定是經(jīng)由電感T4(其串聯(lián)地位于線路中)兩端的壓降調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)自耦變壓器輸入電壓來實(shí)現(xiàn)的。
如果設(shè)定點(diǎn)的值比反饋信號(hào)的值大得多(例如欠壓)，則調(diào)節(jié)器將升高到電感T4的控制電流，以降低電感兩端的壓降并補(bǔ)償該壓降。相反，如果存在過壓情況，則降低提供給控制繞組的功率，以便升高電感兩端的壓降，并將提供給負(fù)載的輸出電壓保持為大約等于設(shè)定點(diǎn)電壓。
到目前為止描述的單相解決方案的三相實(shí)施例可基于相同的電壓調(diào)節(jié)的技術(shù)方法，該技術(shù)方法基于輸出電壓和參考(例如設(shè)定點(diǎn))之間的比較。
圖11和12示出了根據(jù)圖3所示本發(fā)明第二實(shí)施例的單相解決方案的三相實(shí)施例。在圖11中，電感T4、T5和T6的控制繞組ST顯示為串聯(lián)連接，并從而經(jīng)由圖12的控制電路同等地調(diào)節(jié)這些繞組。圖12示出了對(duì)應(yīng)于如上所述的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻器R8、用于連接和斷開調(diào)節(jié)器的開關(guān)S3、用于來自相RS的反饋電壓的變壓器T7、處理器單元U8(例如電抗器調(diào)節(jié)器)、二極管整流器U9和過壓保護(hù)電路U10。電流信號(hào)從調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出(點(diǎn)3T4和4T4)發(fā)送到可變電抗T4。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，各相的單獨(dú)調(diào)節(jié)也是可能的。
圖13和14示出了圖8中單相解決方案的三相實(shí)施例，其中電感T4、T5和T6(圖13)的控制繞組串聯(lián)連接，并由此被同等地調(diào)節(jié)。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，各相的單獨(dú)調(diào)節(jié)還是可能的。圖14示出了用于調(diào)節(jié)提供給負(fù)載的電壓的相應(yīng)控制電路。
圖15-18示出了圖6中單相解決方案的三相實(shí)施例。在圖15中示出了電感T4、T5和T6。這些電感T4、T5和T6中的每一個(gè)都由單獨(dú)的調(diào)節(jié)電路來調(diào)節(jié)。在該三相實(shí)施例中，相序是重要的，因?yàn)榇?lián)繞組S中的電壓與從饋電變壓器到線路(未示出)的相電壓矢量相加。串聯(lián)繞組置于點(diǎn)1和3之間，而并聯(lián)繞組置于點(diǎn)2和4之間。在圖15中還示出了各相T1、T2和T3的自耦變壓器?？勺冸姼蠺4響應(yīng)從相R-S(X1:7和X1:10)提供的反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)到T1的電壓。可變電感T5響應(yīng)從相S-T(X1:12和X1:14)提供的反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)到T2的電壓?？勺冸姼蠺6響應(yīng)從相T-R(X1:14和X1:10)提供的反饋信號(hào)來調(diào)節(jié)到T3的電壓。以這種方式，可彼此獨(dú)立地調(diào)節(jié)各相的線電壓。
圖16示出了通過T4響應(yīng)設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)R8建立的設(shè)定點(diǎn)所表示的期望電壓對(duì)T1中電壓的調(diào)節(jié)。輸出信號(hào)(見圖16右下方)施加到T4上的點(diǎn)3和4。在圖17中示出了通過T5響應(yīng)設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)R10對(duì)T2的相應(yīng)調(diào)節(jié)。在圖18中示出了通過T6對(duì)T3中電壓的調(diào)節(jié)。
上述三相系統(tǒng)示出了并聯(lián)繞組的三角形連接。然而，也可采用其它連接。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，以星型(即Y型)配置連接并聯(lián)繞組，該星型配置是眾所周知的三相系統(tǒng)的連接拓?fù)洹?br> 圖19示出了可控電感器T4的實(shí)施例。該可控電感器T4包括第一管元件101、纏繞在第一管元件101上的主繞組H。在一個(gè)實(shí)施例中，可控電感器還包括磁端耦合器105、106。在一個(gè)實(shí)施例中，可控電感器T4由各向異性材料制成。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，各向異性材料是晶粒取向的各向異性材料。當(dāng)使用晶粒取向的材料時(shí)，可定義晶粒取向方向(GO)和橫向(TD)。
如圖20所示，可控電感器T4還包括第二管元件102?？刂评@組ST纏繞在第二管元件和與第一軸正交的第二軸上，其中主繞組H纏繞在第一軸上。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，第二管元件102同心地位于第一管元件101內(nèi)。端耦合器105和106各將第一管元件101的一端連接到第二管元件102的對(duì)應(yīng)端。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，磁心由第一管元件101、第二管元件102和端耦合器105、106組成。
在圖20中所示的實(shí)施例中，第一軸M相對(duì)于第二軸L是環(huán)形軸。在該實(shí)施例中，第二軸L是位于第二管元件102中心的線性軸。
在操作中，圖19和20的可控電感器T4發(fā)展成兩個(gè)正交通量。在主繞組H通電時(shí)，產(chǎn)生第一磁場Hf和第一磁通量Bf。在控制繞組ST通電時(shí)，產(chǎn)生第二磁場Hs和第二磁通量Bs。在該實(shí)施例的一個(gè)版本中，基本在全部磁心中，磁場Hf、Hs都彼此正交，且基本在全部磁心中，磁通量Bf、Bs都彼此正交。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可存在對(duì)在此所述內(nèi)容的修改、改動(dòng)和其它實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，本發(fā)明并非由前面的示意性描述所定義，而是由下面權(quán)利要求書的精神和范圍所定義。
權(quán)利要求
1.一種用于電源線的電壓穩(wěn)定的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括自耦變壓器，包括串聯(lián)繞組和并聯(lián)繞組；可變電感，連接到所述自耦變壓器，所述可變電感包括磁心、纏繞在第一軸上的主繞組和纏繞在第二軸上的控制繞組；以及控制系統(tǒng)，用于控制所述磁心的磁導(dǎo)率，其中自動(dòng)補(bǔ)償所述電源線中的電壓變化，其中第一軸和第二軸是正交軸，以及其中，當(dāng)所述主繞組和所述控制繞組通電時(shí)，在所述磁心中產(chǎn)生正交通量。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)還包括處理器單元；設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元，與所述處理器單元電通信；開關(guān)，與所述處理器單元電通信；反饋輸入，與所述處理器單元和所述電源線電通信；以及整流電路，與所述處理器單元和所述控制繞組電通信，其中操作所述開關(guān)以連接和斷開調(diào)節(jié)，其中所述反饋輸入檢測輸出電壓，以及其中所述處理器單元控制提供給所述控制繞組的控制電流。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述自耦變壓器的所述串聯(lián)繞組與第一電源線串聯(lián)連接，并且其中所述并聯(lián)繞組與所述主繞組和第二電源線串聯(lián)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述串聯(lián)繞組和所述主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，其中所述主繞組位于所述串聯(lián)繞組的線路側(cè)，并且其中所述并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述串聯(lián)繞組和所述主繞組與第一電源線串聯(lián)連接，其中所述主繞組位于所述串聯(lián)繞組的負(fù)載側(cè)，并且其中所述并聯(lián)繞組直接連接到第二電源線。
6.一種用于電壓穩(wěn)定的三相系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求2、3或4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，用于每個(gè)相的電壓穩(wěn)定。
7.如權(quán)利要求5所述的三相系統(tǒng)，其中三相的控制繞組串聯(lián)連接，并被共同調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求5所述的三相系統(tǒng)，其中彼此獨(dú)立地控制所述三相的控制繞組。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述磁心包括各向異性材料。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中基本在全部所述磁心中產(chǎn)生所述正交通量。
11.一種穩(wěn)定電壓的方法，所述方法包括如下步驟將輸入電壓提供給自耦變壓器；將可控電感與所述自耦變壓器的至少一個(gè)繞組串聯(lián)連接；檢測輸出電壓；在所述可控電感的磁心中產(chǎn)生正交磁場；以及調(diào)節(jié)至少一個(gè)所述正交磁場來控制所述磁心的磁導(dǎo)率，以響應(yīng)檢測到的所述輸出電壓來調(diào)節(jié)所述電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述可控電感與電路的第一相中的串聯(lián)繞組串聯(lián)連接。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述可控電感連接到所述串聯(lián)繞組的所述負(fù)載側(cè)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中控制磁導(dǎo)率的步驟還包括調(diào)節(jié)提供給所述可控電感的控制繞組的控制電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及電源線的電壓穩(wěn)定系統(tǒng)，其包括可變電感、自耦變壓器和用于控制可變電感以自動(dòng)補(bǔ)償電源線的電壓變化的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可包括控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括處理器單元、設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)單元、反饋單元和整流電路。
文檔編號(hào)G05F1/38GK1745353SQ200380109588
公開日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者F·斯特蘭, E·豪格斯, R·切爾德霍恩 申請(qǐng)人:馬格技術(shù)公司