專(zhuān)利名稱(chēng)：移相變壓器以及帶有該移相變壓器的電能傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種移相變壓器以及帶有該移相變壓器的電能傳輸裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、潮汐發(fā)電等可再生能源的發(fā)電利用越來(lái)越受到人們的關(guān)注。這些新能源發(fā)電系統(tǒng)的普遍特點(diǎn)是發(fā)電設(shè)備分散、單機(jī)容量小、分布面積廣、輸出電壓電流不穩(wěn)定，如何將這些可再生能源發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能高效、可靠、低成本地回饋至電網(wǎng)，使發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒┕I(yè)、民用直接使用的三相電，是目前我國(guó)及世界范圍內(nèi)急需解決的問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)的一種風(fēng)力發(fā)電電能回饋設(shè)備采用交流勵(lì)磁線繞式轉(zhuǎn)子雙饋電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)中采用位于轉(zhuǎn)子側(cè)功率變流器，調(diào)節(jié)雙饋電機(jī)的交流勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)出電能，并直接回饋入電網(wǎng)。由于雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，一般需要低壓并且能夠四象限運(yùn)行的功率變流器，如可四象限運(yùn)行的交-直-交兩電平變頻器，圖1為現(xiàn)有技術(shù)可四象限運(yùn)行的交-直-交兩電平變頻器的原理圖，如圖1所示，該方案變頻器僅處理轉(zhuǎn)差功率，一般額定功率為發(fā)電機(jī)容量的三分之一左右，并且也屬于低壓變流器，因此變流器的成本、體積大大降低，但該方案所存在的問(wèn)題是，由于發(fā)電機(jī)采用線繞式轉(zhuǎn)子，并通過(guò)滑環(huán)交流勵(lì)磁，使發(fā)電機(jī)體積及成本增加，由于滑環(huán)的使用，致使發(fā)電機(jī)故障率高，維護(hù)費(fèi)用高。現(xiàn)有技術(shù)的另一種風(fēng)力發(fā)電電能回饋設(shè)備采用永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。該方案中，風(fēng)機(jī)葉輪帶動(dòng)永磁發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)出的電能經(jīng)過(guò)功率變流器的變頻調(diào)制后，變?yōu)榕c電網(wǎng)匹配的三相交流電，并回饋入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變速恒頻發(fā)電，圖2為現(xiàn)有技術(shù)一種永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖，圖3為現(xiàn)有技術(shù)另一種永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖，如圖2、圖3所示，該方案解決了上述方案中發(fā)電機(jī)可靠性的問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行故障率低，但由于該方案中變流器功率與發(fā)電機(jī)功率相同，并需要使用大量的電解電容器，因此變流器成本很高，變流設(shè)備體積大。圖4為現(xiàn)有技術(shù)采用電流型變流器的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖，如圖4所示，該系統(tǒng)使用了半可控功率半導(dǎo)體器件晶閘管，該方式雖然成本較低，但網(wǎng)側(cè)諧波污染嚴(yán)重，功率因數(shù)低，還需要額外增加諧波治理設(shè)備，使總造價(jià)提高。常見(jiàn)的逆變電路如圖5所示，圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的一種逆變電路的原理圖。逆變電路通常應(yīng)用于電路中通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通，關(guān)斷，使得電路中的能量可以雙向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，可以應(yīng)用于多種電路。移相變壓器應(yīng)用在大功率變流裝置中，副邊可以采用多組繞組，降低功率器件的電壓；多重化設(shè)計(jì)降低電網(wǎng)側(cè)電流諧波，提高了輸入側(cè)的功率因數(shù)，對(duì)電網(wǎng)污染少?，F(xiàn)有技術(shù)中，如果多組逆變電路同時(shí)工作，在大功率的條件下，使用移相變壓器來(lái)降低網(wǎng)側(cè)電流諧波，是常用的方法。圖6是現(xiàn)有技術(shù)中的一種移相變壓器的示意圖。圖6中的移相變壓器副邊為三角形接線，原邊為星型接線，副邊采用延邊三角形的接線方式，連接三組變流電路，原邊接電網(wǎng)側(cè)。圖7為現(xiàn)有技術(shù)中移相變壓器和變流電路的一種接線圖?，F(xiàn)有的移相變壓器接線電路，多為圖7的擴(kuò)展，即多組變流電路，增加移相變壓器的副邊的繞組，但是副邊各繞組的電壓均相同。如果要求副邊繞組工作在不同的額定電壓，那么現(xiàn)有的變壓器，則需要增加變壓器的數(shù)量，變壓器成本增加，占地面積增大，且在原邊的接線也復(fù)雜。在相關(guān)的技術(shù)方案中，發(fā)電設(shè)備向電網(wǎng)回饋電能時(shí)存在諧波污染嚴(yán)重、功率因數(shù)低，并且在需要移相變壓器的副邊繞組工作在不同額定電壓時(shí)，所需移相變壓器成本較高、占地面積較大。對(duì)于這些問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供電能回饋裝置以解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電設(shè)備向電網(wǎng)回饋電能時(shí)諧波污染嚴(yán)重、功率因數(shù)低，并且移相變壓器的成本較高、占地面積較大的問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種移相變壓器。本發(fā)明的移相變壓器包括原邊繞組和多路副邊繞組，其中的每路繞組具有兩種以上變比的輸出端。進(jìn)一步地，每路副邊繞組中的各個(gè)輸出端與其他路副邊繞組中的各個(gè)輸出端的變比對(duì)應(yīng)相同。進(jìn)一步地，所述移相變壓器的原邊為分裂繞組。進(jìn)一步地，所述移相變壓器的副邊為延邊三角形接線形式。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種電能傳輸裝置。本發(fā)明的這種電能傳輸裝置包括整流橋電路、逆變電路和移相變壓器，其中，所述整流橋電路、逆變電路和移相變壓器串聯(lián)，所述整流橋電路具有用于與三相電源的三相輸出端連接的端口，所述移相變壓器為權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的移相變壓器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了又一種電能傳輸裝置。本發(fā)明的這種電能傳輸裝置包括背靠背雙脈寬調(diào)制三相逆變橋電路和移相變壓器，所述背靠背雙脈寬調(diào)制三相逆變橋電路的一端用于連接電源或負(fù)載，另一端與所述移相變壓器連接，所述移相變壓器為權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的移相變壓器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了又一種電能傳輸裝置。本發(fā)明的這種電能傳輸裝置包括多個(gè)單相整流橋電路和多個(gè)三相全控橋式電路，以及本發(fā)明中的移相變壓器，其中多個(gè)單相整流橋電路的第一輸入端用于與交流電源各相輸出端一對(duì)一連接，第二輸入端連接在一起；每個(gè)所述三相全控橋式電路的兩個(gè)輸入端分別與每個(gè)所述整流橋電路的兩個(gè)輸出端連接，或者，每個(gè)所述三相全控橋式電路的兩個(gè)輸入端分別通過(guò)電感與每個(gè)所述整流橋電路的兩個(gè)輸出端連接；所述三相全控橋式電路的輸入端分別與所述移相變壓器的多路副邊繞組連接。進(jìn)一步地，本發(fā)明的這種電能傳輸裝置還包括至少一個(gè)脈寬調(diào)制三相逆變橋電路，其三個(gè)輸出端分別經(jīng)由串接電感或分別經(jīng)由串接電感和電容，與所述三相全控橋式電路的三個(gè)輸出端連接，或者單獨(dú)與所述移相變壓器的多路副邊繞組連接。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，移相變壓器的副邊繞組的每路繞組具有兩種以上變比的輸出端，從而使得移相變壓器副邊具有多個(gè)額定電壓。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以使變流電路工作在多種電壓下，而且節(jié)省了移相變壓器占地面積和成本。


此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為現(xiàn)有技術(shù)可四象限運(yùn)行的交-直-交兩電平變頻器的原理圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)一種永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)另一種永磁發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖；圖4為現(xiàn)有技術(shù)采用電流型變流器的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的原理圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的一種逆變電路的原理圖；圖6是現(xiàn)有技術(shù)中的一種移相變壓器的示意圖；圖7為現(xiàn)有技術(shù)中移相變壓器和變流電路的一種接線圖；圖8是根據(jù)本實(shí)施例中的移相變壓器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9是一種適用于本實(shí)施例中移相變壓器的變流電路結(jié)構(gòu)的示意圖；圖10是另一種適用于本實(shí)施例中移相變壓器的變流電路結(jié)構(gòu)的示意圖；圖11是一種適用于本實(shí)施例中移相變壓器的電能回饋電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。圖8是根據(jù)本實(shí)施例中的移相變壓器結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖8所示，本實(shí)施例中的移相變壓器包括原邊繞組81和副邊繞組82。圖中示出了副邊有三路繞組的情形。與現(xiàn)有的移相變壓器不同的是，本實(shí)施例中的移相變壓器的副邊繞組的每路繞組具有兩種以上變比的輸出端。為示意清晰，圖中僅示出副邊繞組具有兩組輸出端的情形，例如對(duì)于一路繞組811，其兩組輸出端分別為輸出端1以及輸出端2。這樣副邊繞組就具有了一種以上的額定電壓，而且沒(méi)有增加變壓器數(shù)量，比起使用多臺(tái)移相變壓器來(lái)說(shuō)，本實(shí)施例中的方式占地面積較小，同時(shí)節(jié)省了變壓器成本。本實(shí)施例中的移相變壓器的輸出端可以是從延邊三角形繞組中弓丨出中間抽頭，弓丨出位置根據(jù)輸出端所要連接的負(fù)載或電源的額定電壓確定。對(duì)于輸出端需要連接多相負(fù)載或電源的情況，圖8中的副邊繞組82的每路副邊繞組中的各個(gè)輸出端變比可以是與其他路副邊繞組的各個(gè)輸出端變比對(duì)應(yīng)相同。例如，圖8中輸出端1、3、5的變比相同，輸出端2、4、6的變比相同，這樣，在原邊電壓給定的情況下，副邊繞組具有兩種額定電壓并適用于多相負(fù)載或電源。本實(shí)施例中的移相變壓器原邊可以采用分裂繞組，圖8示出了三分裂的形式。采用分裂繞組可以增大變壓器的短路阻抗，從而減小短路電流。以下對(duì)本實(shí)施例中的電能傳輸裝置的結(jié)構(gòu)作出說(shuō)明。本實(shí)施例中的電能傳輸裝置中包含有本實(shí)施例中的移相變壓器。圖9是一種適用于本實(shí)施例中移相變壓器的變流電路結(jié)構(gòu)的示意圖。
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如圖9所示，三相電源側(cè)91可以接三相電源例如三相交流發(fā)電機(jī)，交流三相側(cè)92與本實(shí)施例中的移相變壓器的輸出端連接?？梢钥闯?，應(yīng)用本實(shí)施例中的移相變壓器，三相電源側(cè)91可以連接多種額定電壓的電源。圖10是另一種適用于本實(shí)施例中移相變壓器的變流電路結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖10所示，背靠背雙脈寬調(diào)制PWM逆變橋電路負(fù)載或電源側(cè)101可以接三相電源或三相負(fù)載，交流三相側(cè)102與本實(shí)施例中的移相變壓器的輸出端連接。如果幾路背靠背雙PWM逆變橋電路同時(shí)工作，也可以使用本實(shí)施例中的移相變壓器，達(dá)到濾除諧波和減小變壓器體積的效果。圖11是一種適用于本實(shí)施例中移相變壓器的電能回饋電路結(jié)構(gòu)的示意圖。圖11中的電能回饋電路包括三個(gè)整流橋電路以及與每個(gè)整流橋電路連接的三相全控橋式電路，每個(gè)整流橋電路包括第一輸入端和第二輸入端，例如虛線框111中的整流橋電路中，第一輸入端和第二輸入端分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)。在圖11中示出的這種電能回饋裝置中，三個(gè)整流橋電路的第二輸入端連接在一起，連接點(diǎn)如圖中所示的0點(diǎn)。圖11中的三個(gè)整流橋電路的三個(gè)第一輸入端用于與交流電源三相輸出端一對(duì)一連接，圖11中示出了交流電源112。該交流電源可以是可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，可以是三相交流電源，也可以是多相交流電源。圖11中的整流橋電路中的整流元件可以采用晶閘管，也可以采用二極管。圖11中示出了采用晶閘管的情形。采用圖11所示的電能回饋裝置，能夠?qū)涣麟娫吹母飨噍敵龇謩e進(jìn)行處理，因此在將處理過(guò)的各相輸出進(jìn)行逆變處理之后回饋至電網(wǎng)時(shí)，有助于降低該交流電源向電網(wǎng)回饋電能時(shí)產(chǎn)生諧波污染，并有助于提高該交流電源回饋至電網(wǎng)的電能的功率因數(shù)。在圖11中，每個(gè)整流橋電路的輸出端連接三相全控橋式電路，該三相全控橋式電路可以是晶閘管三相全控橋式電路。在連接三相全控橋式電路后，圖11中的電能回饋裝置可以利用其中的三相全控橋式電路對(duì)交流電源112回饋至電網(wǎng)的電能作進(jìn)一步處理，有助于提高電能質(zhì)量。圖11中的三相全控橋式電路的輸入端分別與移相變壓器的多路副邊繞組連接，具體可以是連接至具有相同變比的繞組輸出端，從而使得傳送到電網(wǎng)的電能質(zhì)量提高，電流波形諧波減少。在利用圖11中的電能回饋電路結(jié)合本實(shí)施例中的移相變壓器將電能回饋至電網(wǎng)時(shí)，還可以進(jìn)一步使用PWM三相逆變橋電路來(lái)改善電能質(zhì)量。PWM三相逆變橋電路的三個(gè)輸出端可以分別經(jīng)由串接電感或分別經(jīng)由串接電感和電容，與圖11中的三相全控橋式電路的三個(gè)輸出端連接，或者單獨(dú)與移相變壓器的多路副邊繞組連接。從以上的描述中可以看出，在本實(shí)施例中，移相變壓器副邊繞組的每路繞組具有兩種以上變比的輸出端，從而使得移相變壓器副邊具有多個(gè)額定電壓。本實(shí)施例中以延邊三角形為例做出說(shuō)明，另外本實(shí)施例中的繞組也可以采用其他連接方式。采用本實(shí)施例的技術(shù)方案，可以使變流電路工作在多種電壓下，而且節(jié)省了變壓器占地面積和成本。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種移相變壓器，包括原邊繞組和多路副邊繞組，其特征在于，對(duì)于所述移相變壓器的多路副邊繞組，其中的每路繞組具有兩種以上變比的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相變壓器，其特征在于，每路副邊繞組中的各個(gè)輸出端與其他路副邊繞組中的各個(gè)輸出端的變比對(duì)應(yīng)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相變壓器，其特征在于，所述移相變壓器的原邊為分裂繞組。
4 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移相變壓器，其特征在于，所述移相變壓器的副邊為延邊三角形接線形式。
5.一種電能傳輸裝置，包括整流橋電路、逆變電路和移相變壓器，其中，所述整流橋電路、逆變電路和移相變壓器串聯(lián)，所述整流橋電路具有用于與三相電源的三相輸出端連接的端口，其特征在于，所述移相變壓器為權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的移相變壓器。
6.一種電能傳輸裝置，包括背靠背雙脈寬調(diào)制三相逆變橋電路和移相變壓器，所述背靠背雙脈寬調(diào)制三相逆變橋電路的一端用于連接電源或負(fù)載，另一端與所述移相變壓器連接，其特征在于，所述移相變壓器為權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的移相變壓器。
7.一種電能傳輸裝置，其特征在于，包括多個(gè)單相整流橋電路；多個(gè)三相全控橋式電路；權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的移相變壓器；其中，所述多個(gè)單相整流橋電路的第一輸入端用于與交流電源各相輸出端一對(duì)一連接，第二輸入端連接在一起；每個(gè)所述三相全控橋式電路的兩個(gè)輸入端分別與每個(gè)所述整流橋電路的兩個(gè)輸出端連接，或者，每個(gè)所述三相全控橋式電路的兩個(gè)輸入端分別通過(guò)電感與每個(gè)所述整流橋電路的兩個(gè)輸出端連接；所述三相全控橋式電路的輸入端分別與所述移相變壓器的多路副邊繞組連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電能傳輸裝置，其特征在于，還包括至少一個(gè)脈寬調(diào)制三相逆變橋電路，其三個(gè)輸出端分別經(jīng)由串接電感或分別經(jīng)由串接電感和電容，與所述三相全控橋式電路的三個(gè)輸出端連接，或者單獨(dú)與所述移相變壓器的多路副邊繞組連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種移相變壓器以及帶有該移相變壓器的電能傳輸裝置，以減小移相變壓器的占地面積并降低其成本。本發(fā)明中的移相變壓器包括原邊繞組和多路副邊繞組，其中的每路繞組具有兩種以上變比的輸出端。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，移相變壓器副邊可接多種電壓等級(jí)的電路，無(wú)需增加移相變壓器數(shù)量，從而減小了其占地面積并降低了其成本。
文檔編號(hào)H01F27/28GK102568799SQ201110457739
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者張東勝 申請(qǐng)人:新能動(dòng)力(北京)電氣科技有限公司