一種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，包括變壓器繞組和非正交解耦繞組，所述變壓器繞組和非正交解耦繞組繞制在同一鐵芯上，所述非正交解耦繞組包括偶數(shù)段匝數(shù)相等、繞向相反的串聯(lián)線圈。本發(fā)明將非正交解耦理論應(yīng)用于工程上變壓器等電氣裝備的特定繞組間的解耦，即通過特殊設(shè)計的繞組排布方式，使某對或某些對繞組間只有磁耦合而無功率耦合。因其能以非正交的排列形式實現(xiàn)解耦，與正交解耦相比，能有效地減小裝備體積、提高制造材料利用率。
【專利說明】—種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁場領(lǐng)域，特別是一種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)電磁場理論，磁場由電流產(chǎn)生，即若導(dǎo)體中通以電流，則該載流導(dǎo)體的周圍將產(chǎn)生相應(yīng)的磁場。而在實際中，載流導(dǎo)體往往繞制成線圈(繞組)的形式，這些線圈之間由各自的磁場相互聯(lián)系的物理現(xiàn)象稱為磁耦合。對于其中的某兩個載流線圈，功率若能從一個線圈傳輸?shù)搅硗庖粋€，則稱它們之間存在功率耦合，并稱這類線圈為耦合線圈。
[0003]耦合電感是從實際耦合線圈中抽象出來的一種電路模型，它反映了電流在耦合線圈中產(chǎn)生的磁通及磁場能量相互耦合、相互關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。工程上通常用耦合因數(shù)A來表示
兩個線圈磁耦合的緊密程度，即有改變耦合線圈的形狀、幾何位置等可以相
應(yīng)地改變耦合電感的耦合因數(shù)。實際上，當(dāng)自感Z1和Z2 —定時，若上述因素發(fā)生變化時，互感#的大小會相應(yīng)地改變j往往也隨之改變。若兩個線圈呈相互垂直的排布方式，則耦合因數(shù)々=O即為無耦合，也就是空間上若兩線圈是呈正交排列的，則其中一個載流線圈產(chǎn)生的磁力線不會與另一個的磁力線產(chǎn)生交鏈，這是一種繞組解耦方式，稱為電磁正交解耦。
[0004]變壓器是電工技術(shù)中常用的電氣設(shè)備，是耦合電感繞組在工程實際應(yīng)用中的典型例子，它是由兩個或多個具有互感的繞組繞制在鐵芯上而構(gòu)成的。變壓器通過變化的電磁場進(jìn)行電磁能的轉(zhuǎn)換和傳輸，將電磁能從原邊繞組傳輸?shù)介]合的副邊繞組，或者說它通過電磁感應(yīng)將耦合功率從供電端輸送至閉合的受電端。在多繞組變壓器中，要實現(xiàn)某繞組與另一繞組的電磁解耦，需要將它們進(jìn)行垂直放置，這樣就需要特殊的鐵芯設(shè)計，以使得這兩個繞組呈正交排列，或者通過加長鐵芯磁路以增加磁阻的方式來減小耦合因數(shù)，然而這兩種方法均會增大變壓器本身的體積、重量和成本，不利于工程上的應(yīng)用和推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，使得某兩個繞組或多個繞組之間僅有磁交鏈而無功率交換。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，包括變壓器繞組和非正交解耦繞組，其特征在于，所述變壓器繞組和非正交解耦繞組繞制在同一鐵芯上，所述非正交解耦繞組包括偶數(shù)段匝數(shù)相等、繞向相反的串聯(lián)線圈。
[0007]所述非正交解耦繞組的相鄰兩段線圈之間的垂直距離為2(T30mm ;所述非正交解耦繞組的線圈與鐵芯之間的絕緣距離為KTlOOmm;非正交解耦繞組的每段線圈的纏繞平均半徑為15?90mm ;每段線圈在所述鐵芯上的軸向長度為5(Tl50mm ;每段線圈繞制后的輻向長度為15?50mm。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明將非正交解耦理論應(yīng)用于工程上變壓器等電氣裝備的特定繞組間的解耦，即通過特殊設(shè)計的繞組排布方式，使某對或某些對繞組間只有磁耦合而無功率耦合。因其能以非正交的排列形式實現(xiàn)解耦，因而與正交解耦相比，能有效地減小裝備體積、提高制造材料利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為應(yīng)用于變壓器中的繞組非正交解耦原理圖；
圖2 (a)為應(yīng)用于變壓器中的非正交解耦繞組排布示意圖一；圖2 (b)為圖2 (a)的工程實現(xiàn)方式圖；圖2 (C)為應(yīng)用于變壓器中的非正交解耦繞組排布示意圖二 ；
其中，3~8均為繞組；
圖3為應(yīng)用于變壓器中非正交解耦繞組的兩段繞組結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1，假設(shè)繞組I為變壓器繞組，繞組2為解耦繞組，通電時，繞組I在空間產(chǎn)生磁場，則已分成偶數(shù)段的繞組2中的每一段都有感應(yīng)電勢，這表明繞組I和2之間存在磁場耦合；然而從整體上看，繞組2中的感應(yīng)電勢是各段線圈感應(yīng)電勢之和，由于兩兩線圈匝數(shù)相等、繞向相反，因而總感應(yīng)電勢為零。這樣，當(dāng)繞組2外接負(fù)荷形成閉環(huán)時，并不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就不會存在功率耦合。反之繞組2由于是內(nèi)部的兩兩線圈匝數(shù)相等、繞向相反，因此在繞組I中產(chǎn)生偶數(shù)個大小相等、方向相反的感應(yīng)電勢,從而繞組2對繞組I的感應(yīng)電勢亦為零。從上述分析可知，繞組I和繞組2借助電磁感應(yīng)巧妙地實現(xiàn)了功率解耦，且它們并不需要呈正交排列，故稱非 正交解耦。
[0011]為方便進(jìn)一步敘述，先對電動勢的下標(biāo)進(jìn)行說明，如」^表示繞組i對繞組J產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。
[0012]如圖1和圖2 Ca)所示，對繞組I和繞組I進(jìn)行非正交解耦分析，繞組I兩端施加電壓-- ,則其在繞組I上產(chǎn)生電動勢爲(wèi)，在繞組3和4上分別產(chǎn)生感應(yīng)電動勢爲(wèi)!和<
。由于繞組3和4是反向串聯(lián)且匝數(shù)相等的，則鳥1和鳥1是等值反向的，故電動勢矣在繞
組I感生的總電動勢私為零，即便繞組I兩端形成回路，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，繞
組I兩端施加電壓.1?,繞組3和4產(chǎn)生的電動勢分別為毛和毛，它們在繞組I產(chǎn)生的電
動勢分別為爲(wèi)1和，顯然這兩者也是等值反向的，故總電動勢鳥為零，在繞組I形成的
回路中亦無感應(yīng)電流產(chǎn)生，從而繞組I和I之間不會存在功率耦合現(xiàn)象。同理，繞組I可以實現(xiàn)與繞組2之間的功率解耦。
[0013]值得說明的是，繞組I為原邊繞組，繞組2為副邊繞組，由于繞組I已實現(xiàn)了功率解耦，因而原邊傳輸?shù)墓β誓軌蛘５貍鬏斨粮边叺呢?fù)載，不會造成功率損失；另外，由于繞組I的獨立性，由與上述類似的分析可知，從整體上看，它們之間、它們各自與變壓器繞組之間都能實現(xiàn)解耦，并且分別形成了獨立的非正交解耦繞組。
[0014]解耦繞組的偶數(shù)段繞組在豎直方向上呈上下排布，一種簡單的變壓器非正交解耦繞組排布設(shè)計如圖2(a)所示。圖示中變壓器的某一相的解耦繞組I由匝數(shù)相等、繞向相反的兩串聯(lián)部分組成，并滿足對稱性等要求，則根據(jù)非正交解耦理論分析，繞組I和1、2之間可以實現(xiàn)功率解耦，一方面形成了非正交繞組，另一方面卻不影響原邊繞組I對副邊繞組2的功率傳輸。在工程實際中，為了保證非正交解耦的效果及非正交解耦繞組的獨立性，還需考慮漏磁場的影響，特別是非正交解耦繞組之間的漏磁場有重疊的問題。若設(shè)置兩個解耦繞組，其工程實現(xiàn)方式可如圖2(b)所示。對于非正交解耦繞組I和II，由于兩者之間的距離相隔較遠(yuǎn)，一般垂直距離大于200mm，因而它們的漏磁場無交鏈，故能夠保證良好的獨立性。對于非正交解耦繞組III，為了保證工程實際中的解耦效果，采用如圖2(c)所示的排布方式，與I和II之間均保持一定的絕緣距離，具體地，軸向距離應(yīng)大于0，輻向距離為10?35mm。
[0015]如圖3所示，對于單個非正交解耦繞組的結(jié)構(gòu)，相鄰兩段線圈之間的垂直距離a為2(T30mm;線圈與鐵芯之間的絕緣距離為l(Tl00mm ;每段線圈的纏繞平均半徑e為15?90mm ;每段線圈在鐵芯上的軸向長度b為5(Tl50mm ;每段線圈繞制后的福向長度c為15?50mmo
【權(quán)利要求】
1.一種可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，包括變壓器繞組和非正交解耦繞組，其特征在于，所述變壓器繞組和非正交解耦繞組繞制在同一鐵芯上，所述非正交解耦繞組包括偶數(shù)段匝數(shù)相等、繞向相反的串聯(lián)的線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，其特征在于，所述非正交解耦繞組的相鄰兩段線圈之間的垂直距離為2(T30mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，其特征在于，所述非正交解耦繞組的線圈與鐵芯之間的絕緣距離為10-1OOmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，其特征在于，非正交解耦繞組的每段線圈的纏繞平均半徑為15~90mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，其特征在于，非正交解耦繞組的每段線 圈在所述鐵芯上的軸向長度為5(Tl50mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可實現(xiàn)繞組非正交解耦的變壓器，其特征在于，非正交解耦繞組的每段線圈繞制后的福向長度為15~50_。
【文檔編號】H01F27/28GK104021922SQ201410236610
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】梁崇淦, 李勇, 羅隆福, 廖聞迪, 許加柱, 祁琦, 朱軍 申請人:湖南大學(xué), 中國船舶重工集團公司第七一二研究所