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CN108141128B - 一种十二相变压器整流器 - Google Patents

一种十二相变压器整流器 Download PDF

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CN108141128B CN201680060884.7A CN201680060884A CN108141128B CN 108141128 B CN108141128 B CN 108141128B CN 201680060884 A CN201680060884 A CN 201680060884A CN 108141128 B CN108141128 B CN 108141128B
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Abstract

本发明涉及一种十二相静态电变压器整流器(1)，包括变压器(4)和用于耦合到负载(3)的第一和第二三相整流器电路(5，6)，变压器(4)包括具有呈星型配置的三个初级线圈(12)的初级电路(10)和包括三个第一次级线圈(13)和与第一次级线圈(13)不同的三个第二次级线圈(14)的次级电路(11)。变压器(4)的次级电路(11)包括通过将次级电路(11)的三个第一次级线圈(13)和三个第二次级线圈(14)电连接在一起形成的六个次级线圈的(13和14)环。

Description

一种十二相变压器整流器
背景技术
本发明涉及一种十二相静电变压器整流器。
电变压器是一种具有初级电路和次级电路的电机。变压器用来修正由电能的交流电源向变压器的初级电路输送的电压和电流的值。
通常在飞行器上，当需要将三相交流电压转换为直流电压同时提供隔离时，采用十二相静态变压器整流器，也称为十二脉冲变压器整流单元(TRU)。
在静态变压器中，能量通过由该变压器本体构成的磁路从初级电路传递到次级电路。这两个电路然后被磁耦合到一起，用来在两个电路之间提供隔离。
如图1所示，通常使用的十二相变压器整流器100由变压器40以及两个六相整流器50和60构成，这两个六相整流器中的每一个由6个二极管70的桥接形成并通过两个相间电感器C耦合到负载3。变压器40包括初级电路110以及两个次级电路111和112，该初级电路110具有呈星型配置的三个初级线圈120，并耦合到电源网络2。
第一次级电路111包括呈星型配置的三个第一次级线圈130，线圈130的每一个自由端子130b耦合到第一三相整流器50的相应分支50a、50b、50c上。
第二次级电路112包括呈三角形配置的三个第二次级线圈140，三角形配置的三个节点140b中的每一个被连接到第二三相整流器60的相应分支60b上。
该拓扑符合航空中对电网期待的网络质量要求。
在这种电路中，变压器的相对中性线次级电压相移30°，也就是π/6。由于在相对中性线次级电压之间的这30°的相移，所以两个次级线路电流之间存在30°的相移。
如果星型初级绕组与星型次级绕组之间的转换比记为m’，星型初级绕组和三角形次级绕组之间的转换比记为m，则可以表明对电路运作而言，m和m’之间存在简单的关系，即：
Figure BDA0001632110160000011
流过次级绕组的电流可以简单地确定。对于三角形次级，次级线路电流和绕组电流之间存在关系。这种关系在一段时间内是有效的，可以写下：
Figure BDA0001632110160000021
其中J2a,J2b,J2c分别是以三角形配置的三个第二次级线圈140中流动的电流，I2a,I2b,I2c分别是以三角形配置的第二次级线圈140耦合到的三个分支60a、60b、60c中每一个的电流，如图1所示。
十二相变压器整流器将三相交流电压，例如具有115V或230V的均方根(rms)电压，转换为28V或者一些其他值的直流电压。该转换由变压器和两个三相整流器所执行。
当前不存在基于十二相变压器整流器的方案，简单可靠，还能更有效地提高电网质量。
发明目的和内容
本发明寻求提供一种用于变压器次级电路的可选配置，使得能够通过最小化甚至消除电力供应网的电流的一次谐波频率来提高电路的质量，从而解除了发电机的负担，提高了电网的整体功率因子。
本发明还提出了一种可靠的AC-DV转换的方案，尽可能简单，廉价，并且具有至少等于当前机载安装的设备的功率密度。
本发明首先提供一种十二相静电变压器整流器，包括变压器，以及用于耦合到负载的第一六相整流器电路和第二六相整流器电路，所述变压器包括具有呈星型配置的三个初级线圈的初级电路和包括三个第一次级线圈和三个与第一次级线圈不同的第二次级线圈的次级电路。
根据本发明的一般特征，所述变压器的次级电路包括通过将次级电路的三个第一次级线圈和三个第二次级线圈电连接在一起形成的六个次级线圈的环。
因此，所述变压器的次级电路提出了用于变压器次级电路的可选配置，变压器次级电路呈现出由六个线圈构成的单个次级环。
该配置还能够提供尽可能简单且廉价的AC-DC转换方案，具有至少等于当前机载安装的设备的功率密度。
在所述电变压器整流器的第一方面中，所述变压器的每个第二次级线圈连接在两个第一次级线圈之间，每个第一次级线圈连接在两个第二次级线圈之间。
因此，次级电路的六边形次级绕组在功能上等同于两个交错的三角形绕组。该设置可以至少提供相同值的输出电压，从而将相同值的电压传递给第一和第二整流器电路。
在所述电变压器整流器的第二方面中，所述变压器的第一次级线圈呈现第一绕线方向，第二次级线圈呈现与第一绕线方向相反的第二绕线方向。
令第一和第二次级线圈的绕线方向相反并将其交替放置，使得可以通过最小化甚至消除电力供应网的电流的第一谐波频率来提高电路的质量，从而解除了发电机的负担，提高了电网的整体功率因子。
在所述电变压器整流器的第三方面中，三个第一次级线圈呈现第一尺寸，三个第二次级线圈呈现与第一尺寸不同的第二尺寸，以这种方式选择所述第一和第二尺寸，使得在第一次级线圈的两个输出端子之间测量到的三个电压同在第二次级线圈的两个输出端子之间测量到的三个电压比起来呈现30°的相移。
为了满足机载电网的质量要求，通过六角次级电路形成的两个三角形配置之间的相移需为30°，也就是π/6，如传统的变压器整流器一样。
两个等效三角次级电路之间的30°的相移可以满足航空标准所需的涉及电流谐波的要求。
第一和第二次级线圈的所述尺寸还可以配置所述变压器，以便在次级电路上测量到的次级电压和初级电路上测量到的初级电压之间获得15°和45°的相移。
在所述电变压器整流器的第四方面中，所述变压器的每个次级线圈的绕线从第一电连接端子延伸至第二电连接端子，第一和第二线圈的第二端子被电连接到第一三相整流器电路，第一和第二线圈的第一端子被电连接到第二六相整流器电路。
这种设置使得能够传送三个振幅相同的第一三相电压至第一整流器电路，以及传送三个振幅相同的第二三相电压至第二整流器电路，这六个电压的振幅都相同。
本发明还提供了一种包括至少一个上文所述的电变压器整流器的电压转换系统。
本发明还提供了一种包括至少一个上文所述的电压转换系统的飞行器。
附图说明
本发明可以通过下面的描述得到更好的理解，以非限定性方式给出并参考附图，其中：
图1，如上文所述，示出了现有技术的变压器整流器；
图2示意性地示出了本发明的一个实施方式的变压器整流器；
图3示意性地示出了图2的变压器整流器的变压器；
图4为示出了常规现有技术的变压器整流器的输入相电流的曲线图；
图5为示出了本发明的一个实施方式的变压器整流器的输入相电流的曲线图；以及
图6为示出了本发明的一个实施方式的二十四脉冲变压器整流器的输入相电流的曲线图。
具体实施方式
图2是包括本发明的一个实施方式中的十二相电变压器整流器1的电气系统的示意图。该变压器整流器1耦合到输入电网2，并通过相间电感器8和9耦合到输出负载3。
该变压器整流器1包括变压器4，第一六相整流器5，以及第二六相整流器6。
每个六相整流器5和6都由连接在三个分支5a、5b、5c和6a、6b、6c中的六个二极管7的电桥构成，每两个二极管7被连接成在同一方向上导通。六相整流器5和6的每个分支5a、5b、5c和6a、6b、6c具有各自的设置在分支5a、5b、5c或6a、6b、6c的两个二极管7之间的输入端25a、25b、25c和26a、26b、26c，使得第一二极管7对在分支5a、5b、5c或6a、6b、6c中正向流动的电流是导通的，而第二二极管7是不导通的，相反地，使得第二二极管7对在分支5a、5b、5c或6a、6b、6c中负向流动的电流是导通的，而第一二极管7是不导通的。
两个整流器5和6的每一个都具有其输出，该输出通过两个相间电感器8和9耦合到负载3。
所述变压器4具有初级电路10和次级电路11。
所述初级电路10由三个呈星型配置的初级线圈12构成。因此所述初级电路10的每个初级线圈12具有耦合到另外两个初级线圈12的第一端子12a，以及与第一端子12a不同的第二端子12b，并且第二端子12b电连接到电力供应网2的相2a、2b、2c中的相应相。作为示例，每个初级线圈12的第二端子12b被连接到与在所描述的实施例中的其他相2b、2c不同的相应相2a，其他相被连接到另外两个初级线圈12的第二端子12b上。
次级电路12，在图3中被详细地示出，形成了六个次级线圈13和14所组成的环。更具体地，所述环包括三个第一次级线圈13和三个第二次级线圈14。
所述三个第一次级线圈13具有相同的第一尺寸，并且它们沿相同的第一绕线方向缠绕。所述三个第二次级线圈14具有相同的、不同于第一尺寸的第二尺寸，并且它们沿相同的、不同于第一绕线方向的第二绕线方向缠绕。
由于线圈仅具有两个可能的绕线方向，所以第二绕线方向与第一绕线方向相反。线圈13和14的绕线方向在图3中以常规方式表示，通过圆圈中的点表示第一绕线方向，通过圆圈中的叉表示第二绕线方向。
因此，如果考虑到每个次级线圈13和14都具有绕线开端15和绕线终端16，每一个所述次级线圈13或14从所述绕线开端15缠绕到绕线终端16，如图3所示，那么次级电路12具有三个第一节点17和三个第二节点18，每一个第一节点17分别与第一次级线圈13的绕线开端15和第二次级线圈的绕线开端15相耦合，同时，每个第二节点18都与第一次级线圈13的绕线终端16和第二次级线圈的绕线终端16相耦合。
所述三个第一节点17中的每一个都电连接到第一整流电路5的相应不同分支25a、25b、25c上。
所述三个第二节点18中的每一个都电连接到第二整流电路6的相应不同分支26a、26b、26c上。
所述第一和第二次级线圈13和14具有各自的第一和第二尺寸，该第一和第二尺寸被选择来在两个次级电压之间呈现30°的相移，在次级电压和初级电压之间呈现15°和45°的相移，以便与初级电流的基频同相。
与具有包括三个如图1所示呈三角形配置的次级线圈和三个如图1所示呈星型配置的次级线圈的现有技术的变压器整流器相比，所述变压器整流器1的变换率如下：
Figure BDA0001632110160000051
Figure BDA0001632110160000052
其中m'是如图1所示的常规变压器整流器的星型初级绕组与星型次级之间的变换率；m1是星型初级绕组与所述变压器整流器1的六边形的长边所呈现的绕组，也就是第一次级线圈13，之间的变换率；m2是星型初级绕组与所述变压器整流器1的六边形的短边所呈现的绕组，也就是第二次级线圈14，之间的变换率。
本发明的变压器整流器1，当与具有如图1所示的两个次级电路和并具有等效功率的变压器整流器并联使用时，用于最小化甚至消除以这种方式构成的网络的第十一和第十三电流谐波。
具体地，这特别取决于输入电流的波形。图4是常规现有技术变压器整流器的输入相电流的曲线图，电流I绘制在纵坐标轴上，相θ绘制在横坐标轴上。曲线C1表示中性相电压。常规变压器整流器的相的输入电流的波形为图4中曲线C2的波形。本发明的变压器整流器1的同相的输入电流的波形为图5中曲线C3的波形，其纵坐标轴为电流I横坐标轴为相θ。为了便于比较，图4的曲线C1和C2也绘制在了图5上。两个输入电流的和则对应于由图6的曲线C4上的波形给出的二十四脉冲变压器整流器的输入相电流的波形，从而，当由两个十二相变压器吸收的功率相等时，便消除了电流谐波11和13。由于两个12相变压器整流器的水平部分呈现出相移，该相移通过本发明的变压器整流器1的初级和次级绕组的特定几何形状产生的π/12角而获得，因此获得该结果。

Claims (6)

1.一种十二相静电变压器整流器，包括变压器，用于耦合到负载的第一和第二三相整流器电路，变压器包括具有三个呈星型配置的初级线圈的初级电路和包括三个第一次级线圈和三个不同于第一次级线圈的第二次级线圈的次级电路；
其中它的次级电路包括通过将次级电路的三个第一次级线圈和三个第二次级线圈电连接在一起形成的六个次级线圈的环；其中所述变压器的每个次级线圈的绕线从第一电连接端子延伸至第二电连接端子，第一和第二线圈的第二电连接端子被电连接到第一三相整流电路，第一和第二线圈的第一电连接端子被电连接到第二三相整流电路。
2.根据权利要求1所述的十二相静电变压器整流器，其中所述变压器的每个第二次级线圈连接在两个第一次级线圈之间，每个第一次级线圈连接在两个第二次级线圈之间。
3.根据权利要求1所述的十二相静电变压器整流器，其中所述变压器的第一次级线圈呈现第一绕线方向，第二次级线圈呈现与第一绕线方向相反的第二绕线方向。
4.根据权利要求1所述的十二相静电变压器整流器，其中三个第一次级线圈呈现第一尺寸，三个第二次级线圈呈现与第一尺寸不同的第二尺寸，以这样的方式选择所述第一和第二尺寸，使得在第一次级线圈的两个输出端子之间测量到的三个电压同在第二次级线圈的两个输出端子之间测量到的三个电压比起来呈现30°的相移。
5.一种包括至少一个根据权利要求1所述的十二相静电变压器整流器的电压转换系统。
6.一种包括至少一个根据权利要求5所述的电压转换系统的飞行器。
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GR01 Patent grant
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