包括斯科特接线的三相/两相旋转变压器.pdf

本发明涉及一种三相/两相旋转变压器(10)，其特征在于，其包括第一单相旋转变压器(11)和第二单相旋转变压器(21)。第一变压器(11)包括：由铁磁材料制成的第一体(12)，所述第一体限定了第一槽(14)、位于所述第一槽(14)中的第一线圈(16)；由铁磁材料制成的第二体(13)，所述第二体限定了第二槽(15)和位于所述第二槽(15)中的第二线圈(17)。所述第二变压器(21)包括：由铁磁材料制成的第三体(22)，所述第三体限定了第三槽(24)、位于所述第三槽(24)中的第三线圈(26)；由铁磁材料制成的第四体(23)，所述第四体限定了第四槽(25)和位于所述第四槽(25)中的第四线圈(27)。所述第一线圈(16)的一个端子连接到所述第三线圈(26)的中点。所述第一体(12)、所述第一线圈(16)、所述第三体(22)和所述第三线圈(26)形成所述变压器(10)的三相部分(31)，而所述第二体(13)、所述第二线圈(17)、所述第四体(23)和所述第四线圈(27)形成所述变压器(10)的两相部分(32)，并且所述三相部分(31)和所述两相部分(32)能够相对于彼此绕所述轴线A旋转运动。

权利要求书
1.  一种三相/两相旋转变压器(10，110，210，310)，其特征在于，其包括第一单相旋转变压器(11)和第二单相旋转变压器(21)，
所述第一变压器(11)包括：由铁磁材料制成的第一体(12)，所述第一体限定了轴线A的第一环槽(14)；位于所述第一槽(14)中的轴线A的n'1匝的第一环形线圈(16)；由铁磁材料制成的第二体(13)，所述第二体限定了向所述第一槽(14)开口的轴线A的第二环槽(15)；和位于所述第二槽(15)中的轴线A的n2匝第二环形线圈(17)；
所述第二变压器(21)包括：由铁磁材料制成的第三体(22)，所述第三体限定了轴线A的第三环槽(24)；位于所述第三槽(24)中的n1匝第三环形线圈(26)；由铁磁材料制成的第四体(23)，所述第四体限定了向所述第三槽(24)开口的轴线A的第四环槽(25)；和位于所述第四槽(25)中的轴线A的n2匝第四环形线圈(27)，
其中，所述第一线圈(16)的一个端子(Oap)连接到所述第三线圈(26)的中点(Obp，Ocp)，
所述第一体(12)、所述第一线圈(16)、所述第三体(22)和所述第三线圈(26)相对于彼此固定并且形成所述变压器(10)的三相部分(31)，
所述第二体(13)、所述第二线圈(17)、所述第四体(23)和所述第四线圈(27)相对于彼此固定并且形成所述变压器(10)的两相部分(32)，并且
所述三相部分(31)和所述两相部分(32)能够相对于彼此绕所述轴线A旋转运动。

2.  根据权利要求1所述的变压器(10，110，210，310)，其中，n'1＝(√3/2)n1。

3.  根据权利要求1或者2所述的变压器(10，110，210，310)，其中，所述第一线圈(16)的所述导电材料的截面和所述第三线圈(26) 的导电材料的截面的比等于√3。

4.  根据权利要求1至3中的任意一项所述的变压器(10，110，210，310)，其中，所述第二线圈(26)包括第一半线圈(26a)和第二半线圈(26b)，所述第一半线圈和所述第二半线圈通过所述中点(Obp，Ocp)接合在一起，对于经由所述第二线圈(26)的所述端子(Bp，Cp)进入的电流(Ipb，Icp)，所述半线圈(26a，26b)的缠绕方向对应于相反方向的磁位(Pb，Pc)。

5.  根据权利要求1至4中的任意一项所述的变压器(210，310)，其还包括至少一组附加的三相或者两相线圈。

6.  根据权利要求1至5中的任意一项所述的变压器(10，210)，其中，所述三相部分(31)相对于所述轴线A包围所述两相部分(32)，或者反之。

7.  根据权利要求1至5中的任意一项所述的变压器(110，310)，其中，所述三相部分(31)和所述两相部分(32)沿着所述轴线A的方向并列。

说明书包括斯科特接线的三相/两相旋转变压器
技术领域
本发明涉及变压器的通用领域。特别地，本发明涉及三相/两相变压器。
背景技术
在某些情形下，可能必须以平衡方式将能量或者信号从三相源转换成两相源。存在一种三相/两相变压器，所述三相/两相变压器是固定的，并且特别地，已知一种“斯科特接线”(Scott connection)和另一种“勒布朗克连接”(Leblanc connection)。
图1是斯科特接线的简图。使用两个单相变压器1和2。变压器1具有n1匝的初级3和具有n2匝的次级6。变压器2具有n'1匝的初级4和具有n2匝的次级7。
在图1中，可以看到：
·A、B和C，其作为用于连接到三相电网的点；
·Ia、Ib和Ic，其作为经由点A、B和C进入的三相电流；和
·V1、I1、V2、I2，其作为两相电压和电流。
变压器1具有连接在三相电网的端子A和B之间的n1匝初级3。变压器2具有连接在三相电网的端子C和变压器1的初级3的中点5之间的n'1匝初级4。
初级电压正交，同样二次电压V1和V2也正交。
对于n'1＝(√3/2)n1而言，二次电压V1和V2具有相同的值并且它们正交。通过以下公式给出电流的比：
IcI2=23n2n1]]>
当期望在相对于彼此旋转的参考系中以平衡的方式将能量或者信 号由三相源转换成两相源时，一个解决方案是使用固定三相/两相变压器和两个单相旋转变压器。另一种解决方案是使用以勒布朗连接的方式连接的三个单相旋转变压器。
然而，这两个解决方案皆需要相当大的重量和体积。而且，第一种解决方案在接通时面临电流涌入的问题以及剩余磁化强度的问题。
因此需要一种改进的解决方案，所述改进的解决方案使得能够在相对彼此旋转的参考系中以平衡的方式将能量从三相源转换成两相源。
发明内容
本发明提供了一种三相/两相旋转变压器，其特征在于其包括第一单相旋转变压器和第二单相旋转变压器，
第一变压器包括由铁磁材料制成的第一体，所述第一体限定了：轴线A的第一环槽；位于第一槽中的轴线A的n'1匝第一环形线圈；由铁磁材料制成的第二体，所述第二体限定了：轴线A的第二环槽，所述第二环槽向第一槽开口；和位于第二槽中的轴线A的n2匝第二环形线圈；
第二变压器包括：由铁磁材料制成的第三体，所述第三体限定了轴线A的第三环槽、第三槽中的轴线A的n1匝第三环形线圈；由铁磁材料制成的第四体，所述第四体限定了向第三槽开口的轴线A的第四环槽和位于第四槽中的轴线A的n2匝的第四环形线圈，
其中，第一线圈的一个端子连接到第三线圈的中点，
第一体、所述第一线圈、第三体和第三线圈相对于彼此固定并且形成变压器的三相部分，
第二体、所述第二线圈、所述第四体和第四线圈相对于彼此是固定的并且形成了变压器的两相部分，并且
三相部分和两相部分能够相对于彼此绕轴线A旋转运动。
因为由两个单相旋转变压器构成的同一变压器首先实施三相/两相变压器的功能，其次提供相对于彼此旋转的两个参考系之间的传输， 所以在有限体积和重量的条件下实施这两个功能。而且，已经发现的是，这种连接使得能够获得平衡的转换。
在实施例中，n'1＝(√3/2)n1。
第一线圈的导电材料的截面和第三线圈的导电材料的截面之间的比率可以等于√3。因此能够补偿两个线圈之间的匝数差异。这使得能够平衡电阻。在线圈处于与旋转轴线相互不同距离的位置处的情况中，应当相应地重新评估这种比率。
在实施例中，第二线圈包括第一半线圈和第二半线圈，通过中点所述第一半线圈和所述第二半线圈接合在一起，就经由第二线圈的端子进入的电流而言，半线圈的缠绕方向对应于相反方向的磁位。
两相部分还包括至少一组三相线圈。这使得能够提供这样的变压器，所述变压器具有多个次级，所述次级能够以平衡的方式向大于一个的任意数量的负荷提供电力。
三相部分可以相对于轴线A包围两相部分，或者反之。这对应于“U状”实施例。
三相部分和两相部分可以沿着轴线A的方向并列。这对应于“E状”或者“罐状”实施例。
附图说明
参照附图从以下描述中本发明的其它特征和优势将变得显而易见，所述附图示出了不具有限制特征件的实施例。在所述附图中：
图1是现有斯科特接线三相/两相固定变压器的电路图；
图2是本发明的第一实施例中的三相/两相旋转变压器的截面图；
图3A和3B是示出用于图2的变压器的线圈的多种变型连接的电路图；
图4是本发明的第二实施例中的三相/两相旋转变压器的截面图；
图5是具有多个次级的图2的变压器的变型方案的截面图；和
图6是具有多个次级的图4的变压器的变型方案的截面图。
具体实施方式
图2是本发明的第一实施例中的变压器10的截面图。变压器10是三相/两相旋转变压器。
变压器10包括两个单相旋转变压器，即，变压器11和变压器21。
变压器11包括：
·体12，所述体12由铁磁材料制成为轴线A的环形件的形式并且具有形成在其中的槽14，所述槽14向轴线A开口；
·槽14中的轴线A的n'1匝环形线圈16；
·体13，所述体13由铁磁材料制成，且为绕轴线A由体12包围的轴线A的环形件的形式，而且具有形成在其中的槽15，所述槽15向槽14开口；和
·槽15中的轴线A的n2匝环形线圈17。
体12和13能够绕轴线A相对于彼此旋转运动。
以对应的方式，变压器21包括：
·体22，所述体22由铁磁材料制成为轴线A的环形件的形式，并且具有形成在其中的槽24，所述槽24向轴线A开口；
·槽24中的轴线A的n1匝环形线圈26；
·体23，所述体23由铁磁材料制成，且为绕轴线A由体22包围的轴线A的环形件的形式，而且具有形成在其中的槽25，所述槽25向槽24开口；和
·槽25中的轴线A的n2匝环形线圈27。
术语“环形”并不旨在以限制的方式表示通过使得圆绕轴旋转而产生的实体。与此相反，如在示出的示例中，特别地，环形线圈的截面可以是矩形。
线圈26由两个半线圈26a和26b构成，所述两个半线圈26a和26b各个均具有n1/2匝。体22和23能够绕轴线A相对于彼此旋转运动。
在变压器10中，体12和22以及线圈16和26相对于彼此固定。线圈16和26可以连接到三相源。体12和22以及线圈16和26因此 形成变压器10的三相部分31的部件。同样，体13和23以及线圈17和27相对于彼此固定。线圈17和27可以连接到两相源。体13和23以及线圈17和27因此形成变压器10的两相部分32的部件。
三相部分31和两相部分32能够相对于彼此绕轴线A旋转运动。例如，三相部分31可以是定子而两相部分32可以是转子，或者反之。在变型方案中，三相部分31和两相部分32能够相对于固定参考系(未示出)做旋转运动。
而且，由体12和13形成的变压器11的磁路通过空间33与由体22和23形成的变压器21的磁路分离开。换言之，所述变压器11和12磁隔离。
图2还示出了变压器11的磁芯18和变压器21的磁芯28。术语“磁芯”用于表示磁路的由线圈产生的同向磁通最大的部分。
图3A是示出了线圈16和26连接方式的电路图。
在图3中，可以看见：
·Ap、Bp、和Cp，其分别是线圈16、26b和26a的端子，所述线圈16、26b和26a连接到三相电网；
·Oap、Obp、Ocp，其分别是线圈16、26b和26a的端子，所述端子与端子Ap、Bp、和Cp相对；
·Iap、Ibp、和Icp，其分别是进入端子Ap、Bp、和Cp的三相电流；
Pa，其是磁芯18中对应于电流Iap的磁位；
Pb，其是磁芯28中对应于电流Ibp的磁位；和
Pc，其是磁芯28中对应于电流Icp的磁位。
如图3A所示，线圈16的端子Oap连接到线圈26b和26c的端子Obp和Ocp，这由此构成线圈26的中点。
而且，图3A使用以下规则通过黑点示出了线圈16、26a和26b的缠绕方向：
·如果黑点位于左侧并且电流在与黑点相同的一侧进入，则对应的磁位在右侧；
·如果黑点位于左侧而电流在与黑点相反的一侧进入，则对应的磁位在左侧；
·如果黑点位于右侧并且电流在与黑点相同的一侧进入，则对应的磁位在右侧；
·如果黑点位于右侧而电流在与黑点相反的一侧进入，则对应的磁位在左侧。
给定线圈26a和26b的缠绕方向，则能够发现磁芯28中的磁位Pb和Pc方向相反。图3B示出了针对缠绕方向的变型方案，其同样使得能够获得方向相反的磁位Pb和Pc。
下文中，V1、I1、V2和I2表示线圈17和27中的两相电压和电流。
可以看出，变压器10是斯科特接线三相/两相旋转变压器。以与图1的斯科特接线三相/两相固定变压器1类似的方式，初级电压正交，并且同样的内容也应用于次级电压V1和V2。
对于比率n'1＝(√3/2)n1而言，次级电压具有相同的值并且正交。通过以下算式给出电流的比率：
IcI2=23n2n1]]>
通过适当选择线圈16、26a和26b的导电材料的截面来平衡电阻：线圈26a和26b的截面在它们与旋转轴线相距的平均距离相等的情况下相等。对于与旋转轴线相距相等的平均距离而言，线圈16的截面是线圈26a和26b的截面的√3倍。如果期望保持相位中的平衡电阻，则最长的相还必须具有最大的截面，以补偿其最大的长度。由单向旋转变压器21的磁路实施的磁耦合占据两个相位，从而与单相变压器每个相位相比使得针对产生的磁通能够获得的√3耦合系数。这种系数使得或能够减小每相位的线圈匝数，或者减小吸收的磁化电流。
变压器10呈现若干优势。其能够在相对于彼此旋转的参考系中在三相源和两相源之间转换能量或者信号，并且其能够在没有接触的前提下以平衡的方式来实施这样的操作。而且，与介绍中提及的三相变 压器解决方案(其中，由固定的第一变压器实施三相/两相变压器，然后通过两个单相旋转变压器来实施参考相位的变化)相比，能够减小变压器10的体积和重量(对应于两个单相旋转变压器11和21的体积和重量)。最后，其仅仅需要轴线A的环形线圈，所述轴线A的环形线圈的结构尤为简单。
在图2中，线圈26a和26b示出为并列，然而，其它位置也是可行的。例如，在槽24中，线圈26a和26b可以沿着轴向方向并列，相对于轴线A一个绕另一个，或者它们可以混合在一起。
变压器10可以被认为是U状的变型，其中，三相部分相对于轴线A包围两相部分。在变型方案中，两相部分可以相对于轴线A包围三相部分。
图4是本发明的第二实施例中的变压器110的截面图。变压器110是三相/两相旋转变压器并且其可以被认为是“U状”变压器10的“E状”或者“罐状”变型方案。在这个变型方案中，三相部分和两相部分沿着轴线A的方向并列，并且槽14和15沿着轴线A的方向向彼此开口。在图4中，在不会混淆对应的标记元件的情况下再次使用与图2的附图标记相同的附图标记，并且因此将省略其详细描述。
以变压器领域中的已知方式，变压器可以具有多个次级。因此，根据本发明的变压器可以就其初级而言包括与变压器10或者110的三相部分31类型相同的三相部分，并且就其次级而言可以包括与变压器10的两相部分32类型相同的两相次级部分以及至少一组附加的三相或者两相线圈。
这使得能够从三相源以平衡的方式向任意数量的负荷提供电力。例如，为了向11个负荷提供电力，能够在三相次级上使用三个负荷而在两相次级上使用两个负荷(11＝3*3+2)。
图5示出了具有多个次级的变压器210的示例。变压器210可以被认为是变压器10的变型方案并且其次级还包括一组三相线圈。在不会混淆的前提下，用相同的附图标记来标记对应于变压器10的实施例的实施例。变压器210在槽15中还具有轴线A的n'3匝环形线圈40 和位于槽25中的轴线A的n3匝环形线圈。线圈41由两个半线圈41a和41b构成，每个半线圈41a和41b均具有n3/2线圈。线圈40、41a和41b以对应于线圈16、26a和26b的连接方式连接到彼此并且连接到次级三相源。
以对应方式，图6示出了另一个示例的变压器310，所述变压器310具有多个次级。变压器310可以被认为是变压器110的变型方案，并且其次级还包括一组三相线圈。在不会混淆的前提下，用相同的附图标记来标记对应于变压器110的元件的元件。变压器310还具有位于槽15中的轴线A的n'3匝环形线圈以及位于槽25中的轴线A的n3匝环形线圈。线圈51由两个半线圈51a和51b构成，每个半线圈均具有n3/2匝。线圈50、51a和51b以对应于线圈16、26a和26b的连接方式互连并且连接到次级三相源。