CN104575994A - 变换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变换器，包含具有互相平行布置并且垂直于多边形所跨基本区域的角点的至少三个芯柱的变换器芯，其芯柱的相应的两个轴向端区域在两端转变为布置成相对于其横切的相应的轭部分，以及各情况下布置成以空心筒的绕组区域来围绕相应的芯柱的主绕组，其中相应的芯柱的磁截面大于相应的轭部分的磁截面。各情况下提供电连接到相应的主绕组的附加绕组，其布置成围绕相应分配的轭部分。

Description

变换器

技术领域

本发明涉及包含具有互相平行布置并且垂直于多边形所跨基本区域的角点的至少三个芯柱的变换器芯的变换器，其芯柱的相应的两个轴向端区域在两端转变为布置成相对于其横切的相应的轭部分，以及各情况下布置成以空心筒的绕组区域来围绕相应的芯柱的主绕组，其中相应的芯柱的磁截面大于相应的轭部分的磁截面。

背景技术

公知的是，为了将具有不同电压电平的电源单元互相耦合，变换器用于电能配电***。诸如此类的变换器常常设计为干式(dry-type)变换器，电压电平在消费者或发电机电压附近，并且具有额定电压，例如，在低压侧在1kV到6kV的范围内以及在高压侧在10kV到30kV的范围内，其中相应的额定功率在例如0.5MVA到10MVA的范围内。但是，诸如此类的变换器还用于风力装置的领域中，其中在这种情况下，变换器的额定功率针对风力装置关联的功率。

因低电压范围内的高额定电流(例如其能够是约100A)的缘故，低电压绕组常常设计以带状导线缠绕的方式，其中带状导线的宽度与相应变换器绕组的至少完整的轴向长度对应。取决于有关变换器的实施例和要求，特别是还应用于风力装置，低电压侧线匝的数量例如是大约十圈，其中发电机侧生成的电压是相对低的并且将要由变换器设为较高的工作电平。

为了调整，已知的过程优选提供具有多个抽头的变换器的高电压侧绕组(或多个绕组)，其能够通过相应的带载抽头转换器选择，例如，结果是，变换器的变换系数能够因此在调整范围内改变。为了确保变换器适应由不同的风力条件导致的边界条件，增加的调整能力有必要应用于风力装置。

变换器的有效部分具有闭合磁路以及具有缠绕在相应的芯柱的整数个闭合线匝的至少一个高压和低压绕组。每个闭合导线环的感应电压取决于主频率、磁通密度和芯横截面。

另一方面，不利的是，因高压要求的缘故制造布置在高电压侧的带载抽头转换器是非常复杂的，并且电压的该调整能够在与完整线匝的感应电压对应的该电压调整中最低限度地发生。在电压调整的情况中，最小调整级因此限于两个线匝之间的压差。特别是在上述低电压侧带状绕组的情形下，由于相对低的线匝总数（例如大约十圈）的缘故，不可能在额定变化附近作精细调整，所以这是不利的。

发明内容

从这样的现有技术出发，本发明解决的问题是要提供使低电压侧上的电压以较小电压步长被调整的变换器，其中由此较低的电压要求的缘故，要制成较简单的相应的带载抽头转换器。

通过开始提到的变换器的类型来解决这个问题。所述变换器特征在于：各情况下附加绕组电连接到相应的主绕组，并且布置成围绕在相应分配的轭部分。

本发明的基本概念在于减少为了调整而提供的一个或多个完整线匝的感应电压，其中所述线匝没有环绕完整的芯柱的磁截面，而是围绕相应的轭的横截面。在具有多边形图案的变换器的情况中，轭的横截面通常较小，特别是与完整的芯柱的横截面相比。因此，与在芯柱上布置的情况相比，在轭上布置的情况中，由线匝围绕的磁通量以及由此相应的感应电压较低。

因主绕组与可优选数量的附加绕组的相应串联连接的缘故，其中可优选数量的附加绕组布置成围绕在变换器芯的轭，有利的是，可能达成变换器的调整区域的较精细的分度。

根据依照本发明的变换器的具体优选配置，变换器芯具有等边三角形的基本区域。这样的形状是公知的，例如，名为“hexaformer形状”或“三角形(delta)芯”。三角形芯具有例如以环形方式缠绕的三个框状部分，并且当根据三角形图案互相结合时，其构成三角形的变换器芯。例如，用于三相变换器的这种变换器芯的对称形状有利地促成对称的工作行为。

但是，还能够看出在三角形芯上为什么轭的横截面小于芯柱的横截面。框状缠绕芯部分的环绕横截面沿着其周长一致。芯柱的横截面由相邻芯部分的相接的两边的横截面的总和形成，而轭具有单个框部分的环绕横截面，其中形成总共三个芯柱以及各情况下具有一半的磁截面面积的六个轭。

根据依照本发明的变换器的优选配置，相应的轭部分的磁截面面积因此为相应的芯柱的磁截面面积的一半。

根据依照本发明的变换器的优选变形例，主绕组和/或附加绕组由相应扁平的带状导线形成。扁平的带状导线特别适合适应高电流，其在相应的低电压侧绕组的情况中是特别有利的。另外，扁平的带状导线具有相对高的填充因数。

根据依照本发明的变换器的另外的不同的配置，在轭部分中相应的附加绕组的至少一个绕组由间隙引导。其结果是，附加绕组的相应的线匝中的感应电压能够进一步降低，这是由于线匝仅环绕在轭的磁截面面积的一部分并且由此感应电压变得相对较低。因此，以简单的方式实现关于额定变换的分度部分的进一步精细，例如，以各情况下1.5%的步长的+/-15%的调整区域。

轭特别适合由至少沿着所述轭的轴向延伸的部分的间隙被分为两个横截面面积，这是因为由此引起的(在磁截面保持相同的情形下的)几何横截面的增加不导致变换器安装尺寸的增加。如果间隙布置在变换器的柱区域中，则在保持相同的几何横截面的情况中，因环绕在相应的柱的线匝内有限的空间供给的缘故，至少在间隙区域中将导致磁截面中的有效减少。

不言而喻的是，还可能提供相应较高数量的间隙以及还由此的横截面面积的间隙。原则上，为了满足调整能力的要求，任意细分能够发生，例如1/3或1/4。但是，还能够由置于围绕轭的一部分的多个线匝，例如围绕在轭横截面的1/4的3个线匝或者围绕在轭的横截面的1/5的4个线匝，来实现具体电压级。如果绕组分开置于围绕轭横截面的一部分，则为了使所述线匝以或正或负的方式工作，能够通过绕组方向或(附加)线匝的极性的选择使用配线。因此，可能减少用于电压调整能力的(附加)线匝的必要的数量。

根据依照本发明的变换器的优选配置，相应的附加绕组配备有多个接入相应的附加绕组的不同线匝的抽头。有利的是，由抽头的适当选择可能实现所需调整区域。附加绕组可选地具有由抽头从附加绕组的线匝来辨别的精细分度区域，在轭中该附加绕组的线匝通过相应的间隙引导。所述线匝在各情况下具有低于完整围绕相应的轭的线匝的感应电压。另外，能够提供粗略分度区域，其通过来自各情况下完整围绕轭的线匝的抽头来辨别。通过粗糙和精细分度区域的适当串联连接，可能在宽范围上达成精细分度。

根据依照本发明的变换器的另外的变形例，为了将主绕组选择地连接到附加绕组的抽头之一，提供切换部件，结果是，能够因此匹配电连接主绕组和附加绕组的有效线匝的数量。如果合适，提供分开的切换部件用于附加绕组的粗糙和精细分度区域。

根据变换器的另外的配置，切换部件包含带载抽头转换器和/或电力电子组件。带载抽头转换器已被证实作为标准组件是成功的，该标准组件用于变换器绕组的抽头的配线和可选的选择。根据要求，还提供诸如晶闸管或IGBT之类的电力电子组件。

另外的有利配置的可能性能够从进一步的从属权利要求得出。

附图说明

本发明，基于附图中所示的示范性实施例更详细地描述另外的实施例和另外的优点，其中：

图1示出示范性第一变换器，

图2示出示范性第二变换器，

图3示出示范性第三变换器，

图4示出示范性主绕组和附加绕组的配线，并且

图5示出通过示范性轭部分的横截面。

具体实施方式

图1在截面图10中示出示范性第一变换器。三角形变换器芯(三角形芯)由三个框状缠绕芯部分形成，各情况下框状缠绕芯部分的较低轭部分提供有参考标号12、14、16。相应的芯柱18、20在相邻布置的芯部分的接触面上形成，其芯柱具有相应轭12、14、16的2倍的横截面。围绕芯柱18、20布置相应的主绕组22，其中主绕组电连接到布置成各情况下围绕在轭部分12、14、16的附加绕组24。在附加绕组24中通过较少分级的电压感应能够有利地使相应主绕组22的电压调整精确。

图2在俯视图30中示出示范性第二变换器。首先以空心筒的方式由径向布置在内侧的互相交错的低电压侧的初级主绕组32、38、44以及由径向布置在外侧的高电压侧的次级主绕组34、40、46环绕在三角形变换器芯50的三个柱。在低电压侧布置的初级主绕组各情况下与围绕相应的上部轭布置的附加绕组36、42、48电互联，其中每个附加绕组具有带抽头的多个线匝，上述抽头连接到相应的带载抽头转换器以使变换系数适应，但是没有在图中示出。

而图3在侧视图60中示出类似于图2中的变换器。相应的芯柱以参考标号62的虚线矩形来辨别，并且相应的轭部分由参考标号64的虚线矩形来辨别，其中两者在它们的磁截面上彼此差异为2倍。相应的第一主绕组66和第二主绕组68布置成围绕芯柱62，其中主绕组电连接到布置成围绕相应的轭部分64的附加绕组70。

附加绕组70的具体特征在于它们不包围相应的轭的完整横截面，而在轭中它们通过间隙来引导，结果是，与如果环绕在完整的轭的横截面相比，每圈感应出更低的电压。其结果是，实现更精确的电压调整。这里示出的由各情况下以束状和缠绕方式布置的迭片芯制成的所谓的hexaformer形芯特别适用于此目的，这是由于能够在轭区域中在邻近的迭片芯之间以特别简单的方式提供间隙。

图4示出主绕组82和附加绕组84的示范性配线80。这些相应地被电气串联，其中附加绕组84具有能够可选地通过切换部件88即带载抽头转换器抽选的多个抽头86。分别在串联电路的开头处和结尾处提供电连接90和92。

图5示出通过示范性轭部分100的横截面，其磁性的完整横截面由第一横截面面积102和第二横截面面积104形成，其中在两者之间提供间隙106，通过该间隙引导附加绕组的两个线匝108、110。经由抽头112、114可连接附加绕组。

参考标记列表

10      示范性第一变换器

12      第一变换器的第一轭部分

14      第一变换器的第二轭部分

16      第一变换器的第三轭部分

18      第一变换器的第一芯柱的横截面

20      第一变换器的第二芯柱的横截面

22      第一变换器的第一主绕组

24      第一变换器的第一附加绕组

30      示范性第二变换器

32      第二变换器的第一初级主绕组

34      第二变换器的第一次级主绕组

36      第二变换器的第一附加绕组

38      第二变换器的第二初级主绕组

40      第二变换器的第二次级主绕组

42      第二变换器的第二附加绕组

44      第二变换器的第三初级主绕组

46      第二变换器的第三次级主绕组

48      第二变换器的第三附加绕组

50      变换器芯

60      示范性第三变换器

62      第三变换器的第一芯柱

64      第三变换器的第一轭部分

66      第三变换器的第一初级主绕组

68      第三变换器的第一次级主绕组

70      第三变换器的第一附加绕组

80      主绕组和附加绕组的示范性配线

82      示范性主绕组

84      示范性附加绕组

86      抽头

88      切换部件

90      第一连接

92      第二连接

100    通过示范性轭部分的横截面

102    第一横截面面积

104    第二横截面面积

106    间隙

108    附加绕组的第一圈

110    附加绕组的第二圈

112    第一抽头

114    第二抽头。

Claims (9)

1. 一种变换器(10、30、60)，其包含：

变换器芯(50)，其具有互相平行布置并且垂直于多边形所跨基本区域的角点的至少三个芯柱(62)，其芯柱的相应的两个轴向端区域在两端转变为布置成相对于其横切的相应的轭部分(12、14、16、64)，

各情况下的主绕组(22、32、34、38、40、44、46、66、68、62)，其布置成以空心筒的绕组区域来围绕相应的芯柱(62)，

其中，相应的芯柱(62)的磁截面大于相应的轭部分(12、14、16、64)的磁截面(100)，

所述变换器的特征在于，包含：

各情况下的附加绕组(24、36、42、48、70、84)，其电连接到相应的主绕组(22、32、34、38、40、44、46、66、68、62)并且布置成围绕相应分配的轭部分(12、14、16、64)。

2. 如权利要求1所述的变换器，其特征在于，所述变换器芯(50)具有等边三角形的所述基本区域。

3. 如权利要求1或2中任一项所述的变换器，其特征在于，所述主绕组(22、32、34、38、40、44、46、66、68、62)和/或所述附加绕组(24、36、42、48、70、84)由相应的扁平带状导线形成。

4. 如前述权利要求中任一项所述的变换器，其特征在于，所述变换器芯(50)是hexaformer芯或三角形芯。

5. 如前述权利要求中任一项所述的变换器，其特征在于，相应的轭部分(12、14、16、64)的所述磁截面面积(100)是相应的芯柱(62)的所述磁截面面积的一半。

6. 如前述权利要求中任一项所述的变换器，其特征在于，在所述轭部分(12、14、16、64)中，相应的附加绕组(24、36、42、48、70、84)的至少一个绕组被引导通过间隙(106)。

7. 如前述权利要求中任一项所述的变换器，其特征在于，所述相应的附加绕组(24、36、42、48、70、84)配备有接入所述相应的附加绕组的不同线匝的多个抽头(86、112、114)。

8. 如权利要求7所述的变换器，其特征在于，为了将所述相应的主绕组(22、32、34、38、40、44、46、66、68、62)选择地连接到所述相应的附加绕组(24、36、42、48、70、84)的所述抽头之一而提供切换部件(88)，其结果是，能够因此匹配相应电连接的主绕组(22、32、34、38、40、44、46、66、68、62)和附加绕组(24、36、42、48、70、84)的有效线匝的数量。

9. 如权利要求8所述的变换器，其特征在于，所述切换部件(88)包含带载抽头转换器和/或电力电子组件。