包括变压功能和谐波及电流不平衡改善功能的混合变压器及包括其的供电系统

摘要

本发明涉及一种混合变压器，其包括1次线圈及2次线圈，还包括：铁芯，其包括第1线腿、第2线腿及第3线腿；2次线圈的第1卷线、第2卷线及第3卷线，以Z字形卷绕于该第1线腿、第2线腿及第3线腿，上述第1线腿、第2线腿及第3线腿上分别交替卷绕有上述第1卷线、第2卷线及第3卷线中的两种卷线，交替卷绕于各个第1线腿、第2线腿及第3线腿的两种卷线依卷绕顺序重叠于该铁芯周围。

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括变压功能和谐波及电流不平衡改善功能的混合变压器及包括该混合变压器的供电系统。

背景技术

通常，变压器(electric transformer)是通过电磁诱导现象来改变交流电压或电流值的装置，直接连接于电力传输系统来使用。

另一方面，因电力用半导体的发展所带来的非线性负荷的增加，电力系统中容易产生谐波及不平衡电流。这种谐波及不平衡电流流入阻抗较低的电源侧，导致电缆过热、变压器铁芯饱和所导致的电力损失的增加及电器装置的误动作等各种问题。

为了减少上述谐波及不平衡所导致的损害，设置使用扩大变压器容量的K-factor变压器，或者另外设置用于辅助变压器的谐波消减装置、不平衡改善装置、电抗器(reactor)等。但是，此类解决方法因其设备的重复投资、设置空间的确保等带来的投资资金增加，其经济性及效率性非常低。

由此，为了解决上述问题点和确保设备的效率性及经济性，需要提供包括变压功能和谐波及不平衡改善功能的混合变压器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种包括谐波消减功能及不平衡改善功能的混合变压器。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种包括上述混合变压器的供电系统。

本发明要解决的技术问题并不限于以上，未记载的其他技术问题，本领域普通技术人员可以通过以下记载清楚地了解。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种混合变压器，其包括1次线圈及2次线圈，其特点在于，包括：铁芯，其包括第1线腿、第2线腿及第3线腿；所述2次线圈的第1卷线、第2卷线及第3卷线，所述第1卷线、第2卷线及第3卷线以Z字形卷绕于所述第1线腿、第2线腿及第3线腿，并与中性线连接，所述第1线腿、第2线腿及第3线腿上分别交替卷绕有所述第1卷线、第2卷线及第3卷线中的两种卷线，交替卷绕于各个第1线腿、第2线腿及第3线腿的两种卷线依卷绕顺序重叠于所述铁芯周围。

本发明还提供一种混合变压器，其特点在于，包括：铁芯，其包括第1线腿、第2线腿及第3线腿；以及，第1卷线、第2卷线及第3卷线，其以Z字形卷绕于所述第1线腿、第2线腿及第3线腿，各个所述第1线腿、第2线腿及第3线腿上，在所述铁芯周围依次重叠卷绕有所述第1卷线、所述第2卷线及所述第3卷线中任意多个卷线。

本发明还提供一种混合变压器，其包括1次线圈及2次线圈，其特点在于，包括：铁芯，其包括第1线腿、第2线腿及第3线腿；所述2次线圈的第1卷线，其依所述第1线腿、第3线腿、第1线腿、第3线腿及第1线腿的顺序卷绕，并连接于中性线上；所述2次线圈的第2卷线，其依所述第2线腿、第1线腿、第2线腿、第1线腿及第2线腿的顺序卷绕，并连接于中性线上；以及，所述2次线圈的第3卷线，其依所述第3线腿、第2线腿、第3线腿、第2线腿及第3线腿的顺序卷绕，并连接于中性线，所述第1线腿上依次重叠卷绕有第1卷线、第2卷线、第1卷线、第2卷线、第1卷线，所述第2线腿上依次重叠卷绕有第2卷线、第3卷线、第2卷线、第3卷线、第2卷线，所述第3线腿上依次重叠卷绕有第3卷线、第1卷线、第3卷线、第1卷线、第3卷线。

本发明实施例中的供电系统，包括具有变压功能与谐波及不平衡改善功能的混合变压器，因此，无需另外设置用于谐波及不平衡改善的装置。

并且，本发明中的混合变压器具有更有效的结构及方法，其谐波消减功能及不平衡改善功能优越。具体地，本发明实施例中的混合变压器在第1线腿、第2线腿及第3线腿上重叠卷绕有多个卷线，因此可以明显减少外观上的体积。并且，Z字形接线方法较简单，可以大幅节省制造工序中的时间及单价，因此成本降低效果明显。再者，在较小的体积上实现有效的接线，从而提高了变压器的效率。即，可以提供以更有效的结构及方法形成、并具有变压功能的同时谐波消减功能及不平衡抵消功能优越的混合变压器。

其他实施例的具体内容包含在详细说明和附图中。

附图说明

图1为本发明中一实施例的供电系统的简略图；

图2为本发明中一实施例的混合变压器概念图；

图3为本发明中一实施例的混合变压器的部分卷线示意图；

图4为本发明一实施例的混合变压器示意图；

图5为图4中混合变压器的平面示意图；

图6为图4中混合变压器的底面示意图；

图7为本发明另一实施例的混合变压器概念图；

图8为本发明另一实施例的混合变压器示意图；

图9为图8中混合变压器的平面图；

图10为图8中混合变压器的底面示意图。

图中主要部件的符号说明

1：供电系统            10，20：混合变压器

110，112：铁芯         120，122：1次线圈

200，202：2次线圈

具体实施方式

本发明的优点、特征及实现方法可以通过以下结合附图的详细说明就可以明确获知。但是，本发明并不限于以下具体实施例，可以各种不同的形态实现，本发明中的以下实施例仅是较佳实施例，本领域普通技术人员可以通过以下具体实施例可全面了解本发明的保护范围，本发明的保护范围由权利要求定义。说明书中相同的附图标记代表相同的结构。

本发明说明书中使用的用语仅是为了说明实施例，并不是限定本发明。在本发明中，除非特别指出，单数型也包括复数型。说明书中所使用的“包括(comprises)”及/或“包括的(comprising)”并不排除所提及的结构因素、步骤、动作及/或装置为一个以上其他结构因素、步骤、动作及/或装置的存在或补充。

以下，结合附图详细说明本发明的具体实施例。

图1为本发明一实施例的供电系统简略图。

参照图1，本发明一实施例中的供电系统1包括混合变压器10。该混合变压器10与电源装置(未图示)串联连接，该电源装置接收并输出通过传输电路从发电机供给过来的三相电力。并且，混合变压器10还电连接到将供给过来的三相电力分别分配给第1负荷11a及第2负荷11b的配电端13。关于混合变压器10的具体结构将后述。

另外，本发明一实施例中的供电系统1的混合变压器10可自动消减谐波，改善因配电系统的设备或者第1负荷11a及第2负荷11b而发生的电压(或电流)不平衡。即，通过设置混合变压器10，可消减谐波、减少不平衡，因此，无需另外的谐波消减装置及不平衡减少装置等。由此，本发明一实施例的供电系统1可节减投资费用，并减少上述配电系统的电力损失。

以下，参照图2至图6对本发明一实施例中的混合变压器进行详细说明。

图2为本发明一实施例中混合变压器的概念图。图3为本发明一实施例中混合变压器的部分卷线示意图。

首先参照图2及图3，本发明一实施例中的混合变压器10包括：铁芯110、1次线圈120及2次线圈200。

在这里，本发明一实施例中的混合变压器10可以是△-Y形态的变压器。即，混合变压器10的1次线圈120以△形接线，2次线圈200以Y形接线。但是，本发明实施例中的混合变压器10的接线形态并不限定于此，本发明所属技术领域的普通技术人员可以各种形态实现接线。只是，以下说明书中为了说明上的便利，以△-Y形态变压器为例进行说明。

铁芯110具有第1线腿(leg)110a、第2线腿110b及第3线腿110c，如图2所示，第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c可并列设置。铁芯110可以是硅钢板。或者，也可以是非晶态合金(Amorphous Metal)。在这里，非晶态合金是急速冷却混合铁(Fe)、硼(B)、硅(Si)等的熔融金属而获得的非晶态磁性材料，但并不限于此。

1次线圈120可以△形接线。1次线圈120包括第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230，该第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230分别在第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c上以相同方向卷曲。此时，该第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230可以分别在第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c上卷曲1次以上，例如，第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230的卷线数比可以是1∶1∶1，但并不限于此。

该2次线圈200与第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c以Y形接线。2次线圈200包括第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230，为了减少配电系统所发生的电压和电流的谐波及不平衡，可以Z字形(zigzag)卷曲于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c。即，将2次线圈200的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230以Z字形卷线，在1次线圈120上电流的作用下，将2次线圈200中的电流方向调节到抵消产生于铁芯110上的磁通量(magnetic flux)的方向。

2次线圈200的Z字形卷线，是指2次线圈200的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230交叉卷绕在铁芯110的第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c中的两个以上线腿上。或者，是指在铁芯110的第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿上分别交叉卷绕有包括第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230中的两个以上的卷线。

例如，参照图2及图3，本发明一实施例中的混合变压器10，2次线圈200的第1卷线210以第1线腿110a、第3线腿110c、第1线腿110a、第3线腿110c及第1线腿110a的顺序卷绕，第2卷线220是以第2线腿110b、第1线腿110a、第2线腿110b、第1线腿110a及第2线腿110b的顺序卷绕。并且，2次线圈200的第3卷线230是以第3线腿110c、第2线腿110b、第3线腿110c、第2线腿110b及第3线腿110c的顺序卷绕。此时，第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230分别连接于中性线N。

再者，2次线圈200的第1卷线210可以在第1线腿110a及第3线腿110c上互相向反方向卷绕，第2卷线220可以在第2线腿110b及第1线腿110a上相互反方向卷绕。并且，第3卷线230可以在第3线腿110c及第2线腿110b上相互反方向卷绕。这种情况下，虽然各个线腿110a、110b、110c上的磁通量(magnetic flux)的大小相同，但负荷所产生的零序电流的相位互相相反而抵消磁通量，由此，谐波及不平衡成分的电流会减少。

在2次线圈200中，以Z字形卷绕于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230的卷绕数之比分别可以是1∶1∶1∶1∶1或1∶2∶2∶2∶1。即，例如，以第1线腿110a、第3线腿110c、第1线腿110a、第3线腿110c及第1线腿110a的顺序卷绕的第1卷线210的卷绕数之比可以是1∶1∶1∶1∶1或1∶2∶2∶2∶1。但并不限定于此，可以在本发明所属的技术领域中的普通技术人员可实现的范围内，以各种卷曲比例卷曲。

另外，1次线圈120及2次线圈200分别以△形及Y形接线时，可以在1次线圈120及2次线圈200之间插入混触防止板130。当相比于2次线圈200，1次线圈120上输入较高的电压时，混触防止板130可以减少连接于输入较低电压的2次线圈200侧的第1负荷11a及第2负荷11b的电损害。并且，混触防止板130可以防止在电源和第1负荷11a及第2负荷11b之间产生的谐波的流入。

以下请参照图2至图6，对本发明一实施例中混合变压器的物理结构进行详细说明。图4为本发明一实施例中混合变压器的示意图。图5为图4所示的混合变压器的平面示意图。图6为图4中所示的混合变压器的底面示意图。

参照图2至图6，如上所述，本发明一实施例中的混合变压器10的2次线圈200的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230以Z字形卷绕于铁芯110的第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c。此时，第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c上可以分别交替卷绕有第1卷线、第2卷线220及第3卷线230中任意两种卷线。即，分别卷绕于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的两种卷线可依卷绕顺序重叠卷绕于铁芯110周围。

如图4至图5b所示，上述的重叠卷绕于铁芯110周围，是指重叠卷绕于垂直于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c中一个的轴的平面上。即，为了说明卷线方法，图2图示了在第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的不同位置上卷绕有2次线圈200的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230的情况。但是，本发明一实施例中混合变压器10的实际结构如图4至5b所示，按照2次线圈200的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230卷绕的顺序，重叠卷绕于各个线腿110a、110b、110c上。

此时，第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c上可分别交替卷绕有第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230中任意两种卷线，首先卷绕于各个第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的卷线可以与各自的线腿接触而卷绕。并且，卷绕的卷线可依卷绕顺序，与被卷绕的线腿110a、110b、110c的间隔距离越来越大。

具体地，第1线腿110a上依次重叠卷绕有第1卷线210、第2卷线220、第1卷线210、第2卷线220及第1卷线210。此时，卷绕的卷线之间互相绝缘。即，依次卷绕于第1线腿110a的第1卷线210、第2卷线220、第1卷线210、第2卷线220及第1卷线210互相间隔一定距离，实现互相绝缘。此时，位于最外层的第1卷线210的外侧可以卷绕有1次线圈120的第1卷线210。此时，1次线圈120的第1卷线210与位于最外层的2次线圈200的第1卷线210相隔设置。另外，如图4及图5a所示，位于第1线腿110a的最外层的2次线圈200的第1卷线210与中性线N连接，但并不限于此，2次线圈200的第1卷线210与中性线N连接时，该第1卷线210的位置并不重要。

第2线腿110b上依次重叠卷绕有第2卷线220、第3卷线230、第2卷线220、第3卷线230及第2卷线220，卷取的卷线互相绝缘。即，依次卷取于第2线腿110b的第2卷线220、第3卷线230、第2卷线220、第3卷线230及第2卷线220互相间隔一定距离而互相绝缘。此时，位于最外层的第2卷线220的外侧可以卷绕有1次线圈120的第2卷线220。此时，1次线圈120的第2卷线220与位于最外层的2次线圈200的第2卷线220相隔设置。另外，如图4及图5a，位于第2线腿110b的最外层的2次线圈200的第2卷线220与中性线N连接，但并不限于此，2次线圈200的第2卷线220与中性线N连接时，该第2卷线220的位置并不重要。

第3线腿110c依次重叠卷绕有第3卷线230、第1卷线210、第3卷线230、第1卷线210及第3卷线230，卷绕的卷线互相绝缘。即，依次卷取于第3线腿110c的第3卷线230、第1卷线210、第3卷线230、第1卷线210及第3卷线230互相间隔一定距离而绝缘。此时，位于最外层的第3卷线230的外侧可以卷绕1次线圈120的第3卷线230。此时，1次线圈120的第3卷线230与位于最外层的2次线圈200的第3卷线230间隔设置。另外，如图4及图5所示，位于第3线腿110c的最外层的2次线圈200第3卷线230与中性线N连接，但并不限于此，2次线圈200的第3卷线230与中性线N连接时，该第3卷线230的位置就不重要。

再者，本发明一实施例中混合变压器10可以是采用选于干式、浇铸式、液体电介质式及气体式中一种的绝缘方式制造的变压器，但并不限于此。具体地，干式变压器是不浸泡于绝缘油中而使用的变压器，是将变压器本体露出于空气中冷却并绝缘的变压器。浇铸式变压器是用不燃性环氧树脂浇铸的方法。液体电介质式变压器是以绝缘油作为绝缘介质的变压器。气体式变压器是将SF6气体等气体作为绝缘介质的变压器。即，本发明一实施例中的混合变压器10只要是重叠卷绕的卷线依卷绕顺序绝缘及相隔设置的就可以，绝缘方式为任何方式皆可。本发明所属技术领域的普通技术人员可实现的范围内，还可以包括上述方法以外的其它绝缘方法。

另外，第1卷线210依第1线腿110a、第3线腿110c、第1线腿110a、第3线腿110c及第1线腿110a的顺序以Z字形卷绕。此时，为了呈现卷线重叠卷取的混合变压器10，如图4至图5b所示，用第1连接线211连接互相绝缘及相隔卷取的卷线。

即，第1卷线210分离而分别卷绕于第1线腿110a及第3线腿110c，利用第1连接线211连接分离为多个的第1卷线210，从而连接第1线腿110a及第3线腿110c上的第1卷线210。

类似地，第2卷线220分离而分别卷取于第1线腿110a及第2线腿110b，利用第2连接线221连接分离为多个的第2卷线220，从而连接第1线腿110a及第2线腿110b上的第2卷线220。

第3卷线230分离而分别卷取于第2线腿110b及第3线腿110c，利用第3连接线231连接分为多个的第3卷线230，从而连接第2线腿110b及第3线腿110c上的第3卷线230。

在图5中以不同粗细的线条图示了第1连接线211、第2连接线221及第3连接线231，但这仅仅是为了区分，因此不限于此。即，第1连接线211、第2连接线221及第3连接线231的粗细可以相同，也可以不同。或者，第1连接线211、第2连接线221及第3连接线231分别以与第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230相同的线构成。

请参照图6，分别卷绕于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的最外层的1次线圈120的第1卷线210、第2卷线220及第2卷线220通过连接线121以△形态接线。

根据本发明一实施例中混合变压器，在第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c上重叠卷绕多个卷线。

通常，在变压器的一个线腿上卷绕多个卷线时，在线腿的不同位置上分别卷绕多个卷线。具体地，在线腿的轴向上并列卷绕多个卷线。具体举例，如图2或图6所示的概念图，在3个线腿上卷绕卷线。在这种结构中，在并列卷绕于线腿的多个卷线之间应确保一定的间距，因此，所需的空间及体积相当大。并且，互相交叉而以Z字形接线的方法复杂而且制造困难，因此也会导致成本的增加。再者，体积变大、接线复杂的情况下，也会发生漏电流的增加。

本发明一实施例中的混合变压器，在分别垂直于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的轴向的平面重叠卷绕有多个卷线。即，重叠于各个线腿110a、110b、110c的轴周围卷绕多个卷线，因此，所需的线腿110a、110b、110c的长度明显变短。由此，可以减少变压器的体积。

并且，本发明一实施例中的混合变压器，其Z字形接线方法较容易。具体地，请参照图4至图6，将重叠卷绕于第1线腿110a、第2线腿110b及第3线腿110c的第1卷线210、第2卷线220及第3卷线230是分别通过第1连接线211、第2连接线221及第3连接线231连接，因此，其接线方法比较简单，由此可大大节省工序所需的时间及单价，从而带来显著的成本降低效果。

并且，本发明一实施例中的混合变压器是在较小的体积上有效实现接线，因此可以提高变压器的效率。即，以更有效的结构及方法形成，因此，可以提供具有变压器功能的同时还具有优越的谐波减少功能及不平衡消除功能的混合变压器。

以下参照图7至图10说明本发明另一实施例中的混合变压器。图7为本发明另一实施例中混合变压器的概念图。图8为本发明另一实施例中混合变压器的示意图。图9为图8所示的混合变压器的平面示意图。图10为图8中混合变压器的底面示意图。

请参照图7至图10，本发明另一实施例中混合变压器的2次线圈的Z字形次数与之前一实施例中混合变压器不同。其它与本发明之前的实施例中的混合变压器相同的内容以下将省略。

本发明另一实施例中混合变压器20的2次线圈202的第1卷线212以第1线腿112a、第3线腿112b及第1线腿112a的顺序以Z字形接线。2次线圈202的第2卷线222依第2线腿112b、第1线腿112a及第2线腿112b的顺序以Z字形接线。2次线圈202的第3卷线232依第3线腿112c、第2线腿112b及第3线腿112c的顺序以Z字形接线。此时，依次卷绕于各个线腿112a、112b、112c的卷线是重叠卷绕，并且互相绝缘及相隔一定距离而卷绕，互相绝缘及相隔一定距离卷绕是与本发明一实施例中的混合变压器相同。

另外，分别形成于不同的线腿112a、112b、112c上的第1卷线212、第2卷线222及第3卷线232分别通过第1连接线213、第2连接线223及第3连接线233连接。

分别卷绕于第1线腿112a、第2线腿112b及第3线腿112c的最外层的第1卷线212、第2卷线222及第3卷线232的外侧分别重叠卷绕有1次线圈122的第1卷线122a、第2卷线122b及第3卷线122c。1次线圈122的第1卷线122a、第2卷线122b及第3卷线122c通过连接线123以△形态接线。

以上结合附图对本发明的实施例进行了说明，但本领域普通技术人员可以了解本发明在不变更其技术思想或必要特征的情况下以其它形态实施。由此，以上所述的实施例仅为较佳实施例，并不用于限定本发明。

即，上述说明书所记载的本发明实施例仅为较佳实施例，在本发明保护范围内，可以包括所有可以通过本发明的整体宗旨导出的混合变压器及供电系统。即，除了实施例之外，可体现本发明中主要特征的各种形态的变压器及系统都可以包括在本发明保护范围内。由此，包括将卷线重叠卷绕在垂直于铁芯线腿的轴向的平面的结构，即在铁芯周围重叠卷绕多个卷线的结构的混合变压器及供电系统都可以包括在本发明范围内。在Z字形变压器中，包括重叠卷绕有多个卷线的结构的变压器与Z字顺序、方法、次数无关地，都可以包括在本发明范围内。并且，包括将多个卷线重叠卷绕于铁芯的结构的变压器与其接线方式、构成材料、接线方式无关地，都可以包括在本发明范围内。

本发明实施例中的包括变压功能和谐波及电流不平衡改善功能的混合变压器及包括该混合变压器的供电系统，可以适用于需要变压器的所有技术领域中。并且，除了变压器，还可以适用于需要谐波消减及不平衡改善的技术领域中。