移相变压器

《电气工程名词》第一版。

1998年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

1.《一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统》其特征在于：其包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、九相自耦移相变压器、用于控制三相逆变器输出的同步控制装置、工频隔离变压器和三路输出装置；所述九相自耦移相变压器为对称型九相自耦移相变压器，九相自耦移相变压器的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接；九相自耦移相变压器设有三组三相交流输出端，分别为超前组输出端A1、B1和C1，和原始组输出端A0、B0和C0，以及滞后组输出端A2、B2和C2；所述工频隔离变压器设有三组三相交流输入端，分别为超前组输入端U1、V1和W1，原始组U0、V0和W0，以及滞后组U2、V2和W2；所述工频隔离变压器的输出端U、V和W与电源三相交流输出端连接；所述三路输出装置为超前组输出装置、原始组输出装置和滞后组输出装置；所述超前组输出装置包括依次连接的超前组零序抑制换向电感、超前组三相六脉波整流器、超前组三相逆变器和超前组滤波电感；超前组零序抑制换向电感的三相输入端与上述超前组输出端A1、B1和C1连接，超前组滤波电感的三相交流输出端与上述超前组输入端U1、V1和W1连接；所述原始组输出装置包括依次连接的原始组零序抑制换向电感、原始组三相六脉波整流器、原始组三相逆变器和原始组滤波电感，原始组零序抑制换向电感的三相输入端与上述原始组输出端A0、B0和C0连接，原始组滤波电感的三相交流输出端与上述原始组输入端U0、V0和W0连接；所述滞后组输出装置包括依次连接的滞后组零序抑制换向电感、滞后组三相六脉波整流器、滞后组三相逆变器和滞后组滤波电感，滞后组零序抑制换向电感的三相输入端与上述滞后组输出端A2、B2和C2连接，滞后组滤波电感的三相交流输出端与上述滞后组输入端U2、V2和W2连接；所述同步控制装置设有四组采样输入端，分别与电源三相交流输入端、和超前组三相逆变器的输出端、原始组三相逆变器的输出端以及滞后组三相逆变器的输出端连接；所述同步控制装置设有三组控制输出端，三组控制输出端分别与超前组三相逆变器的控制端、原始组三相逆变器的控制端以及滞后组三相逆变器的控制端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：所述工频隔离变压器为工频四端口耦合隔离Y/Y连接三相变压器，该工频隔离变压器设有U相、V相和W相磁性柱；且该工频隔离变压器每相磁芯柱上设有三个独立的完全相同的输入绕组和一个输出绕组，构成初、次级绕组关系为“Y/Y”结构的四端口耦合隔离输出方式；U相磁芯柱上的输入绕组分别与超前组三相逆变器输出的U1相、原始组三相逆变器输出的U0相和滞后组三相逆变器输出的U2相连接，U相磁芯柱上的输出绕组为U相输出；V相磁芯柱上的输入绕组分别与超前组三相逆变器输出的V1相、原始组三相逆变器输出的V0相和滞后组三相逆变器输出的V2相连接，V相磁芯柱上的输出绕组为V相输出；W相磁芯柱上的输入绕组分别与超前组三相逆变器输出的W1相、原始组三相逆变器输出的W0相和滞后组三相逆变器输出的W2相连接，W相磁芯柱上的输出绕组输出绕组为W相输出。

3.根据权利要求2所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：还包括储能装置；所述储能装置包括充电器、蓄电池组和控制电流定向移动的耦合单元；充电器的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，充电器的直流输出端与蓄电池组连接；所述耦合单元包括六个二极管，其中三个二极管的阳极均与蓄电池组的正极连接，且该三个二极管的阴极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极、原始组三相逆变器的直流输入端的正极以及滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接；另三个二极管的阴极均与蓄电池组的负极连接，且该三个二极管的阳极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的阴极、原始组三相逆变器的直流输入端的阴极以及滞后组三相逆变器的直流输入端的阴极连接；超前组三相逆变器的直流输入端的电压、原始组三相逆变器的直流输入端的电压以及滞后组三相逆变器的直流输入端的电压均大于蓄电池组的电压。

4.根据权利要求3所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：所述储能装置还包括接触器JK1、JK2、JK3；分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D1、D2为超前组二极管；分别与原始组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D3、D4为原始组二极管；分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D5、D6为滞后组二极管；超前组二极管的两个二极管D1、D2分别并联接触器JK1的主触头，原始组二极管的两个二极管D3、D4分别并联接触器JK2的主触头，滞后组二极管的两个二极管D5、D6分别并联接触器JK3的主触头。

5.根据权利要求4所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：还包括旁路电路，旁路电路包括旁路静态开关装置，旁路静态开关装置的输出端与电源三相交流输出端连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：所述超前组三相六脉波整流器、原始组三相六脉波整流器和滞后组三相六脉波整流器的电路均为可控三相整流电路；所述可控三相整流电路包括三个电感组成的电感组、六个单向可控硅元件以及一个电容；六个单向可控硅元件中的单向可控硅元件两两同向串联形成三条支路，每条支路的两端均分别与电容的正极和负极连接并形成回路，三个电感的一端分别连接于三条支路的中间电势端，三个电感的另一端分别连接于可控三相整流电路的输入端。

7.根据权利要求6所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：所述超前组三相逆变器的电路、原始组三相逆变器的电路和滞后组三相逆变器的电路均为三相全桥逆变电路；所述三相全桥逆变电路由三个单相全桥电路组成单相全桥电路包括上桥臂和下桥臂，且上桥臂和下桥臂分别由两个绝缘栅双极型晶体管组成，其中上桥臂的两个绝缘栅双极型晶体管的集电极均与三相全桥逆变电路的直流输入端的正极连接，且该两个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别与下桥臂两个绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，下桥臂的两个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别与三相全桥逆变电路的直流输入端的负极连接；每个单相全桥电路的输出端的两个输出端口分别与该单相全桥电路的上桥臂和下桥臂的两个连接点连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：所述超前组滤波电感的电路、原始组滤波电感的电路和滞后组滤波电感的电路均为与单相全桥电路的输出端连接的LC低通滤波电路；LC低通滤波电路由三路滤波电路组成，每路的滤波电路主要由一个电感和一个电容组成，且每路滤波电路设有两个输入端和两个输出端；每路滤波电路的两个输入端分别与单相全桥结构的桥臂中点连接，为一个输入端口；每路滤波电路的两个输出端为一个输出端口，通过保险后分别与工频隔离变压器的三相交流输入端口对应连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：工频隔离变压器与电源三相交流输出端之间设有主路静态开关装置，主路静态开关装置主要由三个双向可控硅元件组成；三个双向可控硅元件的一端与工频隔离变压器的三相交流输出端连接，三个双向可控硅元件的另一端分别与电源三相交流输出端连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，其特征在于：所述旁路静态开关装置主要由三个双向可控硅元件组成；三个双向可控硅元件的一端与旁路电路输入端连接，三个双向可控硅元件的另一端分别与电源三相交流输出端连接。

一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统专利目的

《一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统》解决了2012年4月之前技术的不足，提供了基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统。该UPS电源系统有效降低了AC-DC整流部分的网侧输入电流谐波，有效抑制了5、7、11、13次谐波，并有效减小了17、19次谐波含量，且体积小，成本低。

一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统技术方案

《一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统》包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、九相自耦移相变压器、用于控制三相逆变器输出的同步控制装置、工频隔离变压器和三路输出装置；所述九相自耦移相变压器为对称型九相自耦移相变压器，九相自耦移相变压器的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接；九相自耦移相变压器设有三组三相交流输出端，分别为超前组输出端A1、B1和C1，和原始组输出端A0、B0和C0，以及滞后组输出端A2、B2和C2；所述工频隔离变压器设有三组三相交流输入端，分别为超前组输入端U1、V1和W1，原始组U0、V0和W0，以及滞后组U2、V2和W2；所述工频隔离变压器的输出端U、V和W与电源三相交流输出端连接；所述三路输出装置为超前组输出装置、原始组输出装置和滞后组输出装置；所述超前组输出装置包括依次连接的超前组零序抑制换向电感、超前组三相六脉波整流器、超前组三相逆变器和超前组滤波电感；超前组零序抑制换向电感的三相输入端与上述超前组输出端A1、B1和C1连接，超前组滤波电感的三相交流输出端与上述超前组输入端U1、V1和W1连接；所述原始组输出装置包括依次连接的原始组零序抑制换向电感、原始组三相六脉波整流器、原始组三相逆变器和原始组滤波电感，原始组零序抑制换向电感的三相输入端与上述原始组输出端A0、B0和C0连接，原始组滤波电感的三相交流输出端与上述原始组输入端U0、V0和W0连接；所述滞后组输出装置包括依次连接的滞后组零序抑制换向电感、滞后组三相六脉波整流器、滞后组三相逆变器和滞后组滤波电感，滞后组零序抑制换向电感的三相输入端与上述滞后组输出端A2、B2和C2连接，滞后组滤波电感的三相交流输出端与上述滞后组输入端U2、V2和W2连接；所述同步控制装置设有四组采样输入端，分别与电源三相交流输入端、和超前组三相逆变器的输出端、原始组三相逆变器的输出端以及滞后组三相逆变器的输出端连接；所述同步控制装置设有三组控制输出端，三组控制输出端分别与超前组三相逆变器的控制端、原始组三相逆变器的控制端以及滞后组三相逆变器的控制端连接。

进一步地，所述工频隔离变压器为工频四端口耦合隔离Y/Y连接三相变压器，该工频隔离变压器设有U相、V相和W相磁性柱；且该工频隔离变压器每相磁芯柱上设有三个独立的完全相同的输入绕组和一个输出绕组，构成初、次级绕组关系为“Y/Y”结构的四端口耦合隔离输出方式；U相磁芯柱上的输入绕组分别与超前组三相逆变器输出的U1相、原始组三相逆变器输出的U0相和滞后组三相逆变器输出的U2相连接，U相磁芯柱上的输出绕组为U相输出；V相磁芯柱上的输入绕组分别与超前组三相逆变器输出的V1相、原始组三相逆变器输出的V0相和滞后组三相逆变器输出的V2相连接，V相磁芯柱上的输出绕组为V相输出；W相磁芯柱上的输入绕组分别与超前组三相逆变器输出的W1相、原始组三相逆变器输出的W0相和滞后组三相逆变器输出的W2相连接，W相磁芯柱上的输出绕组输出绕组为W相输出。

进一步地，所述基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统，还包括储能装置，还包括储能装置；所述储能装置包括充电器、蓄电池组和控制电流定向移动的耦合单元；充电器的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，充电器的直流输出端与蓄电池组连接；所述耦合单元包括六个二极管，其中三个二极管的阳极均与蓄电池组的正极连接，且该三个二极管的阴极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极、原始组三相逆变器的直流输入端的正极以及滞后组三相逆变器的直流输入端的正极连接；另三个二极管的阴极均与蓄电池组的负极连接，且该三个二极管的阳极分别与超前组三相逆变器的直流输入端的阴极、原始组三相逆变器的直流输入端的阴极以及滞后组三相逆变器的直流输入端的阴极连接；超前组三相逆变器的直流输入端的电压、原始组三相逆变器的直流输入端的电压以及滞后组三相逆变器的直流输入端的电压均大于蓄电池组的电压。

进一步地，所述储能装置还包括接触器JK1、JK2、JK3；分别与超前组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D1、D2为超前组二极管；分别与原始组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D3、D4为原始组二极管；分别与滞后组三相逆变器的直流输入端的正极和负极连接的两个二极管D5、D6为滞后组二极管；超前组二极管的两个二极管D1、D2分别并联接触器JK1的主触头，原始组二极管的两个二极管D3、D4分别并联接触器JK2的主触头，滞后组二极管的两个二极管D5、D6分别并联接触器JK3的主触头。

进一步地，所述基于九相自耦移相变压器的UPS电源系统，还包括旁路电路，旁路电路包括旁路静态开关装置，旁路静态开关装置的输出端与电源三相交流输出端连接。

进一步地，所述超前组三相六脉波整流器、原始组三相六脉波整流器和滞后组三相六脉波整流器的电路均为可控三相整流电路。所述可控三相整流电路包括三个电感组成的电感组、六个单向可控硅元件以及一个电容。六个单向可控硅元件中的单向可控硅元件两两同向串联形成三条支路，每条支路的两端均分别与电容的正极和负极连接并形成回路，三个电感的一端分别连接于三条支路的中间电势端，三个电感的另一端分别连接于可控三相整流电路的输入端。

进一步地，所述超前组三相逆变器的电路、原始组三相逆变器的电路和滞后组三相逆变器的电路均为三相全桥逆变电路；所述三相全桥逆变电路由三个单相全桥电路组成单相全桥电路包括上桥臂和下桥臂，且上桥臂和下桥臂分别由两个绝缘栅双极型晶体管组成，其中上桥臂的两个绝缘栅双极型晶体管的集电极均与三相全桥逆变电路的直流输入端的正极连接，且该两个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别与下桥臂两个绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，下桥臂的两个绝缘栅双极型晶体管的发射极分别与三相全桥逆变电路的直流输入端的负极连接；每个单相全桥电路的输出端的两个输出端口分别与该单相全桥电路的上桥臂和下桥臂的两个连接点连接。

进一步地，所述超前组滤波电感的电路、原始组滤波电感的电路和滞后组滤波电感的电路均为与单相全桥电路的输出端连接的LC低通滤波电路；LC低通滤波电路由三路滤波电路组成，每路的滤波电路主要由一个电感和一个电容组成，且每路滤波电路设有两个输入端和两个输出端；每路滤波电路的两个输入端分别与单相全桥结构的桥臂中点连接，为一个输入端口；每路滤波电路的两个输出端为一个输出端口，通过保险后分别与工频隔离变压器的三相交流输入端口对应连接。

进一步地，工频隔离变压器与电源三相交流输出端之间设有主路静态开关装置，主路静态开关装置主要由三个双向可控硅元件组成；三个双向可控硅元件的一端与工频隔离变压器的三相交流输出端连接，三个双向可控硅元件的另一端分别与电源三相交流输出端连接。

进一步地，所述旁路静态开关装置主要由三个双向可控硅元件组成；三个双向可控硅元件的一端与旁路电路输入端连接，三个双向可控硅元件的另一端分别与电源三相交流输出端连接。

一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统有益效果

《一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统》包括电源三相交流输入端、电源三相交流输出端、九相自耦移相变压器、用于控制三相逆变器输出的同步控制装置、工频隔离变压器和三路输出装置，所述九相自耦移相变压器的三相交流输入端与电源三相交流输入端连接，九相自耦移相变压器设有三组三相交流输出端分别为超前组输出端A1、B1、C1和原始组输出端A0、B0、C0以及滞后组输出端A2、B2、C2，所述工频隔离变压器设有三组三相交流输入端分别为超前组输入端U1、V1、W1、原始组U0、V0、W0以及滞后组U2、V2、W2；所述工频隔离变压器的输出端U、V、W与电源三相交流输出端连接；所述三路输出装置为超前组输出装置、原始组输出装置和滞后组输出装置；所述超前组输出装置包括依次连接的超前组零序抑制换向电感、超前组三相六脉波整流器、超前组三相逆变器和超前组滤波电感，超前组零序抑制换向电感的三相输入端与上述超前组输出端A1、B1、C1连接，超前组滤波电感的三相交流输出端与上述超前组输入端U1、V1、W1连接；所述原始组输出装置包括依次连接的原始组零序抑制换向电感、原始组三相六脉波整流器、原始组三相逆变器和原始组滤波电感，原始组零序抑制换向电感的三相输入端与上述原始组输出端A0、B0、C0连接，原始组滤波电感的三相交流输出端与上述原始组输入端U0、V0、W0连接；所述滞后组输出装置包括依次连接的滞后组零序抑制换向电感、滞后组三相六脉波整流器、滞后组三相逆变器和滞后组滤波电感，滞后组零序抑制换向电感的三相输入端与上述滞后组输出端A2、B2、C2连接，滞后组滤波电感的三相交流输出端与上述滞后组输入端U2、V2、W2连接；所述同步控制装置设有四组采样输入端，分别与电源三相交流输入端、和三路逆变的输出端连接；所述同步控制装置设有三组控制输出端，三组控制输出端分别与超前组三相逆变器的控制端、原始组三相逆变器的控制端以及滞后组三相逆变器的控制端连接。

该发明具有如下特点：

1）独特的对称结构九相自耦移相变压器，其本体的额定功率不超过系统总输出功率的17%。

（2）并列结构的系统拓扑保证三组相位互差20^o的交流电源独立工作，向负载提供相同的功率，精确实现了整个电源系统的“18脉波整流”，有效降低了电网电流谐波。

（3）并列结构的DC/AC逆变单元既保证了三个并列通道的平衡，又构成了系统的冗余设计，整个系统可靠性高。

（4）独特设计的工频“四端口耦合隔离Y/Y连接三相变压器”，实现了三个独立并列通道交流输出的隔离耦合，并且使得变压器三相输出独立，适合不平衡负载运用场合。

（5）该工频电源系统无平衡电抗器，系统设计规范对称，冗余度高，其拓扑结构非常适合宽功率范围和500KVA级以上的UPS电源系统。

图1为《一种基于九相自耦移相变压器的对称式UPS电源系统》的结构框图；

图2该发明的九相自耦移相变压器的绕组结构示意图；

图3该发明的工频隔离变压器的绕组结构示意图；

图4该发明的三相逆变电路示意图；

图5该发明的原理图。

附图标记说明：1—九相自耦移相变压器、2—超前组零序抑制换向电感、3—原始组零序抑制换向电感、4—滞后组零序抑制换向电感、5—超前组三相六脉波整流器、6—原始组三相六脉波整流器、7—滞后组三相六脉波整流器、8—超前组三相逆变器、9—原始组三相逆变器、10—滞后组三相逆变器、11—超前组滤波电感、12—原始组滤波电感、13—滞后组滤波电感、14—同步控制装置、15—工频隔离变压器、16—耦合单元、17—充电器、18—电源三相交流输出端、19—旁路电路输入端、20—蓄电池组。