專利名稱：交流變相、變壓器及其輸變電方法
技術領域：
本發明涉及輸送交流電的變壓器及其交流電的輸變方法。
背景技術：
公知的三相交流電的輸送方法是使用三相變壓器，在高壓側以三相三線、在低壓側以三相四線的方式來進行。其主要優點是三相變壓器其鐵芯橫截面較小、結構簡單、緊湊、造價低；且其輸電導線僅須用三條而無須六條。但也存在一些欠缺，主要有1.長距離輸電時還是用三條導線輸電，其線路的架空及設施費用相對較高；2.在變壓器及輸電線路上皆存在‘相間’電壓，相對地不利于提高輸變電壓。

發明內容
本發明旨在提供一種既能改變電壓、又能改變相數的交流變相、變壓器，以克服上述缺點對發電和用電而言，仍皆是三相交流電，而在變壓器的高壓側以單相的方式來進行輸變電。一方面可利用大地作回路，實現單一條電線來輸電(到達用電端，又變回符合供電要求的三相電)，相對地降低輸電線的架空及設施費用；另一方面，在變壓器及輸電線路上因不存在‘相間’電壓，繞組數目減小，有利于提高輸變電壓，從而有利于減少輸電導線的橫截面、減少輸電線的用量、相對地降低輸電成本。本發明的目的是這樣來實現的以‘三相/三相’——‘單相/兩相’——‘兩相/三相’三種變相、變壓器配套來進行三相交流電的輸變，其中在高壓側以單相的方式來進行。說明如下上述三種變相、變壓器，皆為三個鐵芯柱，且橫截面積相同；原、副邊繞組的功率容
量相等。其中‘三相/三相’變壓器，就是現行的三相變壓器，分三個方向、分三路向用電端輸電；三路輸電的電壓、電流情形相同。就其中的一路而言，以單相、單線的方式(以大地作同路)進行輸電。其中‘單相/兩相’變壓器由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成。(一)附加的‘勵磁器’在圓形鐵芯上嵌放原、副邊繞組而成，其結構是1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯；環狀、套合在外面的為外鐵芯；內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組及副邊兩相繞組。2.原邊是單相繞組，分為主、副兩個線圈主、副線圈在鐵芯上夾90°電角；主線圈直接接單相交流電、副線圈與電容器串聯后接單相交流電。3.副邊是兩相繞組為兩相線圈；原邊單相繞組的主線圈與副邊兩相線圈在鐵芯上互夾120°電角。當原邊單相繞組接單相交流電后，會在鐵芯內產生旋轉磁場，于是在副邊的兩相線圈上能感應產生大小相等、夾120°電角的兩相交流電。該兩相交流電可確保‘主變壓器’三個繞組的勵磁磁勢對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)。(二)‘主變壓器’的組成情況是其原邊為單相繞組、在中芯柱上，接單相交流電；其副邊為兩相繞組在兩個邊芯柱上；兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組接‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電。當‘主變壓器’的原邊繞組接單相交流電、附加的兩相勵磁繞組接兩相勵磁交流電后，就相當于接上了三相交流電，雖然三相電壓不相等，但能夠做到使其三個繞組的勵磁磁勢對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故在三個鐵芯柱內會產生對稱平衡的三相磁通；于是在‘主變壓器’的副邊繞組上能感應產生大小相等、夾120°電角的兩相交流電。其中‘兩相/三相’變壓器，其副邊為三相繞組、在三個鐵芯柱上；其原邊為兩相繞組、在兩個邊芯柱上，原邊的兩相繞組接從‘單相/兩相’變壓器副邊繞組輸出的兩相交流電；因該兩相交流電大小相等、夾120°電角，故在該變壓器三個鐵芯柱內會產生對稱平衡的三相磁通；于是該變壓器副邊的三相繞組能輸出對稱平衡的三相交流電。本發明的主要優點是1.在長距離輸電時，在變壓器的高壓側以單相、單線的方式來進行輸送，降低輸變電成本費用。2.在變壓器及輸電線路上因不存在‘相間’電壓，相對地有利于提高輸變電壓，從而有利于減少輸電導線的橫截面、減少輸電線的用量、降低輸電成本。3.變壓器上的繞組數目減少，相對而言更有利于變壓器的絕緣，結構更簡單、緊
湊一些。


下面結合附圖以實施例來對本發明在實施方式上作進一步說明。附圖1是第一種輸變電方案的電路圖。附圖2是第一種輸變電方案的各變壓器圖。附圖3是變壓器4附加的‘勵磁器’的結構圖，左邊是其電路圖。附圖4是變壓器4附加的兩相勵磁繞組接線圖。附圖5是第一種輸變電方案中4的電壓、磁通矢量圖。附圖6是第一種輸變電方案中 的電壓、磁通矢量圖。附圖7是第一種輸變電方案中 的電壓、磁勢、電流矢量圖。附圖8是第一種輸變電方案中B2的磁勢、電流矢量圖。附圖9是第二種輸變電方案的電路圖。附圖10是第二種輸變電方案的各變壓器圖。附圖11是變壓器B4附加的‘勵磁器’的結構圖，左邊是其電路圖。附圖12是第二種輸變電方案中B4的電壓、磁通矢量圖。附圖13是第二種輸變電方案中B4的電壓、磁通矢量圖。附圖14是第二種輸變電方案中B4的電壓、磁勢、電流矢量圖。附圖15是第二種輸變電方案中B4的磁勢、電流矢量圖。附圖16是第三種輸變電方案的電路圖。附圖17是第三種輸變電方案的變壓器圖。附圖18是第三種輸變電方案中&的電壓、磁通矢量圖。附圖19是第三種輸變電方案中&的電壓、磁通矢量圖。附圖20是第三種輸變電方案中&的電壓、磁勢、電流矢量圖。附圖21是第四種輸變電方案的電路圖。附圖22是第四種輸變電方案的變壓器圖。附圖23是第四種輸變電方案中 的電壓、磁通矢量圖。附圖M是 副邊所接、呈Δ接法的三相負載電路圖。附圖25是 副邊所接、呈Δ接法的三相負載的其電壓、電流矢量圖。附圖26是第四種輸變電方案中 的電壓、磁勢、電流矢量圖。附圖27是第五種輸變電方案的電路圖。附圖觀是第五種輸變電方案的各變壓器圖。附圖四是第五種輸變電方案中B7的電壓、磁通矢量圖。附圖30是變壓器&附加的‘勵磁器’的結構圖，左邊是其電路圖。附圖31是第五種輸變電方案中&的電壓、磁通矢量圖。附圖32是&副邊繞組為‘串聯’的‘V形’接法電路圖。附圖33是&副邊繞組為‘并聯’的‘V形’接法電路圖。附圖34是&副邊繞組為‘X形’接法電路圖。附圖35是&副邊繞組為‘X形’接法時，其各種電壓的矢量圖。附圖36是第五種輸變電方案中&的電壓、磁勢、電流矢量圖。
具體實施例方式為簡化分析、便于闡述，設各實施例、各變壓器、各鐵芯柱的橫截面相同(變壓器鐵芯柱的橫截面若不相同，在實施例中再作說明)，原、副邊繞組匝數皆相同。這樣一來，在下面的分析中因各變壓器、各鐵芯柱內的磁通皆相同(變壓器鐵芯柱的磁通若不相同，在實施例中再作說明)，故鐵芯柱上各繞組的電壓關系就會顯得簡單、易述；在無說明時，則表示它們相等。在分析磁勢、電流關系時，無須考慮其匝數，只須考慮其電流關系即可。第1個實施例——第一種輸變電方案該輸變電方案，以‘三相/三相’——‘單相/兩相’——‘兩相/三相’三種變壓器配套來進行三相交流電的輸變；其中在高壓側以單相、單線的方式(以大地作回路)來進行。附圖1是第一種輸變電方案的電路圖，附圖2是第一種輸變電方案的各變壓器圖。(一 )電壓情況1.在變壓器B1上在附圖1、附圖2中，B1是‘三相/三相，變壓器其原邊為三相繞組A1Q、B1Q、C1Q，其副邊為三相繞組aXl、byi、Cz1對應地在三個鐵芯柱上。從變壓器&副邊繞組aXl、byi、CZl輸出的三相交流電，分三個方向、分三路向用電端輸電，三路的輸電電壓、電流情形相同。下面僅述繞組3^這一路，它輸出單相交流電壓Uaxl，是以單相、單線的方式(以大地作回路)對變壓器化供電。2.在變壓器化上在附圖1、附圖2中，化是‘單相/兩相’變壓器，它由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成。‘主變壓器’其原邊為單相繞組aXl在中芯柱上、接B1輸出的單相交流電壓Uaxl ；其副邊為兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)，在兩個邊芯柱上；兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)相當于從Δ接法的三相繞組cz2、aX2、by2中拆除中芯柱上的一相繞組by2而成(為圖示清晰，在附圖2中將它們畫在磁軛上)；它能輸出大小相等、夾120°電角的兩相交流電壓U。b2、Ua。2，這是因為在兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組C0、a0，該繞組接有‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電U。。、Ua。.附加的‘勵磁器’在圓形鐵芯上嵌放原、副邊繞組而成，其結構如附圖3所示。1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯N(附圖3中加有‘淡陰影’)，環狀、套合在外面的為外鐵芯W，內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯N的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組DO、FO及副邊兩相繞組co、ao.其電路圖在附圖3的左邊。2.原邊是單相繞組，分有主、副兩個線圈主線圈DO與副線圈FO在鐵芯上夾90°電角；主線圈DO直接接單相交流電、副線圈FO與電容器串聯后接單相交流電。3.副邊是兩相繞組為兩相線圈C0、a0 ；單相繞組的主線圈DO與兩相線圈C0、a0在鐵芯上互夾120°電角。當附加的‘勵磁器’的原邊單相繞組D0、F0接單相交流電后，會在其圓形鐵芯內產生旋轉磁場，于是在副邊的兩相線圈co、ao上會感應產生大小相等、夾120°電角的兩相交流電壓U。。、Ua。.B2 ‘主變壓器’上附加的兩相勵磁繞組C0、a0其接線如附圖4所示。當化的原邊繞組aXl接單相交流電壓Uaxl、而附加的兩相勵磁繞組co、ao接‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Ua。后，就相當于接上了三相交流電；實際情況中，單相交流電壓Uaxl是高壓，而‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Ua。是低壓，雖然這三相電壓不相等，但能夠做到使這三個繞組的空載勵磁磁勢對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故在B2三個鐵芯柱內的三相磁通Oal與Φ。2、Φ32會對稱平衡；于是在化副邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)上感應產生的兩相交流電壓U。b2、Ua。2大小相等、夾120°電角。其電壓、磁通矢量如附圖5所
7J\ ο以Ud表示化原邊繞組aXl上的單相交流電壓Uaxl，以Uv表示化副邊兩相繞組cb2、ac2(即CZ2, ax2)上的兩相交流電壓Ucb2、Uac2 ；因B2三個鐵芯柱內的三相磁通Φ3 與Φ。2、Φ32對稱平衡，故在磁通數值上Φ31 = Φ。2 = ，又因設變壓器4各繞組匝數相同，故Ud=Uv.3.在變壓器 上在附圖1、附圖2中， 是‘兩相/三相’變壓器其原邊為兩相繞組cb2、ac2(即CZ2, ax2)，在兩個邊芯柱上；兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)相當于從Δ接法的三相繞組cz2、aX2、by2中拆除中芯柱上的一相繞組by2而成(為圖示清晰，在附圖2中將它們畫在磁軛上)；該兩相繞組接化輸出的大小相等、夾120°電角的兩相交流電壓U。b2、Ua。2。因變壓器 原邊繞組所接氏輸出的兩個相電壓U。b2、Uac2大小相等、夾120°電角，故 內兩個邊芯柱內的磁通Φ。2、ΦΑ2大小相等、夾120°電角。而中芯柱內的磁通ΦΒ2=-(0。2+0^，故 三個芯柱內的磁通Φ 、ΦΑ2與ΦΒ2對稱平衡(大小相等、夾120°電角)。于是在 的副邊繞組c2。、A20, B20上感應產生的三個相電壓Uc2、UA2、Ub2對稱平衡，其電壓、磁通矢量如附圖6所示。于是其三個線電壓UCA2、Uab2, Ubc2也對稱平衡。以Uv表示 原邊繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)上的兩相交流電壓Ucb2、Uac2，以Uy表示 副邊三相繞組C2Q、A2Q、Bm上的三相交流電壓Uc2、UA2、Ub2 ； SB3三個鐵芯柱內的三相磁通①^①旭與①擬對稱平衡，故在磁通數值上①。=ΦA2 = ΦΒ2，又因設變壓器化各繞組匝數相同，故Uv = Uy.(二)電流情況1.在變壓器 上設變壓器 副邊所接三相負載相同，在 副邊三相繞組C2Q、A2Qj2Q輸出對稱平衡的三個相電壓UC2、UA2、UB2的作用下，其副邊三相繞組C2Q、A2Q、Bm上三個負載相電流IC2、IA2>Ib2對稱平衡。此時，在 原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)上必然同步地產生兩相負載電流I。b2、Iac2以平衡磁勢。其電壓、磁勢、電流矢量如附圖7所示。在磁勢上，副邊電流IC2、Ia2與原邊電流I。b2、Iac2性相反，與副邊電流Ib2性相同。在畫IA2、Ic2與Ib2的磁勢、電流矢量圖時，要以Γ B2( = -ΙΒ2)來代替ΙΒ2.電流I' Β2，在Ic2、Ia2兩個矢量方向上皆有磁勢作用。在 的C2相磁路中，原邊繞組Cb2 (即CZ2)上負載電流Ieb2所產生的磁勢為副邊繞組cm、B2()上兩個負載相電流IC2、IB2所產生的磁勢之矢量之和，磁勢、電流數值關系式為I' B2cos30° +IC2COS30° = Icb2.在 的A2相磁路中，原邊繞組ac2 (即ax2)上負載電流Ia。2所產生的磁勢為副邊繞組Am、B2()上兩個負載相電流IA2、Ib2所產生的磁勢之矢量之和，磁勢、電流數值關系式為I' B2cos30° +IA2COS30° = Iac2.由其附圖7所示的磁勢、電流矢量可知=B3原邊兩相繞組Cb2、ac2(即cz2、ax2)上的負載電流I。b2、Ia。2大小相等，夾60°電角。以Iy來表示副邊電流IC2、IA2, IB2,以Iv來表示原邊電流I。b2、Ia。2，其磁勢、電流關系式是r Ycos30° +IYcos30° = Iv ；因在數值上 I' Y = Ιγ，故 Iv = V 3ΙΥ.2.在變壓器化上B3原邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)輸入的大小相等、夾60°電角的負載電流Icb2> Iac2,就是4副邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)輸出的負載電流I。b2、Iac2.此時，B2原邊繞組aXl必然會同步地產生負載電流Iaxl，以平衡I。b2、Iac2所產生的磁勢。其磁勢、電流矢量如附圖8所示。與前述同理，在畫磁勢、電流矢量圖時，要以要以Γ axl( = -Iaxl)來代替Iaxl.因化兩個邊芯柱上附加的兩相勵磁繞組C0、a0所接的是‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電，其容量小，僅能供4所需的空載勵磁電流，供不出負載電流；而化中芯柱上原邊繞組aXl所接的是單相交流電，其容量大，故4原邊所需的負載電流就會由它供出。在化原邊繞組aXl負載電流Iaxl所產生的磁勢為副邊兩相繞組cb2、ac2負載電流I。b2、Ia。2所產生的磁勢之矢量之和。在數值上，磁勢、電流關系式為Icb2cos30° +Iac2cos30° = I' axl.以Iv來表示副邊電流I。b2、Iac2,以Id來表示原邊電流是Γ axl，其磁勢、電流關系式是Ivcos30° +Ivcos30° =Γ D ；因在數值上 Γ D = ID，故 Id = V 3IV.3.在變壓器B1上B2原邊單相繞組aXl輸入的負載電流Iaxl，就是B1副邊繞組aXl輸出的負載電流B1副邊，除了輸送一相繞組aXl輸出負載電流Iaxl之外，還有兩相繞組byi、CZ1輸出負載電流；設三路輸電所接的負載平衡(即相等)，因B1副邊繞組aXl、byi、Cz1輸出的三相交流電壓對稱平衡(大小相等、互夾12°電角)，故輸出的三相交流電流也對稱平衡。(三)繞組電功率傳遞情況1.在變壓器 上設變壓器 副邊所接的三相負載相同，其功率因數為cos θ ；以P。表示 原邊原邊繞組cb2 (即Cz2)的電功率，以Pa表示B3原邊原邊繞組ac2 (ax2)的電功率，以P31表示原邊兩相繞組cb2、ac2 (即ch、a&)的電功率；以表示副邊三相繞組C2Q、A2Q、B2Q的電功率；以Uv表示B3原邊兩相繞組cb2, ac2 (即CZ2, ax2)的相電壓，以Uy表示B3副邊的三相繞組C2Q、A2Q、4Q的相電壓；以Iv表示 原邊兩相繞組Clvac2 (即ch、a&)的相電流，以Iy表示B3副邊的三相繞組C2Q、A20, B20的相電流。對電感性負載而言，在畫電壓、電流矢量圖時，電流滯后于電壓一個電角；該電角是由其功率因數為cos θ所決定的。在附圖7中，取cos θ = cos30°，即取θ =30° ；從附圖7可見相電流Ia。2與相電壓Ua。2夾0°電角，相電流I。b2滯后于相電壓U。b260°電角。這說明此時繞組ac2(aX2)上的復合功率因數角為θ - β ( = 30° -30° = 0° )，繞組Cb2 (即CZ2)上的復合功率因數角為θ+β ( = 30° +30° =60° )。θ是一個‘負載，功率因數角，是個變量，其大小由負載的性質所決定；β是‘相移’功率因數角，它是由變壓器的結構配合一定的使用方法造成電流的相位變動而形成的，具體來說，它是由于變壓器原邊繞組缺相所造成的，它是個常量，在這里β Ε 30° .(1) B3原邊繞組cb2 (即Cz2)的電功率Pc該繞組復合有功功率是=Icb2Ucb2Cos( θ +30 ° ) = Uv Ivcos ( θ +30 ° )=UvIv(cos30° cos θ -sin30° sin θ )，其中 UvIvcos30° cos θ 是繞組 cb2 (即 cz2)上的有功功率；即 Pc = ( V 3/2) UvIvCos θ ·(2) B3原邊繞組ac2 (ax2)的電功率Pa該繞組復合有功功率是Uac2Iac2cOS( θ -30 ° ) = UvIvCos ( θ -30 ° )=Uviv(cos30° cos θ +Sin30° sin θ )，其中 Uvivcos30cos θ 是繞組 ac2(ax2)上的有功功率；BP Pa = ( V 3/2) UvIvCos θ ·(3) B3原邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)的電功率P31B3原邊兩相繞組的電功率P31為 原邊原邊繞組(Λ2 (即Cz2)的電功率P。與 原邊原邊繞組ac2(ax2)的電功率Pa之和，即=P31 = Pc+Pa = 2( V 3/2)UvIvCos θ = V 3UvIvcos θ ·
(4) B3副邊三相繞組C2。、A20, B20的電功率P32B3副邊三相繞組的電功率P32為副邊三相繞組C2Q、A20, B20電功率之和，即=3UYIYcos θ .(5) B3原邊兩相繞組的電功率P31與副邊三相繞組的電功率P32相等P32 = 3UYIYcos θ ；由上述對B3的‘電壓情況，分析知Uv = Uy,由上述對B3的‘電流情況’分析知 Iv = ν 3ΙΥ ；故 P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32.也就是說，在不計損耗時，變壓器 原、副兩邊繞組的電功率相等。2.在變壓器化上以P21表示化原邊單相繞組aXl的電功率，以P22表示化副邊兩相繞組cb2、ac2 (即CZ2, ax2)的電功率；以Ud表示化原邊單相繞組aXl的相電壓Uaxl，以Uv表示化副邊的兩相繞組(A2、ac2(即ch、a&)的相電壓U。b2、Ua。2 ；以Id表示 原邊單相繞組aXl的電流Iaxl，以Iv表示化副邊的兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)的相電流Ι。κ、Iac20變壓器化副邊兩相繞組cb2、ac2 (即(^2、ε 2)的電功率與變壓器 原邊兩相繞組cb2、ac2(即 cz2、ax2)的電功率之情形相同，即 P22 = P31 = V 3UvIvcos θ ·P21 = UdIdCOS θ ；由上述對B2的‘電壓情況’分析知Ud = Uv,由上述對B2的‘電流情況，分析知Id = V 3IV ；故P21 = P22.在變壓器B3 上:P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32，在變壓器 B2 上=P21 = P22
也就是說，在不計損耗時，變壓器4原、副兩邊繞組的電功率相等，且與變壓器 原、副兩邊繞組的電功率相等。(四)與當地三相電源的‘并網’在變壓器B1與化之間的高壓側，以單相單線、以大地作回路的方式進行輸電，到達用電端，通常會存在當地的三相電源；在這種情況下，‘當地的’與‘輸送的’兩種電源可‘并網’運行。此時，在變壓器化上附加的‘勵磁器’，既可以用，也可以不用。1.在變壓器化上仍用附加的‘勵磁器，在這種情況下，在變壓器 副邊三相繞組C2Q、A2Q、Bm輸出的三個線電壓H、Ubc2與當地三相電源的三個線電壓‘同步’的‘瞬間’合閘‘并網’即可。2.在變壓器化上不用附加的‘勵磁器，在這種情況下，將變壓器 副邊三相繞組C2Q、A20,化。接上當地的三相電源，則變壓器 、化各鐵芯柱內的磁通及各繞組間的電壓，其情形皆與上述相同；當變壓器化原邊單相繞組aXl上感應產生的單相交流電壓Uaxl與變壓器B1副邊繞組aXl輸出單相交流電壓Uaxl ‘同步’的‘瞬間’合間‘并網’即可。第2個實施例——第二種輸變電方案該輸變電方案，以‘三相/三相’——‘單相/兩相’——‘兩相/三相’三種變壓器配套來進行三相交流電的輸變；其中在高壓側以單相、單線的方式(以大地作回路)來進行。附圖9是第二種輸變電方案的電路圖，附圖10是第二種輸變電方案的各變壓器圖。(一)電壓情況1.在變壓器B1上在附圖9、附圖10中的變壓器B1已略畫，因在這里與第1個實施例中的情形完全相同。從變壓器&副邊繞組aXl、byi、CZl輸出的三相交流電，分三個方向、分三路向用電端輸電，三路的輸電電壓、電流情形相同。下面僅述繞組CZ1這一路，它輸出單相交流電壓U。zl，是以單相、單線的方式(以大地作回路)對變壓器B4供電。2.在變壓器B4上在附圖9、附圖10中，B4是‘單相/兩相’變壓器，它由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成。本實施例中的變壓器B4與第1個實施例中的4相類似，但在結構上有所不同。‘主變壓器’其原邊為單相繞組Cz1在中芯柱上、接B1輸出的單相交流電壓Ucz ；其副邊為兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)，在兩個邊芯柱上；兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)相當于以&為結點的、呈Y接法的三相繞組bx2、ax2、cx2，從中拆除中芯柱上的一相繞組cx2，將繞組(^2縮為一個結點& (即c2)，并由該結點抽出引線而成；它能輸出大小相等、夾60°電角的兩相交流電壓Ub。2、Ua。2，這是因為在兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組C0、a0，該繞組接有‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電U。。、Ua。.附加的‘勵磁器’在圓形鐵芯上嵌放原、副邊繞組而成，其結構如附圖11所示。
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1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯N(附圖11中加有‘淡陰影’)，環狀、套合在外面的為外鐵芯W，內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯N的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組DO、FO及副邊兩相繞組co、ao.其電路圖在附圖11的左邊。2.原邊是單相繞組，分有主、副兩個線圈主線圈DO與副線圈FO在鐵芯上夾90°電角；主線圈DO直接接單相交流電、副線圈FO與電容器串聯后接單相交流電。3.副邊是兩相繞組為兩相線圈CO、ao在鐵芯上夾60°電角；單相繞組的主線圈DO與兩相線圈co、ao在鐵芯上皆夾150°電角。當附加的‘勵磁器’的原邊單相繞組D0、F0接單相交流電后，會在其圓形鐵芯內產生旋轉磁場，于是在其副邊的兩相線圈c0、a0上感應產生的兩相交流電壓U。。、Ua。大小相等、夾60°電角，并與單相交流電壓皆夾150°電角。B4 ‘主變壓器’上附加的兩相勵磁繞組co、ao其接線如附圖10所示。當B4的原邊繞組Cz1接單相交流電壓U。z、而附加的兩相勵磁繞組C0、a0接‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Ua。后，就相當于接上了三相交流電；實際情況中，單相交流電壓U。z是高壓，而‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Uao是低壓，雖然這三相電壓不相等，但能夠使這三個繞組的空載勵磁磁勢產生這樣的磁通兩個邊芯柱上的磁通①…①八大小相等、夾60°電角，且與中芯柱上的磁通Φ。皆夾150°電角。其電壓、磁通矢量如附圖12所示。因兩個邊芯柱上的磁通0。04大小相等、夾60°電角，故在變壓器B4副邊兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)上感應產生的兩相交流電壓Ub。2、Ua。2也大小相等、夾60°電角。因Ubc2 = -Ucb2，故從變壓器B4副邊兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)上輸出的兩相交流電壓u。b2、Uac2大小相等、夾120°電角；與第1個實施中變壓器4副邊兩相繞組cb2、ac2(即α2、 2)上輸出的兩相交流電壓U。b2、Ua。2完全相同，都是大小相等、夾120°電角。因兩個邊芯柱上的磁通ΦΒ、。4大小相等、夾60°電角，而中芯柱內的磁通Φ。=_(ΦΒ+ΦΑ)，故在磁通數值上Φ。= V 3ΦΒ = V 3Φα ；若保持變壓器內各處磁通密度一致，中芯柱的橫截面應為邊芯柱橫截面的V 3倍。以Ud表示B4原邊繞組Cz1的單相交流電壓Ucz，以Uv表示B4副邊兩相繞組bc2、ac2(即bx2、ax2)的兩相交流電壓Ub。2、Uac2 ；因Φ。= V 3ΦΒ = V 3ΦΑ、又因設變壓器B4各繞組匝數相同，故Ud = V 3UV.3.在變壓器 上在本實施例與第1個實施例中，變壓器 的結構完全相同； 原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)上所輸入的兩相交流電壓U。b2、Uac2完全相同，都是大小相等、夾120°電所以，本實施例變壓器 的電壓與第1個實施例 的情況完全相同在 的副邊繞組Cm、A2()、B2()上感應產生的三個相電壓Ue2、UA2、UB2對稱平衡，其電壓、磁通矢量如附圖13所示。于是其三個線電壓UCA2、UAB2、UBC2也對稱平衡。以Uv表示 原邊繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)上的兩相交流電壓U。b2、Uac2，以Uy表示 副邊三相繞組C2Q、A20, B20上的三相交流電壓Uc2、UA2、Ub2 ；則UV = Uy.()電流情況1.在變壓器 上在本實施例與第1個實施例中，變壓器 的結構完全相同； 原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)上所輸入的兩相交流電壓U。b2、Uac2也完全相同，都是大小相等、夾120°電角。
所以，本實施例變壓器 的電流與第1個實施例 的情況完全相同在 的副邊繞組CM、A2()、B2()上三個負載相電流IC2、IA2、IB2對稱平衡。其電壓、磁勢、電流矢量如附圖14所示。其B3原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)上的負載電流I。b2、Iac2大小相等，夾60°電角。
以Iy來表示副邊電流IC2、IA2, IB2,以Iv來表示原邊電流I。b2、Iac2 ；則=Iv = V 3Iy.2.在變壓器B4上B3原邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)輸入的大小相等、夾60°電角的負載電流Icb2> Iac2,就是B4副邊兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)輸出的負載電流I。b2、Iac2.因Ibc2 = -Icb2，故B4副邊兩相繞組bc2、ac2 (即b&、a&)輸出的負載電流Ibc2、Iac2大小相等、夾120°電角。此時，氏原邊單相繞組Cz1必然會同步地產生負載電流Ie，以平衡Ib。2、Ia。2所產生的磁勢。其磁勢、電流矢量如附圖15所示。與前述同理，在畫磁勢的電流矢量圖時，要以Γ J = -Ie)來代替Ie.因B4兩個邊芯柱上附加的兩相勵磁繞組C0、a0所接的是‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電，其容量小，僅能供B4所需的空載勵磁電流，供不出負載電流；而B4中芯柱上原邊繞組Cz1所接的是單相交流電，其容量大，故B4原邊所需的負載電流就會由它供出。在氏原邊繞組CZ1負載電流Ie所產生的磁勢為副邊兩相繞組bc2、ac2(即bx2> ax2)負載電流Ib。2、Ia。2所產生的磁勢之矢量之和。在數值上，磁勢、電流關系式為Ibc2cos60° +Iac2cos60 = I' G.以Iv來表示副邊電流Ib。2、Iac2, Ie是原邊電流，其磁勢、電流關系式是Ivcos60° +Ivcos60° =I' G ；因在數值上 Γ G = Ig，故 Ig = Ιν·3.在變壓器&上B4原邊單相繞組Cz1輸入的負載電流Ie，就是B1副邊繞組Cz1輸出的負載電流Ie.B1副邊，除了輸送一相繞組CZ1輸出負載電流Ie之外，還有兩相繞組byi、CZl輸出負載電流；設三路輸電所接的負載平衡(即相等)，因B1副邊繞組aXl、byi、Cz1輸出的三相交流電壓對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故輸出的三相交流電流也對稱平衡。(三)繞組電功率傳遞情況1.在變壓器 上設變壓器 副邊所接的三相負載相同，其功率因數為cos θ ；以I^1表示原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)的電功率；以P32表示副邊三相繞組C2Q、A20, B20的電功率；以Uv表示 原邊兩相繞組cb2、ac2 (即ch、a&)的相電壓，以Uy表示 副邊的三相繞組C2Q、A2。、B20的相電壓；以Iv表示 原邊兩相繞組cb2、ac2 (即ch、a&)的相電流，以Iy表示 副邊的三相繞組C2Q、A20, B20的相電流。在本實施例與第1個實施例中，變壓器 的結構完全相同； 原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)上所輸入的兩相交流電壓U。b2、Uac2也完全相同，都是大小相等、夾120°電角。
本實施例變壓器 的電流與第1個實施例 的情況完全相同在 的副邊繞組c20> A20, B20上三個負載相電流IC2、IA2、Ib2皆對稱平衡(大小相等，互夾120°電角)，在 原邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、aX2)上的負載電流I。b2、Ia。2皆大小相等，夾60°電角。與第1個實施例一樣，在這里也存在‘相移’功率因數角β，且β Ε 30° ；所以，在這里與第1個實施例中變壓器 繞組電功率的情況完全相同P31 = V 3UvIvcos θ，P32 =3UYIYcos θ ；因 Uv = UY，Iv = V 3IY，故 P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32.也就是說，在不計損耗時，變壓器 原、副兩邊繞組的電功率相等。2.在變壓器B4上以P41表示B4原邊單相繞組Cz1的電功率，以P42表示B4副邊兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)的電功率；以Ud表示B4原邊單相繞組Cz1的相電壓Uczi，以Uv表示B4副邊的兩相繞組bc2、ac2(即bx2、ax2)的相電壓Ubc2、Uac2 ； Id是 原邊單相繞組Cz1的電流，以Iv表示B2副邊的兩相繞組bc2、ac2 (即bx2、ax2)的相電流Ib。2、Iac20變壓器B4副邊兩相繞組bc2、ac2 (即b&、￡ 2)的電功率與變壓器 原邊兩相繞組cb2、ac2(即 cz2、ax2)的電功率之情形相同，即 P42 = P31 = V 3UvIvcos θ ·P41 = UdIdCOS θ ；由上述對B4的‘電壓情況’分析知Ud = V 3UV，由上述對B4的‘電流情況’分析知 Id = Iv ；故 P41 = UdIdCOS θ = V 3UvIvcos θ = P42.在變壓器B3 上=P31 = V 3UvIvcos θ = 3UYIYcos θ = P32，在變壓器 B4 上=P41 = P42
—— 32·也就是說，在不計損耗時，變壓器B4原、副兩邊繞組的電功率相等，且與變壓器 原、副兩邊繞組的電功率相等。第3個實施例——第三種輸變電方案該輸變電方案，以‘三相/三相’——‘單相/三相’兩種變壓器配套來進行三相交流電的輸變；其中在高壓側以單相、單線的方式(以大地作回路)來進行。附圖16是第三種輸變電方案的電路圖，附圖17是第三種輸變電方案的變壓器圖。(一)電壓情況1.在變壓器B1上在附圖16、附圖17中就不畫供電方的變壓器B1 了，因這里與第一種輸變電方案的變壓器B1相同。B1是‘三相/三相’變壓器其原邊為三相繞組A1Q、B1Q、C1Q，其副邊為三相繞組aXl、byi、Cz1對應地在三個鐵芯柱上(在第1個實施例中已述)。從變壓器&副邊繞組aXl、byi、CZl輸出的三相交流電，分三個方向、分三路向用電端輸電，三路的輸電的電壓、電流情形相同。下面僅述繞組byi這一路，它輸出單相交流電壓Ubyl，是以單相、單線的方式(以大地作回路)對變壓器&供電。2.在變壓器&上在附圖16、附圖17 ^,B5是‘單相/三相’變壓器，它由‘主變壓器’和附加的 1]
磁器’兩部分組合而成。‘主變壓器’其原邊為單相繞組byi在中芯柱上、接B1輸出的單相交流電壓Ubyl ；其副邊為三相繞組A。、B。、C0在三個鐵芯柱上、它能輸出對稱、平衡的三相交流電壓UA、UB、Uc,這是因為在兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組co、ao，該繞組接有‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電U。。、Ua。.附加的‘勵磁器’在圓環形鐵芯上嵌放原、副邊繞組而成，其結構如附圖3所示；在第1個實施例中已述，故在此略述。B5 ‘主變壓器’上附加的兩相勵磁繞組⑶、ao其接線如附圖17所示。當&的原邊繞組byi接單相交流電壓Ubyl、而附加的兩相勵磁繞組co、ao接‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓l。、Ua。后，就相當于接上了三相變流電；實際情況中，單相交流電壓^yl是高壓，而‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Ua。是低壓，雖然這三相電壓不相等，但能夠做到使這三個繞組的空載勵磁磁勢對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故在&三個鐵芯柱內的三相磁通。8與Φ。、ΦΑ會對稱平衡；于是在&三相繞組Α。、B。、C。上感應產生的三相交流電壓UA、UB、％對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)。其電壓、磁通矢量如附圖18所示。于是其三個線電壓UAB、UBC、UCA也對稱平衡。以Ud表示&原邊繞組byi上的單相交流電壓Ubyl，以Uy表示&副邊三相繞組A。、B。、C。上的三相交流電壓UA、UB、Uc ；因&三個鐵芯柱內的三相磁通ΦΒ與Φ。、①八對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故在磁通數值上ΦΒ= Φ0= ΦΑ，又因設變壓器&各繞組匝數相同，故Ud = Uy.(二)電流情況1.在變壓器&上設變壓器&副邊所接三相負載相同，在&副邊三相繞組AQ、BQ、CQ輸出對稱平衡的三個相電壓UA、UB、Uc的作用下，其副邊三相繞組A。、B。、C0上三個負載相電流IA、IB、Ic對稱平衡。其電壓、電流矢量如附圖19所示。此時，在&原邊單相繞組byi上必然同步地產生單相負載電流Ie以平衡磁勢。在磁勢上，副邊電流IC、IA與原邊電流V性相反，與副邊電流Ib性相同。在畫IA、IC與Ib的磁勢、電流矢量圖時，要以Γ B( =-Ib)來代替Ib、要以I' <；(=〗<；)來代替Ie.其電壓、磁勢、電流矢量如附圖20所示。對于電流I' e來說，它在IA、1。及Ib三個矢量方向上皆有磁勢作用，要將它分解為r 與r e2兩個同方向矢量。對IA、Ic這兩個矢量方向上的磁勢作用，它以分量i' gcos60°的形式來參與，將它記作γ g2cos60° ；對矢量ib方向上的磁勢作用，它是以分量Γ ecoS0的形式來參與，將它記作Γ eiCOS0° .在變壓器&中芯柱與上邊芯柱組成的磁路中，磁勢、電流數值關系式為I' G2cos60° +1' G1cos0° =I' B+IA，其中 I' G2cos60° = IA, I' G1cos0° =I' B，因 r B = Ia，將它們記作 Ιγ，故得 Γ G2 = 2Ia = 2IY,I' G1 = I' B = IY，而 Γ 0為Γ G2、I' G1 之和，故得 Ig = Γ G= I' G2+I' G1 = 3IY.在變壓器&中芯柱與下邊芯柱組成的磁路中，磁勢、電流數值關系式為I' G2cos60° +1' G1cos0° =I' B+Ic，其中 I' G2cos60° = Ic, I' G1cos0° =I' B，因 Γ B = Ic，將它們記作 Ιγ，故得 Γ G2 = 2IC = 2IY,I' G1 = I' B=IY，而 Γ 0為Γ G2、I' G1 之和，故得 Ig = Γ G= I' G2+I' G1 = 3IY.2.在變壓器B1上B5原邊單相繞組byi輸入的負載電流Ie，就是B1副邊繞組byi輸出的負載電流Ie.B1副邊，除了輸送一相繞組byi輸出負載電流Ie之外，還有兩相繞組CZl、aXl輸出負載電流；設三路輸電所接的負載平衡(即相等)，因B1副邊繞組輸出的三相交流電壓對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故輸出的三相交流電流也對稱平衡。
(三)繞組電功率傳遞情況設變壓器&副邊所接的三相負載相同，其功率因數為cos θ ；以P51表示原邊單相繞組byi的電功率，以P52表示副邊三相繞組ApBpQj的電功率；以Ue表示&原邊單相繞組byi的相電壓Ubyl，以Uy表示B5副邊的三相繞組A0^B0X0的相電壓UA,UB,Uc ;IG是B5原邊單相繞組bYl的相電流，以Iy表示B5副邊的三相繞組A0、B0、C0的相電流IA、IB、IcoB5原邊單相繞組bYl電功率P51 = UgIgCOS Θ，B5副邊三相繞組A0、B。、C0電功率P52=3UYIYcos θ .由上述對&的‘電壓情況’分析知Ug = Uy,由上述對&的‘電流情況’分析知Ie=3IY ；故 P51 = UgIgCos θ = 3UYIYcos θ = P52.也就是說，在不計損耗時，變壓器&原、副兩邊繞組的電功率相等。第4個實施例——第四種輸變電方案該輸變電方案，以‘三相/三相’——‘單相/兩相’兩種變壓器配套來進行三相交流電的輸變；其中在高壓側以單相、單線的方式(以大地作回路)來進行。附圖21是第四種輸變電方案的電路圖，附圖22是第四種輸變電方案的變壓器圖。(一)電壓情況1.在變壓器B1上在附圖21、附圖22中就不畫供電方的變壓器B1 了，因這里與第一種輸變電方案的變壓器B1相同。B1是‘三相/三相’變壓器其原邊為三相繞組A1Q、B1Q、C1Q，其副邊為三相繞組aXl、byi、Cz1對應地在三個鐵芯柱上(在第1個實施例中已述)。從變壓器&副邊繞組aXl、byi、CZl輸出的三相交流電，分三個方向、分三路向用電端輸電，三路的輸電的電壓、電流情形相同。下面僅述繞組byi這一路，它輸出單相交流電壓Ubyl，是以單相、單線的方式(以大地作回路)對變壓器 供電。2.在變壓器 上在附圖21、附圖22中， 是‘單相/兩相’變壓器，它由‘主變壓器’和附加的 1]磁器’兩部分組合而成。‘主變壓器’其原邊為單相繞組byi在中芯柱上、接B1輸出的單相交流電壓Ubyl ；其副邊為兩相繞組CA、AB在兩個邊芯柱上；兩相繞組CA、AB相當于從Δ接法的三相繞組CA、AB、BC中拆除中芯柱上的一相繞組BC而成；它能輸出大小相等、夾120°電角的兩相交流電壓UCA、UAB，這是因為在兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組C0、a0，該繞組接有‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電U。。、Ua。.附加的‘勵磁器’在圓形鐵芯上嵌放原、副邊繞組而成，其結構如附圖3所示；在第1個實施例中已述，故在此略述。B6 ‘主變壓器’上附加的兩相勵磁繞組co、ao其接線如附圖22所示。當 的原邊繞組byi接單相交流電壓Ubyl、而附加的兩相勵磁繞組co、ao接‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓l。、Ua。后，就相當于接上了三相交流電；實際情況中，單相交流電壓^yl是高壓，而‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Ua。是低壓，雖然這三相電壓不相等，但能夠做到使這三個繞組的空載勵磁磁勢對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故在~三個鐵芯柱內的三相磁通ΦB與Φ。、ΦΑ會對稱平衡；于是在 副邊兩相繞組CA、AB上感應產生的三相交流電壓UCA、^b大小相等、夾120°電角。其電壓、磁通矢量如附圖23所示。變壓器 副邊兩相繞組CA、AB上的兩個相電壓UCA、Uab就是線電壓；因UCA、Uab大小相等、夾120°電角，又因線電壓Ubc = UBA+UAC = - (^+Uab)，故變壓器 副邊兩相繞組CA、AB輸出的三個線電壓^、UAB、Ub。對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)；就三個線電壓而言，與三相三線的電壓是相同的；可以向相同的三相負載正常供電。以Ud表示 原邊繞組byi上的單相交流電壓Ubyl，以Uv表示 副邊兩相繞組CA、AB上的兩相交流電壓UCA、Uab ；因 三個鐵芯柱內的三相磁通ΦΒ與Φ。、ΦΑ對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故在磁通數值上ΦΒ= Φ0= ΦΑ，又因設變壓器&各繞組匝數相同，故Ud = Uv.(二)電流情況1.在變壓器 上設變壓器 副邊兩相繞組CA、AB所接、呈Δ接法的三相負載相同，如附圖M所
7J\ ο在 副邊兩相繞組CA、AB輸出對稱平衡的三個線電壓^、UAB、UBC的作用下，其副邊呈Δ接法的三個負載ac、ba、cb上的三個相電流Ia。、Iba、Icb對稱平衡，因Ic = Icb_Iac、IA = Iac-Iba Jb = Iba_I。b，故三個線電流 Ic、IaJb 對稱平衡。其電壓、電流矢量如附圖25所示。若 副邊是呈Δ形接法的三相繞組CA、AB、BC，則其相電流、線電流與上述有著對應的關系ic = ibc-ica、ia = ica-iab, ib = iab-ibc,其三個相電流 ica、iab、ibc 也會對稱平衡。因 副邊只有兩相繞組CA、AB,無繞組BC，相電流Ibc = 0，于是其電流情形就成了 Ic = -Ica、Ia = Ica-Iab, Ib = Iab ；使得繞組CA的相電流Ica與線電流Ic大小相等、方向相反，繞組AB的相電流Iab就是線電流Ib.因B6副邊的三個線電流Ic、IA、Ib對稱平衡，即線電流Ic、Ia大小相等、夾120°電角；又因ic = -ica> ib = iab ；故繞組ca、ab上的相電流ica、iab大小相等、夾60°電角。當變壓器 副邊繞組CA、AB上輸出相電流ICA、Iab后，在 原邊單相繞組byi上必然同步地產生單相負載電流Ie以平衡磁勢。其電壓、磁勢、電流矢量如附圖26所示。與前述同理，在畫磁勢、電流矢量圖時，要以Γ e( = -Ie)來代替Ie.因 兩個邊芯柱上附加的兩相勵磁繞組c0、a0所接的是‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電，其容量小，僅能供 所需的空載勵磁電流，供不出負載電流；而 中芯柱上原邊繞組byi所接的是單相交流電，其容量大，故 原邊所需的負載電流就會由它供出。B6原邊單相繞組Cz1負載電流Ie所產生的磁勢為副邊兩相繞組CA、AB負載電流ICA、Iab所產生的磁勢之矢量之和。在數值上，磁勢、電流關系式為Ib。2coS30° +Iac2cos30°
=1' ο·以Iv來表示副邊電流Ια、IAB, Ie是原邊電流，其磁勢、電流關系式是:Ivcos30° +Ivcos30° =I' G ；因在數值上 Γ G = Ig，故 Ig = V 3Ιν·2.在變壓器B1上B6原邊單相繞組byi輸入的負載電流Ie，就是B1副邊繞組byi輸出的負載電流Ie.
B1副邊，除了輸送一相繞組byi輸出負載電流Ie之外，還有兩相繞組CZl、aXl輸出負載電流；設三路輸電所接的負載平衡(即相等)，因B1副邊繞組輸出的三相交流電壓對稱平衡(大小相等、互夾120°電角)，故輸出的三相交流電流也對稱平衡。(三)繞組電功率傳遞情況設變壓器 副邊所接的三相負載相同，其功率因數為cos θ ；以Pf表示三相負載的電功率，以Pfil表示原邊單相繞組byi的電功率，以P62表示副邊兩相繞組CA、AB的電功率；以Ux表示三相負載的線電壓，以Ue表示 原邊單相繞組byi的相電壓Ubyl，以Uv表示 副邊兩相繞組CA、AB的相電壓UCA、UAB ；以Ix表示表示三相負載的線電流，Ig是 原邊單相繞組byi的相電流，以Iv表示 副邊兩相繞組CA、AB的相電流ICA、Iab.在本實施例中的變壓器 副邊繞組CA上相電壓Uca與相電流^夾60°電角，副邊繞組AB上相電壓^b與相電流Iab夾0°電角。在第1個實施例中的變壓器 原邊繞組cb2 (即Cz2)上相電壓Ucb2與相電流Icb2夾60 °電角，原邊繞組ac2 (即ax2)上相電壓Uac2與相電流Ia。2夾0°電角。也就是說，本實施例中的變壓器B6副邊兩相繞組CA、AB與第1個實施例中的變壓器 原邊兩相繞組cb2、ac2(即cz2、ax2)，其電功率情形一樣，皆存在‘相移’功率因數角β，且β Ξ 30° .第1個實施例中的變壓器 原邊兩相繞組cb2、ac2 (即cz2、ax2)的電功率P31 =
V3UvIvcos θ ；與之同理，本實施例中的變壓器 副邊兩相繞組CA、AB的電功率P62 =
V3UvIvcos θ .三相負載的電功率Pf = V 3UxIxcos θ， 原邊單相繞組byi電功率P61 =UgIgCOS θ .因在數值上，三相負載的線電壓Ux等于 副邊兩相繞組CA、AB的相電壓Uv，三相負載的線電流Ix等于 副邊兩相繞組CA、AB的相電流Iv ；由上述對 的‘電壓情況’分析知Ug = Uv,由上述對B6的‘電流情況，分析知Ig = V 3IV ；于是UgIgCOS θ = V 3UvIvcos θ=V 3UxIxcos θ，故 P61 = P62 = Pf.也就是說，在不計損耗時，三相負載的電功率就是變壓器~副邊兩相繞組CA、AB的電功率，等于變壓器 原邊單相繞組byi的電功率。第5個實施例——第五種輸變電方案該輸變電方案，以‘兩相/兩相’——‘單相/兩相’兩種變壓器配套來進行兩相交流電的輸變；其中在高壓側以單相、單線的方式(以大地作回路)來進行。附圖27是第五種輸變電方案的電路圖，附圖觀是第五種輸變電方案的各變壓器圖。(一 )電壓情況1.在變壓器B7上在附圖27、附圖觀中，B7是‘兩相/兩相’變壓器其原邊為兩相繞組ApBtj，在左邊上下兩個鐵芯柱上；其副邊為兩相繞組 o、bl0，在右邊上下兩個鐵芯柱上。變壓器B7原邊兩相繞組k0、B0接兩相交流發電機供出的兩相交流電，從變壓器B7副邊繞組％0、1310，輸出的兩相交流電，分兩個方向、分兩路向用電端輸電，兩路的輸電電壓、電流情形相同。下面僅述繞組al0這一路，它輸出單相交流電壓Ual。，是以單相、單線的方式(以大地作回路)對變壓器&供電。
從變壓器B7原邊兩相繞組Ap^j輸入的兩相交流電壓UA。、UB。大小相等、夾90°電角；于是在&上下邊芯柱內的磁通(1^、(^大小相等、夾90°電角，于是從B7副邊兩相繞組al0、bl0輸入的兩相交流電壓Ual。、Ubl。大小相等、夾90°電角。其電壓、磁通矢量如附圖四所示。因上下磁軛內的磁通ΦΑ、ΦB大小相等、夾90°電角，而中心磁軛內的磁通Φ。=_(ΦΑ+ΦΒ)，故在磁通數值上Φ。= V 2ΦΑ = V 2Φβ ；若保持變壓器內各處磁通密度一致，中心磁軛的橫截面應為邊磁軛橫截面的V 2倍。2.在變壓器&上在附圖27、附圖觀中，&是‘單相/兩相’變壓器，它由‘主變壓器’和附加的 ]磁器’兩部分組合而成。‘主變壓器’其原邊為單相繞組al0在中芯柱上、接&輸出的單相交流電壓Ualo ；其副邊為兩相繞組ax2、by2，繞組ax2在上面的邊芯柱上，繞組ax2在下面的邊芯柱上(為圖示清晰，在附圖28中兩相繞組ax2、by2畫在磁軛上)。&副邊的兩相繞組ax2、by2，它能輸出大小相等、夾90°電角和兩相交流電壓Uax2、Uby2，這是因為在兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組co、ao，該繞組接有‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電U。。、Ua。.附加的‘勵磁器’在圓形鐵芯上嵌放原、副邊繞組而成，其結構如附圖30所示。1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯N(附圖30中加有‘淡陰影’)，環狀、套合在外面的為外鐵芯W，內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯N的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組DO、FO及副邊兩相繞組co、ao.其電路圖在附圖30的左邊。2.原邊是單相繞組，分有主、副兩個線圈主線圈DO與副線圈FO在鐵芯上夾90°電角；主線圈DO直接接單相交流電、副線圈FO與電容器串聯后接單相交流電。3.副邊是兩相繞組為兩相線圈co、ao，在鐵芯上夾90°電角；單相繞組的主線圈DO與兩相線圈co、ao在鐵芯上皆夾135°電角。當附加的‘勵磁器’的原邊單相繞組D0、F0接單相交流電后，會在其圓形鐵芯內產生旋轉磁場，于是在副邊的兩相線圈co、ao上會感應產生大小相等、夾90°電角的兩相交流電壓U。。、Ua。.B8 ‘主變壓器’上附加的兩相勵磁繞組co、ao其接線如附圖觀所示。當&的原邊繞組B1O接單相交流電壓Ual。、而附加的兩相勵磁繞組CO、ao接‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓&。、Ua。后，就相當于接上了三相交流電；實際情況中，單相交流電壓。是高壓，而‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電壓U。。、Ua。是低壓，雖然這三相電壓不相等，但能夠使這三個繞組的空載勵磁磁勢產生這樣的磁通兩個邊芯柱上的磁通。。。，大小相等、夾90°電角，且與中芯柱上的磁通Φ。皆夾135°電角。其電壓、磁通矢量如附圖31所示。因兩個邊芯柱上的磁通％、。3大小相等、夾90°電角，故在變壓器&副邊兩相繞組ax2、by2上感應產生的兩相交流電壓Uax2、Uby2,也大小相等、夾90°電角。因兩個邊芯柱上的磁通Φρ。3大小相等、夾90°電角，而中芯柱內的磁通Φ。=-(Ob+Oa)，故在磁通數值上Φ。= V 2Φ, = ν 2Φ3 ；故中芯柱的橫截面應為邊芯柱橫截面的V 2倍。以Ud表示&原邊繞組Ei1O的單相交流電壓Ual。，以Uv表示&副邊兩相繞組a&、by2的兩相交流電壓Uax2、uby2 ；因φ。= V 2Φ, = V 2c5a、又因設變壓器B4各繞組匝數相同，故Ud = V 2UV.B8副邊的兩相繞組ax2、by2，可分成四相繞組從繞組M2的中心ο抽引出線，可將繞組分成 0、X2O兩相繞組；從繞組by2的中心ο抽引出線，可將繞組by2分成l^o、y2o兩相繞組。B8副邊的繞組可分‘V形’、‘X形’兩類接法；‘V形’接法又有‘串聯’與‘并聯’兩種。將繞組ax2的X2與繞組by2的y2連接在一起，抽出引線；這種三條引出線a2、b2、&(即y2)，兩相三線的供電方式，為‘串聯’的‘V形’接法，如附圖32所示。將繞組a2o、ox2的ει2、ο相并，o、&相并，‘并聯，成一組a2o_ox2 ；將繞組b2o、oy2的b2、ο相并，ο、y2相并，‘并聯，成一組b2o-oy2 ；這種三條引出線a2、b2、X2 (即y2)，兩相三線的供電方式，為‘并聯’的‘V形’接法，如附圖33所示。‘X形’接法是將繞組M2的中心ο與繞組by2的中心ο連接在一起，抽出引線。這種五條引出線a2、b2、x2, y2、ο,四相五線的供電方式，為‘X形’接法，如附圖34所示。如附圖34所示‘X形，接法的四相繞組 0、720、&0、1320之間有三種不同的電壓。其各種電壓的矢量關系如圖35所示圖。四相繞組ει2ο、y2o、x2o, b2o上的電壓Ua2o、Uy2o, Ux2o, Ub2o為相電壓，記作U0 ；可分四路供電，但四路單相負載應盡量相同。繞組ει2θ的 與繞組X2O的&之間、繞組ID2O的ID2與繞組y2o的y2之間的電壓Uax2、Uby2 為合相電壓，記作 Uh ；因 Uax2 = H2 = Ua2o-Ux2o,Uby2 = Ub2o+Uoy2 = Ub2o-Uy2o ；故 Uh=2U。.繞組ax2、by2的兩個合相電SUax2、Uby2，可以兩相四線的方式向兩相交流電動機供電。兩相交流電動機，其定子繞組與單相電風扇的相類同，但無須加接電容器。 繞組a2o的a2與繞組b2o的b2之間、繞組b2o的b2與繞組x2o的X2之間、繞組x2o的&與繞組y2o的y2之間、繞組y2o的y2與繞組ει2ο的ει2之間，它們之間的電壓Uab2、Ubx2、Uxy2、Uya2 為線電壓，記作 Ux ；因 Uab2 = Ua2o+Uob2 = Ua2o-Ub2o, Ubx2 = Ub2o+Uox2 = Ub2o-Ux2o, Uxy2 =Ux2o+Uoy2 = Ux2o-Uy2o, Uya2 = Uy2。+U。a2 = Uy2o-Ua2o ；故 K = V 2U。，Ux = (1/ V 2) UH.這四個線電壓Uab2、Ubx2, Uxy2, Ia2可以四相四線的方式向四相交流電動機供電。四相交流電動機，其定子繞組相當于將兩相交流電動機的定子繞組分成四相，組與相之間加以絕緣；四相交流電動機可以有‘十字形’與‘口字形’兩種不同的接線方法。總之，兩相(四相)交流電有一定的使用價值；就使用的靈活、多樣性而言，不遜色于三相交流電。( 二)電流情況1.在變壓器&上僅以&副邊的兩相繞組ax2、by輸出的兩相交流電壓Uax2、Uby2來說明。設變壓器&副邊兩相繞組ax2、by所接的兩相負載相同，因&副邊兩相繞組ax2、by輸出的兩相交流電壓Uax2、Uby2大小相等、夾90°電角，故&副邊兩相繞組a&、by輸出的兩相交流電流Iax2、Iby2也大小相等、夾90°電角。當變壓器&副邊繞組a&、by上輸出相電流Iax2、Iby2后，在&原邊單相繞組al0上必然同步地產生單相負載電流Ial以平衡磁勢。其電壓、磁勢、電流矢量如附圖36所示。與前述同理，在畫磁勢、電流矢量圖時，要以Γ al( =-IJ來代替Ial.
因&兩個邊芯柱上附加的兩相勵磁繞組C0、a0所接的是‘勵磁器’供出的兩相勵磁交流電，其容量小，僅能供&所需的空載勵磁電流，供不出負載電流；而&中芯柱上原邊繞組al0所接的是單相交流電，其容量大，故&原邊所需的負載電流就會由它供出。&原邊單相繞組al0負載電流Ial所產生的磁勢為副邊兩相繞組ax2、by負載電流Iax2、Iby2所產生的磁勢之矢量之和。在數值上，磁勢、電流關系式為Ibc2cos45° +Iac2cos45° =I' al.以Iv來表示副邊電流Iax2、Iby2，以Ie來表示原邊電流Ial，其磁勢、電流關系式是Ivcos45° +Ivcos45° =I' G ；因在數值上 Γ G = Ig，故 Ig = V 2Ιν·2.在變壓器B7上B8原邊單相繞組al0輸入的負載電流Ial，就是B7副邊繞組al0輸出的負載電流Ial.B7副邊，除了輸送一相繞組al0輸出負載電流Ial之外，還有一相繞組bl0輸出負載電流；設兩路輸電所接的負載平衡(即相等)，因1副邊繞組輸出的兩相交流電壓大小相等、夾90°電角，故輸出的兩相交流電流也大小相等、夾90°電角。(三)繞組電功率傳遞情況設變壓器&副邊所接的兩相負載相同，其功率因數為cos θ ；以Pin表示原邊單相繞組的電功率，以P82表示副邊兩相繞組ax2、by2的電功率；以Ue表示&原邊單相繞組B1O的相電壓Ual。，以Uv表示&副邊兩相繞組ax2、by2的相電壓Uax2、Uby2 ；以Ie表示&原邊單相繞組 o的相電流Ial，以Iv表示&副邊兩相繞組ax2、by2的相電流Iax2、Iby2.B8原邊單相繞組Ei1O電功率P81 = UgIgCOS θ，B8副邊兩相繞組ax2、by2電功率P82=2UvIvcos θ .由上述對&的‘電壓情況’分析知Ug = V 2UV，由上述對&的‘電流情況’分析知Ig = V 2IV ；因 UgIgCos θ = V 2Uv V 2Ivcos θ = 2Uv2Ivcos θ，故 P81 = P82.在不計損耗時，&副邊兩相繞組ax2、by2的電功率，等于變壓器~原邊單相繞組B1O的電功率。
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權利要求
1. 一種既能改變相數又能改變電壓的交流變壓器及其輸變電方法，其變壓器是在鐵芯上置原、副邊繞組而成，利用變壓器以高電壓、低電流進行交流電的輸送，其特征是以‘三相/三相’——‘單相/兩相’——‘兩相/三相’三種變壓器配套來進行三相交流電的輸變；其中‘三相/三相’變壓器，分三個方向、分三路向用電端輸電；就其中的一路而言，以單相單線、以大地作回路的方式進行輸電；其中‘兩相/三相’變壓器的結構是其三個鐵芯柱橫截面積相同；原邊是兩相繞組、在兩個邊芯柱上，這兩相繞組相當于從Δ接法的三相繞組中拆除中芯柱上的一相繞組而成；副邊是三相繞組、在三個鐵芯柱上；其中‘單相/兩相’變壓器由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成；(一)附加的‘勵磁器’結構是.1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯；環狀、套合在外面的為外鐵芯；內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組及副邊兩相繞組；.2.原邊是單相繞組、分為主、副兩個線圈主、副線圈在鐵芯上夾90°電角，在副線圈上串聯有電容器，主、副線圈呈三線V接法；.3.副邊是兩相繞組、為兩相線圈；原邊單相繞組的主線圈與副邊兩相線圈在鐵芯上互夾120°電角；(二)‘主變壓器’的結構是.1.‘主變壓器’三個鐵芯柱橫截面積相同；原邊是單相繞組、在中芯柱上；副邊是兩相繞組、在兩個邊芯柱上，這兩相繞組相當于從Δ接法的三相繞組中拆除中芯柱上的一相繞組而成；.2.兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組，這兩相勵磁繞組呈三線V接法。
2.根據權利要求一所述的既能改變相數又能改變電壓的交流變壓器及其輸變電方法，其特征是其中‘單相/兩相’變壓器由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成；(一)附加的‘勵磁器’結構是.1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯；環狀、套合在外面的為外鐵芯；內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組及副邊兩相繞組；.2.原邊是單相繞組、分為主、副兩個線圈主、副線圈在鐵芯上夾90°電角，在副線圈上串聯有電容器，主、副線圈呈三線V接法；.3.副邊是兩相繞組、為兩相線圈，在鐵芯上夾60°電角；原邊單相繞組的主線圈與副邊兩相線圈在鐵芯上皆夾150°電角；(二)‘主變壓器’的結構是.1.‘主變壓器’有一個中芯柱、兩個邊芯柱；中芯柱橫截面為邊芯柱橫截面的V 3倍；原邊是單相繞組、在中芯柱上；副邊是兩相繞組、在兩個邊芯柱上，這兩相繞組相當于從Y接法的三相繞組中拆除中芯柱上的一相繞組而成；.2.兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組，這兩相勵磁繞組呈三線V接法。
3.根據權利要求一所述的既能改變相數又能改變電壓的交流變壓器及其輸變電方法，其特征是以‘三相/三相’——‘單相/三相’兩種變壓器配套來進行三相交流電的輸變；‘單相/三相’變壓器由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成，‘主變壓器’的結構是.1.‘主變壓器’三個鐵芯柱橫截面積相同；原邊是單相繞組、在中芯柱上；副邊是三相繞組、在三個鐵芯柱上；.2.兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組，這兩相勵磁繞組呈三線V接法。
4.根據權利要求一所述的既能改變相數又能改變電壓的交流變壓器及其輸變電方法，其特征是以‘三相/三相’——‘單相/兩相’兩種變壓器配套來進行三相交流電的輸變。
5.根據權利要求一所述的既能改變相數又能改變電壓的交流變壓器及其輸變電方法，其特征是以‘兩相/兩相’——‘單相/兩相’兩種變壓器配套來進行兩相交流電的輸變；其中‘兩相/兩相’變壓器，分兩個方向、分兩路向用電端輸電；就其中的一路而言，以單相單線、以大地作回路的方式進行輸電；‘兩相/兩相’變壓器的結構是其四個鐵芯柱橫截面積相同，上下磁軛與鐵芯柱橫截面積相同，中心磁軛橫截面為鐵芯柱橫截面積的V 2倍；其原邊是兩相繞組、在左邊上下兩個鐵芯柱上；其副邊是兩相繞組、在右邊上下兩個鐵芯柱上；其中‘單相/兩相’變壓器由‘主變壓器’和附加的‘勵磁器’兩部分組合而成；(一)附加的‘勵磁器’結構是.1.有內、外兩種鐵芯圓形、套合在里面的為內鐵芯；環狀、套合在外面的為外鐵芯；內、外鐵芯之間無氣隙存在；在內鐵芯的外圓側制有嵌線槽，槽內嵌放原邊單相繞組及副邊兩相繞組；.2.原邊是單相繞組、分為主、副兩個線圈主、副線圈在鐵芯上夾90°電角，在副線圈上串聯有電容器；主、副線圈呈三線V接法，主、副線圈呈三線V接法；.3.副邊是兩相繞組、為兩相線圈，在鐵芯上夾90°電角原邊單相繞組的主線圈與副邊兩相線圈在鐵芯上皆夾135°電角；(二)‘主變壓器’的結構是.1.‘主變壓器’有一個中芯柱、兩個邊芯柱；中芯柱橫截面為邊芯柱橫截面的V 2倍；原邊是單相繞組、在中芯柱上；副邊是兩相繞組、在兩個邊芯柱上，這副邊的兩相繞組呈三線V接法；.2.副邊的兩相繞組可分為四相繞組，這四相繞組呈X接法；.3.兩個邊芯柱上還有附加的兩相勵磁繞組，這兩相勵磁繞組呈三線V接法。
全文摘要
一套既能改變相數又能改變電壓的交流變相、變壓器及其輸變電方法，適用于三相及兩相交流電的輸變。在變壓器的高壓側以單相單線、以大地作同路的方式進行輸電；用電端的變壓器，除原邊單相繞組外，還配有“勵磁器”，能簡單、方便、有效地將單相電變回符合供電要求的三相或兩相交流電。使輸電線的架空及設施費用相對地降低。因不存在‘相間’電壓；且變壓器繞組數目減少，有利于變壓器的絕緣；故有利于提高輸變電壓、減少輸電導線的橫截面。
文檔編號H01F30/14GK102592810SQ20111002494
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月13日 優先權日2011年1月13日
發明者陳端生 申請人:陳端生