[发明专利]模块化可重构的多相电力变压器

说明书

公开背景

1.技术领域

本发明涉及交流（AC）电力变压器，并且更具体地，涉及通过选择性地在通用变压器芯结构上配置绕组来将一个或多个输入电力相转换为多相输出的多相AC电力变压器。本发明的变压器适于向AC电动机变频器（VFD）供电。

2.背景技术

一些已知的AC变频器需要9个输入电流电力相以便向三相AC电动机提供驱动控制。如图1和图2中所示，通过已知的3-9相变压器T，三个电力输入相的每一个都被分到三个单独的次级。在变压器T中，三个已知的成对的初级/次级绕组束（bundle）T₁、T₂和T₃分别具有耦接到一个输入电力相的初级绕组，在所谓的德耳塔配置中在初级绕组上缠绕单独的环形次级绕组。在各个束中，初级绕组围绕共享的平面梯形形状的铁磁层压芯C的单独的梯级（rung）缠绕，并且束的次级绕组转而围绕初级绕组缠绕。各个单独的初级/次级绕组束T_1-3分别将三相AC输入电力的单个相Φ₁、Φ₂和Φ₃转换成为九个次级输出电力，统称为Φ_A至Φ_I。向已知的变频器VFD馈送总的变压器输出功率Φ_A至Φ_I，变频器VFD的输出电力控制电动机（MOTOR）的运行驱动参数。

因而，在已知的VFD系统中，梯形芯多相变压器在他们的初级/次级芯中需要相对复杂的内部绕组结构，并且占据相对大的安装空间。

已知的梯形芯多相变压器一般需要专门配置用于特定相转换应用的铁磁芯。例如，单相输入变压器芯（通常1或2梯形梯级芯）的结构与两相输入（至少2梯形梯级芯）或者三相输入（至少3梯形梯级芯）的变压器芯的结构不同。类似地，依赖于输出相的数量需要初级/次级绕组束的多种配置。因为不是预先装配的，所以束结构更加复杂。在次级绕组可以围绕初级绕组缠绕之前，束的初级绕组必须围绕铁磁芯缠绕。这样，已知的梯形芯变压器需要复杂的芯绕组配置和耗费大量导电绕组电线的缠绕过程。

这样，现有技术中存在对能够用于从单相输入到单相输出、单相输入到多相输出以及多相输入到多相输出的多种类型的变压器应用的模块化变压器芯结构的需要。

现有技术中存在对能够用于从单相输入到单相输出、单相输入到多相输出以及多相输入至多相输出的多种类型的变压器应用的模块化变压器绕组结构的另一个需要。

现有技术中还存在对于如下可重构模块化多相变压器的另一种需要：该可重构模块化多相变压器能够代替已知的被配置用于单输入相到多输出或多相输入至多相输出的专门应用的变压器，包括通常使用三相电网电线电力来向多相变频器供电的变压器。

现有技术中存在对如下变压器绕组配置的附加的需要：该变压器绕组配置降低用于其构造所需的导电绕组电线的数量和/或简化变压器制造。

发明内容

相应地，本发明的目的是创建包括能够被配置用于单相或多相输入和/或输出的模块化芯结构的变压器。

本发明的另一个目的是创建能够用于多种类型的单相和多相变压器输入和输出应用的模块化变压器绕组结构。

本发明的又一个目的是通过创建可重构的模块化多相变压器来减少将单相或多相电力输入转换为多相电力输出所需要的不同类型的变压器设备的数量。

本发明的另一个目的是简化围绕变压器芯缠绕导电电线的方法，以便创建在构造过程中消耗较少导电电线和/或更易于制造的变压器。

根据本发明，这些目的以及其他目的通过下述变压器实现，该变压器具有模块化的、可重构的圆柱嵌入的芯和适于单相或多相输入和/或输出变压器应用的绕组配置。多相输入应用中的根据本发明的教导构造的变压器可以替换许多不同的单独的专用单应用单相或多相输入和/或输出变压器，从而减少在制造和分配链清单中所需要的变压器单元的数量。本发明的模块化变压器芯和绕组结构能够被配置用于提供单相或多相输入或输出。在本发明的其他优选实施方式中，公开了用于简化变压器芯的绕组模式的方法，该方法还最小化制造变压器设备所需要的芯绕组电线的数量。