变压器电路和包含该电路的设备制造技术

本发明专利技术涉及电气变压器电路(1)，用于将譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统的电气装备(2)连接至电网(3)。该电路包括连接至该装备的第一电压变换器(10)，连接至第一变换器的变压器(20)和连接至变压器(2)和电网(3)的第二电压变换器(20)。变压器(20)是弱耦合变压器，第一线圈(L1)与第二线圈(L2)之间的磁耦合小于0.7。变压器(20)包括分别连接至第一和第二线圈(L1，L2)的第一和第二电容(C1，C2)，用来与相应的线圈(L1，L2)一起构成谐振频率为f0的电路。本发明专利技术还涉及电气设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将电气装备连接至电网的领域，不拘泥于电气装备的类型。电气装备的该类型可以是充电类型，譬如电池，或者电源类型，譬如可再生能源发电机，或者是以交替作为充电和电源运行的类型，譬如某些电池或者超级电容。
技术介绍
将电气装备，不拘泥于其类型，连接至具有不同于电气装备电压的运行电压的电网一般需要合适的电气变压器电路。实际上，无论是否为电气装备提供电能，或者用于将电力传输至电网的电气装备，电压调节和/或电绝缘均是必须的。当装备是以DC电压运行的装备并且电网以AC电压运行的时候，更是如此。因此，在可再生能源装备开发的领域中，譬如与可再生能源发电机连接的风力涡轮机、光伏传感器、或者能源存储站，这种类型的变压器电路尤其是必须的。在后面的这种情况下，即将以DC电压工作的电气装备连接至以频率为f2的AC电压运行的电网，如图1所示，电气变压器电路包括：-第一电压变换器10，其适用于将电气装备2连接至以频率为f0的AC电压运行的电路20的一部分，在电气装备2是充电装置的情况下，第一变换器10是逆变器，并且在电气装备2是电源的情况下，第一变换器10是AC/DC电压变换器，-变压器20，其连接至第一电压变换器，并且被配置用来相对电网3的电压幅值调节第一变换器10的频率为f0的AC电压的幅值，所述变压器20包括连接至第一变换器10的初级线圈以及次级线圈，所述初级线圈和次级线圈以运动固定的方式布置，所述变压器可能通过布置在初级侧或者次级侧的谐振电路21来完成，-第二变换器30，其连接至次级线圈，适用于将次级线圈连接至电网3。第二变换器30，用来隔离频率f0与电网3的电路频率，包括逆变器和AC/DC电压变换器，在图1示出的实例中，其以开关模式原理运行。因此，在电气装备2是充电装置的情况下，第二变换器30包含连接至变压器20的次级线圈的逆变器31和将逆变器连接至电网3的AC/DC电压变换器35。在电气装备2是发电机的情况下，第二变换器30包含连接至变压器次级线圈的AC/DC电压变换器和将AC/DC电压变换器连接至电网3的逆变器。值得注意的是，该电路还可以适用于通过使用双向第一和第二变换器轮流作为充电装置和电源的电气装备，譬如电池。在本文的此处和其余部分，电气装备既指电压电源型装备，譬如一个或者多个光伏板或者装备有整流级的风力涡轮机，还可指充电装备，譬如用于一个或者多个光伏板的加热系统，或者轮流充当电源或者充电装置的装备，譬如能源存储系统(例如，彼此连接的电池)。为了优化变压器的性能，并且限制在电气装备和电网端由信号变换引起的干扰，最好是，变压器的频率f0比电网频率f2高很多。尽管如此，由现有技术的该类变压器实现的频率f0遭遇到某些技术和基于成本的限制。实际上，变压器必须提供良好的变换性能，同时还能够以合理的变压器尺寸保证电气装备与电网之间良好的电绝缘。出于这些原因，该电路限制接近千赫的频率，并且因此限制了紧致性和变换性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决这些缺陷，并且因此更具体地，目的在于提供将电气装备连接至电网的电气变压器电路，而且维持合理的尺寸，其能够以高运行频率提供良好的变换性能和良好的电绝缘。为此，本专利技术涉及电气变压器电路，其用于将电气装备，譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统，连接至电网，所述电路包括：-第一电压变换器，其适用于将电气装备连接至以频率为f0的AC电压运行的电路的一部分，-变压器，其连接至第一电压变换器，并且被配置用来在电气装备的电压与电网的电压之间执行幅值调整，所述变压器包括连接至第一变换器的第一线圈和磁耦合至第一线圈的第二线圈，所述第一和第二线圈以运动固定的方式(securedinmovement)布置，变压器构成以频率为f0的AC电压工作的电路的一部分，-第二变换器，其被配置用来将所述第二线圈连接至电网。变压器是弱耦合变压器，第一线圈与第二线圈之间的磁耦合小于0.7，并且变压器包括分别与第一和第二线圈连接的第一和第二电容，用来与相应的线圈一起构成谐振频率为f0的电路。该电气变压器电路的有益效果在于，因为使用了弱耦合变压器，在合理的尺寸和不会遭遇电绝缘的情况下，使在能够轻松达到大约10千赫的高频下获得变换成为可能。此外，由于以谐振实现变换，变换性能得以保持。因此，该电路是紧凑的，而同时提供良好的电绝缘和良好的变换性能。此外，值得注意的是，当第一和第二变换器是双向的时，电路使连接至电网以及充电装置类型的装备或者电源类型的装备，以及可以轮流充当充电装置和电源的装备成为可能。变压器的磁耦合由以下的数学方程式定义：(1)Kmag=ML1×L2]]>其中，M是变压器的变换比，L1和L2是变压器的第一和第二线圈的相应的电感值，该第一和第二线圈一般使用初级和次级线圈的名义。在本文的以上和其余部分，第一与第二电压之间的幅值调节指的是：-在第一和第二电压均是AC电压的情况下，幅值调节本身，-在第一电压是DC电压并且第二电压是AC电压的情况下，第一电压值与第二电压幅值之间的调节，-在第一和第二电压均是DC电压的情况下，第一和第二电压之间的值调节，-在第一电压是AC电压并且第二电压是DC电压的情况下，第一电压的幅值与第二电压值之间的调节。因此，更一般地，DC电压的“幅值”指的是其值。第一线圈与第二线圈之间的磁耦合可以接近或者小于0.5。该变压器可以是空气类型(空心)变压器。该类型变压器在两个线圈之间并不包括磁芯，在不大幅增加变压器尺寸的情况下，使第一与第二线圈之间的电绝缘得以优化。频率f0可以是大于1kHz的频率，优选大于5kHz，或者甚至大于10kHz。变压器的该运行频率使提供良好的变换性能成为可能。电气装备可以是以DC电压运行的电气装备，其可以是充电装置，譬如电池，或者电源，譬如基于可再生能源的发电机，或者兼具两者，譬如适用于将能量传输至电网的电池，第一变换器能够是：-在电气装备是充电装置的情况下，AC-DC电压变换器，其输入端连接变压器，并且其输出端连接电气装备，-在电气装备是发电机的情况下，逆变器，其输入端连接电气装备，并且其输出端连接变压器，-在电气装备能够以电源和充电装置两者运行的情况下，AC电压-DC电压双向变换器。电气装备可以是充电装置，譬如电池，或者电源，譬如基于可再生能源的发电机，或者两者兼具，譬如适用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
电气变压器电路(1)，用于将譬如基于可再生能源的发电机或者能源存储系统的电气装备(2)连接至电网(3)，所述电路包括：第一电压变换器(10)，其适用于将电气装备(20)连接至以频率为f0的AC电压运行的电路(1)的一部分，变压器(20)，其连接至第一电压变换器，并且被配置用来在电气装备(2)的电压与电网(3)的电压之间执行幅值调整，所述变压器(20)包括连接至第一变换器(10)的第一线圈(L1)和磁耦合至第一线圈(L1)的第二线圈(L2)，所述第一和第二线圈(L1，L2)以移动固定的方式布置，变压器(20)构成以频率为f0的AC电压运行的电路(1)的一部分，第二变换器(20)，其被配置用来将所述第二线圈(L2)连接至电网(3)，所述电路(1)的特征在于，变压器(20)是弱耦合变压器，第一线圈(L1)与第二线圈(L2)之间的磁耦合小于0.7，并且在于变压器(20)包括分别与第一和第二线圈(L1，L2)连接的第一和第二电容(C1，C2)，用来与相应的线圈(L1，L2)一起构成谐振频率为f0的电路。

【技术特征摘要】
2014.10.08 FR 14596611.电气变压器电路(1)，用于将譬如基于可再生能源的发电机或者能源
存储系统的电气装备(2)连接至电网(3)，所述电路包括：
第一电压变换器(10)，其适用于将电气装备(20)连接至以频率为f0
的AC电压运行的电路(1)的一部分，
变压器(20)，其连接至第一电压变换器，并且被配置用来在电气装备(2)
的电压与电网(3)的电压之间执行幅值调整，所述变压器(20)包括连接至
第一变换器(10)的第一线圈(L1)和磁耦合至第一线圈(L1)的第二线圈
(L2)，所述第一和第二线圈(L1，L2)以移动固定的方式布置，变压器(20)
构成以频率为f0的AC电压运行的电路(1)的一部分，
第二变换器(20)，其被配置用来将所述第二线圈(L2)连接至电网(3)，
所述电路(1)的特征在于，变压器(20)是弱耦合变压器，第一线圈(L1)
与第二线圈(L2)之间的磁耦合小于0.7，
并且在于变压器(20)包括分别与第一和第二线圈(L1，L2)连接的第
一和第二电容(C1，C2)，用来与相应的线圈(L1，L2)一起构成谐振频率
为f0的电路。
2.根据权利要求1的电路(1)，其中变压器(20)可以是空心变压器。
3.根据权利要求1的电路(1)，其中频率f0是大于1kHz的频率，优选
大于5kHz，或者更优选地大于10kHz。
4.根据权利要求1的电路(1)，其中电气装备(2)是以DC电压工作的
电气装备，其是充电装置，譬如电池，或者电源，譬如基于可再生能源的发
电机，或者兼具两者，譬如适用于将能量传输至电网(3)的电池，第一变换
器(10)为：
在电气装备(2)是充电装置的情况下，其是输入端接变压器(20)并且
输出端接电气装备(2)的AC-DC电压变换器，
在电气装备(2)是发电机的情况下，其是输入端接电气装备并且输出端
接变压器(20)的逆变器，
在电气装备(2)既能够以电源装置运行又能够以充电装置运行的情况下，
其是AC-DC电压双向变换器。
5.根据权利要求1的电路(1)，其中电气装备(2)是譬如电池的充电

\t装置，或者是譬如基于可再生能源的发电机的电源，或者兼具两者，譬如适
用于将能量传输至电网...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y·赫里奥特，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR