CN101552118A - 三相变四相阻抗匹配变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够实现三相与四相交流电流平衡对称转换的三相变四相阻抗匹配平衡变压器。变压器的原边绕组匝数A、B、C均为w₁，二次侧三角形各绕组匝数为w_ab＝w_bc＝w_ca＝w_c′b′＝w_b′c′＝w_a′b′＝w₂，支臂绕组匝数为w_da＝w_be＝w_fd＝w_gb＝1/2(－1)w₂，k＝w₁/w₂；绕组等值阻抗满足以下关系：Z_ab＝Z_a′b′＝(+1)Z_ac，Z_A0＝Z_B0＝Z_C0。本发明能实现在负载广泛变化情况下三相与四相交流电的平衡转换。

Description

三相变四相阻抗匹配变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别涉及一种三相变四相阻抗匹配变压器。

背景技术

我国首创了三相变两相阻抗匹配平衡变压器，并已成功应用于电气化铁路牵引变电所，在此基础上提出了四相输电理论。四相输电在不改变现有发电与用电结构的情况下，能够显著降低输电导线表面的电位梯度，使相间绝缘的要求降低，从而可减小导线的相间距离，线路结构变得紧凑，提高线路输送功率密度，节省线路走廊，降低输送单位容量的投资成本，其运行的可闻噪声、无线电噪声、地面电磁场等环境指标均优于三相线路，同时可采用两相邻相运行，提高系统运行可靠性与暂态稳定性，是一种具有广阔前途的新型输电方式。四相输电系统得以成功应用于实际工程的关键是三相变四相及其逆变换的电力变压器的设计，其中较有影响的有YN/

平衡变压器和三相变四相电力变压器。由于三相变四相输电与三相变两相输电一样是一种不对称变换，只有各绕组之间满足一定的阻抗匹配关系，才能保证变压器在负载广泛变化时三相侧的零序电流为零，实现输变电的平衡转换。已有的三相变四相变压器都是通过外部绕组的曲折连接来实现相位的转换，绕组结构复杂，难以做到绕组间的阻抗匹配，也就无法保证在负载变化时实现三相与四相输变电的平衡对称转换，离工程实际应用尚有一定距离。

发明内容

为了解决现有三相变四相变压器存在的上述技术问题，本发明提供一种结构简单的三相变四相阻抗匹配平衡变压器，本发明能实现在负载广泛变化情况下三相与四相交流电的平衡转换。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：变压器的原边采用星形连接，其A、B、C三相绕组匝数均为w₁，二次侧采用三角形连接，各绕组匝数为w_ab＝w_bc＝w_ca＝w_c′b′＝w_b′c′＝w_a′b′＝w₂，支臂绕组匝数为 $w_{\mathrm{da}}=w_{\mathrm{be}}=w_{\mathrm{fd}}=w_{\mathrm{gb}}=\frac{1}{2}(\sqrt{3}-1)w_2,$ $k=\frac{w_1}{w_2};$ 绕组等值阻抗满足以下关系： $Z_{\mathrm{ab}}=Z_{a^{\′}{b}^{\′}}=(\sqrt{3}+1)Z_{\mathrm{ac}},$ Z_A0＝Z_B0＝Z_C0。

上述的三相变四相阻抗匹配平衡变压器中，所述变压器采用三相三柱式通用铁心，其中de、fg绕组与原边B绕组绕在中间铁心柱上，ac(a′c′)与原边A绕组以及bc(b′c′)与原边C绕组分别绕在两旁铁心柱上。

本发明的技术效果在于：本发明按照绕组内部阻抗匹配关系构建的三相变四相阻抗匹配平衡变压器能保证在四相侧负载平衡对称情况下实现三相侧与四相侧电压、电流的平衡对称转换，三相侧无电压、电流的零序分量与负序分量；能保证在四相侧负载广泛变化情况下实现三相侧与四相侧电流、电压的平衡转换，三相侧无电压、电流的零序分量；能实现两相邻相独立运行，并能保证在两相邻相运行时三相侧无零序分量产生。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明的绕线布置图。

具体实施方式

参见图1，本发明中变压器的原边绕组匝数A、B、C均为w₁，二次侧三角形各绕组匝数为w_ab＝w_bc＝w_ca＝w_c′b′＝w_b′c′＝w_a′b′＝w₂，支臂绕组匝数为 $w_{\mathrm{da}}=w_{\mathrm{be}}=w_{\mathrm{fd}}=w_{\mathrm{gb}}=\frac{1}{2}(\sqrt{3}-1)w_2,$ $k=\frac{w_1}{w_2};$ 绕组等值阻抗满足以下关系： $Z_{\mathrm{ab}}=Z_{a^{\′}{b}^{\′}}=(\sqrt{3}+1)Z_{\mathrm{ac}},$ Z_A0＝Z_B0＝Z_C0。当各绕组匝数及阻抗关系满足以上要求时，三相侧与四相侧电流、电压的变换关系如式(1)、(2)所示，能实现三相与四相的平衡对称转换。

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_A}\\ \stackrel{\·}{I_B}\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]=\frac{1}{2\sqrt{3}k}\left[\begin{array}{cccc}\sqrt{3}+1& -(\sqrt{3}-1)& -(\sqrt{3}+1)& \sqrt{3}-1\\ -2& -2& -2& -2\\ -(\sqrt{3}-1)& \sqrt{3}+1& \sqrt{3}-1& -(\sqrt{3}+1)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_d}\\ \stackrel{\·}{I_e}\\ \stackrel{\·}{I_f}\\ \stackrel{\·}{I_g}\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U_d}\\ \stackrel{\·}{U_e}\\ \stackrel{\·}{U_f}\\ \stackrel{\·}{U_g}\end{array}\right]=\frac{1}{2k}\·\left[\begin{array}{ccc}2& -(\sqrt{3}-1)& 0\\ 0& -(\sqrt{3}-1)& 2\\ -2& +(\sqrt{3}-1)& 0\\ 0& \sqrt{3}-1& -2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{U_A}\\ \stackrel{\·}{U_B}\\ \stackrel{\·}{U_C}\end{array}\right]$

参见图2，本发明中的变压器采用三相三柱式通用铁心，其中de、fg绕组与原边B绕组绕在中间铁心柱上，ac(a′c′)与原边A绕组以及bc(b′c′)与原边C绕组分别绕在两旁铁心柱上。

Claims (2)

1、一种三相变四相阻抗匹配平衡变压器，其特征在于：变压器的原边采用星形连接，其A、B、C三相绕组匝数均为w₁，二次侧采用三角形连接，各绕组匝数为w_ab＝w_bc＝w_ca＝w_c′b′＝w_b′c′＝w_a′b′＝w₂，支臂绕组匝数为 $w_{\mathrm{da}}=w_{\mathrm{be}}=w_{\mathrm{fd}}=w_{\mathrm{gb}}=\frac{1}{2}(\sqrt{3}-1)w_2,$ $k=\frac{w_1}{w_2};$ 绕组等值阻抗满足以下关系： $Z_{\mathrm{ab}}=Z_{a^{\′}{b}^{\′}}=(\sqrt{3}+1)Z_{\mathrm{ac}},$ Z_A0＝Z_B0＝Z_C0。

2、根据权利要求1所述的三相变四相阻抗匹配平衡变压器，其特征在于：变压器采用三相三柱式通用铁心，其中de、fg绕组与原边B绕组绕在中间铁心柱上，ac(a′c′)与原边A绕组以及bc(b′c′)与原边C绕组分别绕在两旁铁心柱上。

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