CN101572179B - 高电抗磁集成车载牵引变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高电抗磁集成车载牵引变压器。其变压器采用四心柱方式，变压器包括第一主铁心柱、第二主铁心柱、带气隙的第一旁路铁心柱及带气隙的第二旁路铁心柱；在第一主铁心柱上绕制两组或两组以上的牵引绕组和高压绕组，所述高压绕组绕在牵引绕组的外层，且绕向相反；该铁心柱上所有的牵引绕组绕向相同；在第二主铁心柱上对称绕制牵引绕组和高压绕组，但绕向相反；在每个主铁心柱上两相邻牵引绕组间的旁路铁心柱上设有气隙；所有高压绕组的同名端并接。本发明利用牵引变压器绕组作为电抗器的绕组，电抗器的磁路为牵引变压器的漏磁提供了高导磁率的磁路，有效控制了漏磁的路径，可大大降低涡流损耗，节约牵引供电系统的用铜量。
Description
技术领域
本发明涉及一种牵引变压器，特别涉及一种高电抗磁集成车载牵引变压器。
背景技术
随着我国大力发展电气化铁道、城市轨道交通等公共事业。电力机车牵引变压器作为车载牵引供电系统中最为关键的技术装备之一，其良好的运行特性和高可靠性对保障车载牵引供电系统的稳定性具有重要作用。虽然传统电力机车车载牵引变压器在原理上与普通电力变压器没有太大的差别，但是电力机车车载牵引变压器具有高漏抗、多绕组等特点。一方面：由于其具有高漏磁特点，必然导致油箱产生高损耗。若不采取有效的措施，会导致金属构件局部过热。另一方面：随着现代电力机车的信息化程度越来越高，机车内部布置了复杂的通信系统。因此，车载牵引供电系统要求牵引变压器的外部漏磁越小越好，提供系统的电磁兼容性。目前，我国电力机车车载牵引变压器一般与一台串联电抗器组合，给“四象限变流器”供电，牵引变压器和电抗器虽然一体化安装，一起安装在同一个油箱内，但两者仍为分立元件，整体引线和接头多，耗材大。
发明内容
为了解决传统车载牵引变压器漏磁大、油箱损耗大及其与电抗器两个独立电磁元件组合给变流器供电存在的引线多、集成化程度低的技术问题，本发明提供一种高电抗磁集成车载牵引变压器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：变压器采用四心柱方式，变压器包括第一主铁心柱、第二主铁心柱、带气隙的第一旁路铁心柱及带气隙的第二旁路铁心柱；在第一主铁心柱上绕制两组或两组以上的牵引绕组和高压绕组，所述高压绕组绕在牵引绕组的外层；该第一铁心柱上所有的牵引绕组绕向相同，第一铁心柱上所有的高压绕组绕向相同；在第二主铁心柱上与第一铁心柱对称绕制牵引绕组和高压绕组；在每个主铁心柱上两相邻牵引绕组间的旁路铁心柱上设有气隙；所有高压绕组的同名端并接。
一种高电抗磁集成车载牵引变压器，变压器采用四心柱方式，变压器包括第一主铁心柱、第二主铁心柱、带气隙的第一旁路铁心柱及带气隙的第二旁路铁心柱；在第一主铁心柱上绕制两组或两组以上的牵引绕组和高压绕组，所述牵引绕组的上、下端之间绕制高压绕组；该第一主铁心柱上所有的牵引绕组绕向相同，第一铁心柱上所有的高压绕组绕向相同；在第二主铁心柱上与第一铁心柱对称绕制牵引绕组和高压绕组；在每个主铁心柱上两相邻牵引绕组间的旁路铁心柱上设有气隙；所有高压绕组的同名端并接。
本发明的有益效果是：变压器采用四心柱方式，中间两个主铁心柱与传统牵引变压器相同，在主铁心两侧的两个旁路心柱为带气隙铁心，这样通过调节两个旁心柱的气隙来调节变压器的短路阻抗，在此条件下，该变压器的短路阻抗由两个阻抗构成：1)由变压器绕组之间的漏磁产生的漏磁短路阻抗；2)由变压器的励磁磁动势在两侧旁路铁心柱产生电抗器电抗。由于带气隙的电抗器的电抗值较大，这样可实现高电抗的目的，以替代传统牵引变压器和电抗器两个独立元件的组合，将牵引变压器和电抗器集成一体，大大降低了用铜量，减少了引线和接头；另一方面，该变压器两侧的旁心柱也为漏磁通提供了高导磁路径，约束了通过油箱壁及金属结构件中的漏磁通大小，可降低油箱壁及金属结构件的涡流损耗。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的同心式截面图。
图2是本发明实施例1的同心式绕组绕制图。
图3是本发明实施例1的同心式漏磁分布图。
图4是本发明实施例2的交错式截面图。
图5是本发明实施例2的绕组绕制图。
图6是本发明实施例2的交错式漏磁分布图。
图7是本发明实施例2的4组高压绕组4组牵引绕组的绕组联接图。
图8是本发明实施例3的同心式截面图。
图9是本发明实施例3的同心式绕组绕制图。
图10是本发明实施例3的同心式漏磁分布图。
图11是本发明实施例3的交错式截面图。
图12是本发明实施例4的交错式绕组绕制图。
图13是本发明实施例4的交错式漏磁分布图。
图14是本发明实施例4的绕组联接图。
附图1-图7中，1和4.带气隙的旁路铁心，2和3.主铁心，5.高压绕组I IV，6.牵引绕组I，7.高压绕组II，8.牵引绕组II，9.高压绕组III，10.牵引绕组III，11.高压绕组IV，12.牵引绕组IV，13.气隙。
图8-图14中，1和4.带气隙的旁路铁心，2和3.主铁心，5.高压绕组I IV，6.牵引绕组I，7.高压绕组II，8.牵引绕组II，9.高压绕组III，10.牵引绕组III，11.高压绕组IV，12.牵引绕组IV，13.高压绕组、14.牵引绕组、15.高压绕组、16.牵引绕组、17.气隙。
具体实施方式
如图1、图4所示，本发明主要采用四柱多绕组结构型式，由于车载牵引主变压器主要采用多绕组单相供电方式，为了保持车载牵引主变压器的对称性和制造的方便性，对于有4组高压绕组、4组牵引绕组的车载牵引主变压器而言，5、7、9、11及牵引绕组6、8、10、12全部绕制在中间两个不带气隙的心柱2、3上，而两侧为带气隙的旁路铁心1、4。具体实施步骤如下：(1)4组高压绕组和4组牵引绕组的同心式车载牵引主变压器，如图1、2所示：首先在心柱2上部绕制牵引绕组6，在牵引绕组6的外层再绕制高压绕组5，在心柱2下部绕组制牵引绕组8，在牵引绕组8的外层再绕制高压绕组7；再在心柱3上部绕制牵引绕组10，在牵引绕组10的外层再绕制高压绕组9，在心柱3下部绕组制牵引绕组12，在牵引绕组12的外层再绕制高压绕组11；其中高压绕组5、高压绕组7绕制方向相同；牵引绕组6、牵引绕组8绕制方向相同；高压绕组9、高压绕组11绕制方向相同；牵引绕组10、牵引绕组12绕制方向相同；高压绕组5、高压绕组7的绕制方向与高压绕组9、高压绕组11的绕制方向相反；牵引绕组6、牵引绕组8绕制方向与牵引绕组10、牵引绕组12绕制方向相反；且两侧旁路铁心上开有气隙13、气隙13的位置不要位于漏磁通的流通路径上，漏磁路径如3所示；(2)4组高压绕组和4组牵引绕组的交错式车载牵引主变压器，如图4、5所示：首先在心柱2上部绕制牵引绕组6，在牵引绕组6的上、下绕制高压绕组5，在心柱2下部绕制牵引绕组8，在牵引绕组8的上、下绕制高压绕组7，在心柱3上部绕制牵引绕组10，在牵引绕组10的上、下绕制高压绕组9，在心柱3的下部绕制牵引绕组12，在牵引绕组12的上、下绕制高压绕组11；其中高压绕组5、高压绕组7绕制方向相同；牵引绕组6、牵引绕组8绕制方向相同；高压绕组9、高压绕组11绕制方向相同；牵引绕组10、牵引绕组12绕制方向相同；高压绕组5、高压绕组7的绕制方向与高压绕组9、高压绕组11的绕制方向相反；牵引绕组6、牵引绕组8绕制方向与牵引绕组10、牵引绕组12绕制方向相反；且两侧旁路铁心上开有气隙13、气隙13的位置不要位于漏磁通的流通路径上，漏磁路径如6所示。
另外，对于6组高压绕组和6组牵引绕组的同心式车载牵引主变压器，其截面图和绕组接线图分别如图8、9所示，其绕组的绕制方法与4组高压绕组和4组牵引绕组的同心式车载牵引主变压器绕组的绕制方法相同，只是6组高压绕组和6组牵引绕组的同心式车载牵引主变压器的心柱2、3上分别在上、中、下部位绕制了3组高压绕组和3组牵引绕组；同样，两侧的旁路铁心中气隙17的位置不要位于漏磁通的流通路径上，漏磁通流通路径如图10所示。
此外，对于6组高压绕组和6组牵引绕组交错式车载牵引主变压器，其截面图和绕组接线图分别如图11、12所示，其绕组的绕制方法与4组高压绕组和4组牵引绕组的交错式车载牵引主变压器绕组的绕制方法相同，只是6组高压绕组和6组牵引绕组的交错式车载牵引主变压器的心柱2、3上分别在上、中、下部位绕制了3组高压绕组和3组牵引绕组；；同样，两侧的旁路铁心中气隙17的位置不要位于漏磁通的流通路径上，漏磁通流通路径如图13所示。
图2、图5、图9、图12中。高电抗磁集成车载主变压器的高电抗主要由两个部分组成：
L＝LM+Lσ
其中：LM为励磁磁动势在旁路铁心1、4中产生的电感量，类似于铁心电抗器的电感值；Lσ为漏电感。由于LM类似于铁心电抗器的电感，其值较大，该电感值即可替代传统车载牵引供电系统的单独的电抗器元件的电感值，且其工作绕组即为主铁心2、3上的高压绕组，即主铁心2、3上绕制高压绕组5、7、9、11(或5、7、9、11、13、15)不仅为车载牵引主变压器的一次绕组、且也为集成电抗器的工作绕组。
在图2、图5所示的高电抗磁集成车载变压器结构中，两侧旁路铁心中的气隙13不要放置于高压绕组5、7、9、11与牵引绕组6、8、10、12之间漏磁通的流通路径上；在图9、图12所示的高电抗磁集成车载变压器结构中，两侧旁路铁心中的气隙17不要放置于高压绕组5、7、9、11、13、15与牵引绕组6、8、10、12、14、16之间漏磁通的流通路径上，以减少漏磁通路径的磁阻大小，增大漏电感值；同时，降低了穿过油箱壁及金属结构件的闭合的漏磁通，从而降低涡流损耗。
Claims (6)
1.一种高电抗磁集成车载牵引变压器，其特征在于：变压器采用四心柱方式，变压器包括第一主铁心柱、第二主铁心柱、带气隙的第一旁路铁心柱及带气隙的第二旁路铁心柱；在第一主铁心柱上绕制两组或两组以上的牵引绕组和高压绕组，所述高压绕组绕在牵引绕组的外层；该第一铁心柱上所有的牵引绕组绕向相同，第一铁心柱上所有的高压绕组绕向相同；在第二主铁心柱上与第一铁心柱对称绕制牵引绕组和高压绕组；在每个主铁心柱上两相邻牵引绕组间的旁路铁心柱上设有气隙；所有高压绕组的同名端并接。
2.根据权利要求1所述的高电抗磁集成车载牵引变压器，其特征在于：每个主铁心柱绕制两组牵引绕组和高压绕组。
3.根据权利要求1所述的高电抗磁集成车载牵引变压器，其特征在于：每个主铁心柱绕制三组牵引绕组和高压绕组。
4.一种高电抗磁集成车载牵引变压器，其特征在于：变压器采用四心柱方式，变压器包括第一主铁心柱、第二主铁心柱、带气隙的第一旁路铁心柱及带气隙的第二旁路铁心柱；在第一主铁心柱上绕制两组或两组以上的牵引绕组和高压绕组，所述牵引绕组的上、下端之间绕制高压绕组；该第一主铁心柱上所有的牵引绕组绕向相同，第一铁心柱上所有的高压绕组绕向相同；在第二主铁心柱上与第一铁心柱对称绕制牵引绕组和高压绕组；在每个主铁心柱上两相邻牵引绕组间的旁路铁心柱上设有气隙；所有高压绕组的同名端并接。
5.根据权利要求4所述的高电抗磁集成车载牵引变压器，其特征在于：每个主铁心柱绕制两组牵引绕组和高压绕组。
6.根据权利要求4所述的高电抗磁集成车载牵引变压器，其特征在于：每个主铁心柱绕制三组牵引绕组和高压绕组。
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