CN101877271A - 感应与移相整流变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应与移相整流变压器。其变压器采用三铁心柱结构，每个铁心柱上绕有4个绕组，包括1个交流网侧绕组、1个滤波绕组、1个阀侧星形联接的绕组和1个阀侧三角形联接的绕组，网侧绕组布置在铁心柱最内层，网侧绕组的外层布置滤波绕组，滤波绕组的外层布置阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组，阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组分别与一组6脉波整流器相连。本发明可将变压器的5、7、11、13、17和19次特征谐波电流产生的谐波磁动势相互抵消，从而使得网侧绕组中的电流基本为正弦波，可大大降低网侧绕组及交流网侧其它电力设备的谐波损耗。

Description

感应与移相整流变压器

技术领域

本发明涉及一种整流变压器，特别涉及一种感应与移相整流变压器。

背景技术

随着我国规模工业化进程的不断发展，电解、化工、冶金等行业广泛采用的整流系统的容量越来越大，而这些整流系统多采用晶闸管或二极管等非线性电力电子元件，这类非线性电力电子元器件在工作中会消耗大量的无功功率，并产生严重的谐波污染。若不采取有效的谐波治理和无功补偿，必须会给电力系统带来严重的谐波污染，影响系统的运行稳定性。目前，上述行业中的整流系统为了对谐波进行治理和无功功率进行补偿，一般采用两种方式：(1)在交流网侧安装无源电力滤波器和并联电容器组；(2)采用多重化整流，但多重化整流多采用6脉波整流变压器，通过多组移相组合成多重化整流系统。方式(1)虽具有技术成熟、成本低等优点，但其LC参数的漂移将使滤波特性发生改变，导致滤波性能不稳定，滤波效果差；滤波特性依赖于系统阻抗等参数，而系统阻抗随电力系统的结构及运行方式和工况的改变而改变。方式(2)对于交流网侧虽可有效治理谐波，但对于每一台整流变压器而言，6脉波整流器产生的6K±1特征谐波电流通过整流变压器的网侧和阀侧绕组，增加了整流变压器的谐波损耗，使得系统效率降低；同时，系统进出线复杂，变压器台数多，成本高，占地面积大。

发明内容

为了解决传统12脉波和多重化整流系统效率低、整流变压器噪声大的技术问题，本发明提供一种效率高、噪声小的感应与移相整流变压器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：变压器采用三铁心柱结构，每个铁心柱上绕有4个绕组，包括1个交流网侧绕组、1个滤波绕组、1个阀侧星形联接的绕组和1个阀侧三角形联接的绕组，网侧绕组布置在铁心柱最内层，网侧绕组的外层布置滤波绕组，滤波绕组的外层布置阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组，阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组分别与一组6脉波整流器相连。

上述的感应与移相整流变压器中，每相阀侧三角形联接绕组的匝数为每相阀侧星形联接绕组匝数的

倍；每相阀侧三角形联接绕组的等值漏阻抗为每相阀侧三角形联接绕组等值漏阻抗的3倍。

本发明的技术效果在于：本发明的变压器采用三铁心柱结构，每个铁心柱上绕有4个绕组，1个交流网侧绕组，1个滤波绕组，1个阀侧星形联接的绕组和1个阀侧三角形联接的绕组，网侧绕组布置在铁心柱最内层，网侧绕组的外层布置滤波绕组，滤波绕组的外层布置阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组，滤波绕组三相端子引出外接11、13次特征谐波滤波器，滤除11、13次特征谐波电流和铁心中的11、13次谐波磁通；阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组分别与整流器相连，当各自整流器产生的谐波电流流过阀侧星形和阀侧三角形的每相绕组时，其中5、7、17、19等次数谐波磁动势相互抵消，铁心中相应次数的谐波磁通大大降低，铁心谐波损耗大大降低，变压器的振动与噪声也将大大降低；滤波绕组将11、13次谐波电流进行就近治理，阀侧星形联接绕组与阀侧三角形联接绕组相组合又可将其中的5、7、17和19次特征谐波电流产生的谐波磁动势相互抵消，从而使得网侧绕组中的电流基本为正弦波，可大大降低网侧绕组及交流网侧其它电力设备的谐波损耗。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例的12脉波整流变压器的绕组布置图。

图2是本发明实施例的12脉波整流变压器的绕组联接图。

图3是本发明实施例的12脉波整流系统接线图。

图4是本发明实施例的24脉波整流系统接线图。

图5是本发明实施例的36脉波整流系统接线图。

图1-图2中，5为网侧绕组，6为滤波绕组，7为阀侧星形联接绕组，8为阀侧三角形联接绕组，9为铁心柱。图3-图5中，1为调压变压器，2为感应与移相滤波整流变压器，3为11和13次特征谐波滤波器，4为6脉波整流器，5为网侧绕组，6为滤波绕组，7为阀侧星形绕组，8为阀侧三角形绕组。

具体实施方式

如图1所示的感应与移相整流变压器2为三铁心柱结构型式，在每个心柱9上共绕有四个绕组，分别为交流网侧绕组5、滤波绕组6、阀侧星形联接绕组7和三角形联接绕组8；考虑到整流变压器阀侧多为大电流、低电压，为了便于散热；因此，网侧绕组5绕制于最内层，最靠近铁心；滤波绕组6绕制在网侧绕组的外层；阀侧的星形联接绕组7和三角形联接绕组8绕制在滤波绕组6的外层，并均采用同向逆并联绕法。网侧绕组5与调压变压器1相连，滤波绕组6三相端子引出与11、13次特征谐波滤波器3相连，二阀侧星形联接绕组7和阀侧三角形联接绕组8分别连接一组6脉波整流器4，整流输出的直流部分，可独立带负载，也可并联后共同带负载。为了有效保证整流系统的低损耗和整流变压器的低噪声及谐波消除的效果，保证滤波绕组支路对11和13次特征谐波进行滤除，要使滤波绕组6的等值漏阻抗为零，使得11和13次特征谐波电流无法流窜至网侧绕组5中；因此，滤波绕组需布置于网侧绕组与阀侧星形联接绕组7和阀侧三角形联接绕组8之间；另外为了保证2组6脉波整流电路的对称性，阀侧三角形联接绕组8的每相匝数设计成阀侧星形联接绕组7每相匝数的

倍。

滤波绕组的等值漏阻抗为零的实现方法如下：

对于本发明中的滤波绕组的等值阻抗可通过下式计算求得(不计电阻)：

$Z_{F1}=(Z_{k21}+Z_{k23}-Z_{k13}^{\left(2\right)})/2$

式中：Z_k12、Z_k13、Z_k23分别为网侧绕组与阀侧绕组、网侧绕组与滤波绕组、阀侧绕组与滤波绕组相互之间的短路阻抗；Z_F1为滤波绕组的基波等值漏阻抗。将滤波绕组布置于网侧绕组与阀侧绕组之间，通过调节各绕组的结构尺寸，即可使得Z_F1为零。

本发明中阀侧星形绕组的相电压与阀侧三角形绕组的相电压相位相差30°，正好共同构成12脉波整流。每相阀侧三角形联接绕组的匝数为每相阀侧星形联接绕组匝数的倍可以保证与整流器相连的两组阀侧绕组的线电压相等；当两组整流负载基本相同时，在一相阀侧三角形联接绕组中产生5、7、17、19等次数谐波磁动势与一相阀侧星形联接绕组中产生5、7、17、19等次数谐波磁动势大小相等、相位相差180°；5、7、17、19等次数谐波磁动势完全抵消，变压器铁心中不会产生5、7、17、19等次数谐波磁通；因此，一次绕组中不会感生5、7、17、19等次数谐波电流。本发明利用了滤波绕组的感滤波技术，消除12脉波整流系统自身无法消除的11和13次主要特征谐波电流和铁心中谐波磁通，又利用了12脉波整流变压器阀侧星形联接绕组和三角形联接绕组中每一相绕组中的5、7、17、19等次数谐波磁动势大小相同、相位相差180°的原理，同时实现了对5、7、17、19等次数谐波磁动势相互抵消；综合上述两个方面的谐波治理技术，实现12脉波整流系统的谐波电流的就近治理，使网侧绕组中的电流基本接近正弦波，降低了网侧绕组中的谐波损耗，同时铁心中的5、7、11、13、17、19等次数谐波磁通大大降低；本发明专利的12脉波整流系统的谐波治理效果可达到传统24脉波整流系统的效果，同时铁心谐波损耗也大大降低，从而大大降低整流变压器的振动与噪声，降低对环境的噪声污染；由于滤波绕组外接的11和13次特征谐波滤波器还可补偿由整流器消耗的部分无功功率，从而使得网侧绕组电流有效值减小，降低网侧绕组的基波损耗；综合考虑谐波损耗和基波损耗的降低，可有效提高该整流变压器的运行效率，降低系统运行损耗。

Claims (3)

1.一种感应与移相整流变压器，其特征在于：变压器采用三铁心柱结构，每个铁心柱上绕有4个绕组，包括1个交流网侧绕组、1个滤波绕组、1个阀侧星形联接的绕组和1个阀侧三角形联接的绕组，网侧绕组布置在铁心柱最内层，网侧绕组的外层布置滤波绕组，滤波绕组的外层布置阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组，阀侧星形联接绕组和阀侧三角形联接绕组分别与一组6脉波整流器相连。

2.根据权利要求1所述的感应与移相整流变压器，其特征在于：每相阀侧三角形联接绕组的匝数为每相阀侧星形联接绕组匝数的

倍。

3.根据权利要求1所述的感应与移相整流变压器，其特征在于：阀侧星形绕组的相电压与阀侧三角形绕组的相电压相位相差30°30°。

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