CN102169749A - 低零序阻抗缓谐波节能变压器 - Google Patents

低零序阻抗缓谐波节能变压器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低零序阻抗缓谐波节能变压器，所述变压器的一次侧绕组采用三角形连接，所述变压器的二次侧绕组采用双输出的曲折形连接；所述二次侧绕组包括第一组绕组和第二组绕组，第一组绕组包括第一相输出绕组、第二相输出绕组和第三相输出绕组，第二组绕组包括第四相输出绕组、第五相输出绕组和第六相输出绕组；本发明基于电磁滤波原理，能够抑制输出电压的畸变，降低变压器零序阻抗和运行损耗，且使得谐波得以抑制，可以消除3倍次及5、7、17、19次谐波，极大的改善二次侧谐波对其一次侧电网造成的影响，同时还能削弱谐波电流引起的一、二次侧绕组耦合磁通及一次侧绕组环流，减小变压器的运行损耗。

Description

低零序阻抗缓谐波节能变压器
技术领域
本发明涉及的是一种基于电磁滤波原理的电力变压器，尤其涉及的是一种低零序阻抗缓谐波节能变压器。
背景技术
由于电力电子技术的发展以及它们在家用电器等单相负载和其它三相整流器中的广泛应用，使非线性负荷大量增加。目前的配电变压器一般通过采用Dyn(一次侧三角形连接，二次侧星形连接)的连接方式来抑制零序电流流入电网，但是该类型变压器无法消除5、7等其他谐波对电网的影响，同时还存在有许多安全，可靠性和电能质量问题。例如：零序电流在一次侧三角形绕组中流通会导致输出电压的畸变并增加线圈损耗；谐波负载通过电磁耦合会在一次侧绕组中感应出高频谐波电流并流入电网，影响电网安全；由高频谐波电流产生的涡流损耗会增加变压器的运行损耗。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种低零序阻抗缓谐波节能变压器，可以抑制谐波，降低变压器运行损耗，保证输出电压质量。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的变压器的一次侧绕组采用三角形连接，所述变压器的二次侧绕组采用双输出的曲折形连接；所述二次侧绕组包括第一组绕组和第二组绕组，第一组绕组包括第一相输出绕组、第二相输出绕组和第三相输出绕组，第二组绕组包括第四相输出绕组、第五相输出绕组和第六相输出绕组；
其中：第一相输出绕组的上半部分的末端和第二相输出绕组的下半部分的首端反向串联构成第一输出相，第一输出相的输出始端是第一相输出绕组的上半部分的首端，第一输出相的输出末端是第二相输出绕组的下半部分的末端，依次类推，得到第二输出相和第三输出相，第一输出相、第二输出相和第三输出相的输出末端连接在一起构成第一中性线；
第四相输出绕组的上部分的末端和第五相输出绕组的中部的首端反向串联，第五相输出绕组的中部的末端和第六相输出绕组的下部分的首端反向串联构成第四输出相，第四输出相的输出始端是第四相输出绕组的上部分的首端，第四输出相的输出末端是第六相输出绕组的下部分的末端，依次类推，得到第五输出相和第六输出相，第四输出相、第五输出相和第六输出相的输出末端连接在一起构成第二中性线。
所述第一相输出绕组的输出电压与第四相输出绕组的输出电压的相位差为30度，第二相输出绕组的输出电压与第五相输出绕组的输出电压的相位差为30度，第三相输出绕组的输出电压与第六相输出绕组的输出电压的相位差为30度。
所述第一相输出绕组、第二相输出绕组和第三相输出绕组分别与同相一次侧绕组的相电压相位差为0度，第四相输出绕组、第五相输出绕组和第六相输出绕组分别与同相一次侧绕组的相电压相位差为30度。
所述第一组绕组中各相输出绕组分别由绕制在不同铁心柱上的两部分绕组组成，两部分绕组的匝数满足：
Figure BDA0000045398830000021
W11为第一组绕组中各相输出绕组的上半部分匝数，W12为第一组绕组中各相输出绕组的下半部分匝数，N2为二次侧绕组的额定等效匝数。
所述第二组绕组中的各相输出绕组分别由绕制在不同铁心柱上的三部分绕组组成，三部分绕组的匝数满足
Figure BDA0000045398830000022
W21为第二组绕组中各相输出绕组的上部分的匝数，W22为第二组绕组中各相输出绕组的中部的匝数，W23为第二组绕组中各相输出绕组的下部分的匝数。
有益效果：本发明的低零序阻抗缓谐波节能配电变压器基于电磁滤波原理，具有较低的零序阻抗，仅仅在变压器二次测绕组的联结方式上采用了双输出的曲折联结，能够抑制输出电压的畸变，降低变压器零序阻抗和运行损耗，且使得谐波得以抑制，可以消除3倍次及5、7、17、19次谐波，极大的改善二次侧谐波对其一次侧电网造成的影响，同时还能削弱谐波电流引起的一、二次侧绕组耦合磁通及一次侧绕组环流，减小变压器的运行损耗。
附图说明
图1是本发明二次侧绕组结构示意图；
图2是本发明一次侧的绕组的结构示意图；
图3是本发明一次侧的绕组的电压矢量图；
图4是本发明二次侧的第一组绕组的结构示意图；
图5是本发明二次侧的第一组绕组的电压矢量图；
图6是本发明二次侧的第二组绕组的结构示意图；
图7是本发明二次侧的第二组绕组的电压矢量图；
图8是本发明二次侧的第一组绕组各相输出的匝数向量图；
图9是本发明二次侧的第二组绕组各相输出的匝数向量图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例的变压器的一次侧绕组采用三角形连接，变压器的二次侧绕组采用双输出的曲折形连接；二次侧绕组包括第一组绕组A1和第二组绕组A2，第一组绕组A1包括第一相输出绕组a1、第二相输出绕组b1和第三相输出绕组c1，第二组绕组A2包括第四相输出绕组a2、第五相输出绕组b2和第六相输出绕组c2；
其中：第一相输出绕组a1的上半部分a11的末端a11e和第二相输出绕组b1的下半部分a12的首端a12s反向串联构成第一输出相，第一输出相的输出始端是第一相输出绕组a1的上半部分a11的首端a11s，第一输出相的输出末端是第二相输出绕组b1的下半部分a12的末端a12e，依次类推，得到第二输出相和第三输出相，第一输出相、第二输出相和第三输出相的输出末端连接在一起构成第一中性线n1；
第四相输出绕组a2的上部分a21的末端a21e和第五相输出绕组b2的中部a22的首端a22s反向串联，第五相输出绕组b2的中部a22的末端a22e和第六相输出绕组c2的下部分a23的首端a23s反向串联构成第四输出相，第四输出相的输出始端是第四相输出绕组a2的上部分a21的首端a21s，第四输出相的输出末端是第六相输出绕组c2的下部分a23的末端a23e，依次类推，得到第五输出相和第六输出相，第四输出相、第五输出相和第六输出相的输出末端连接在一起构成第二中性线n2。
图2～图7为各相输出的电压矢量图，第一相输出绕组a1的输出电压与第四相输出绕组a2的输出电压的相位差为30度，第二相输出绕组b1的输出电压与第五相输出绕组b2的输出电压的相位差为30度，第三相输出绕组c1的输出电压与第六相输出绕组c2的输出电压的相位差为30度。
第一相输出绕组a1、第二相输出绕组b1和第三相输出绕组c1分别与同相一次侧绕组的相电压相位差为0度，第四相输出绕组a2、第五相输出绕组b2和第六相输出绕组c2分别与同相一次侧绕组的相电压相位差为30度。
图8为第一组绕组A1中各相输出的两部分绕组的匝数与二次侧额定匝数之间的向量关系图，第一组绕组A1中各相输出绕组分别由绕制在不同铁心柱上的两部分绕组组成，设定变压器的一次侧和二次侧的相电压之比为U1e/U2e，一次侧绕组的额定等效匝数为N1，二次侧绕组的额定等效匝数为N2：
两部分绕组的匝数相等，绕制方向相同且满足
Figure BDA0000045398830000042
W11为第一组绕组A1中各相输出绕组的上半部分匝数，W12为第一组绕组A1中各相输出绕组的下半部分匝数。
图9为第二组绕组A2中，构成各相输出的三部分绕组的匝数与二次侧额定匝数之间的向量关系图，第二组绕组A2中的各相输出绕组分别由绕制在不同铁心柱上的三部分绕组组成，三部分绕组的匝数绕制方向相同且满足：
W21为第二组绕组A2中各相输出绕组的上部分的匝数，W22为第二组绕组A2中各相输出绕组的中部的匝数，W23为第二组绕组A2中各相输出绕组的下部分的匝数。
零序电流在二次侧绕组上产生的合成磁势为0，一次侧绕组中不会感应出零序电流，因此零序阻抗较小，较低的零序阻抗又可以抑制输出电压畸变，保证负荷的供电质量。
当电流谐波次数为3倍次及5、7、17、19次时，二次绕组产生的合成磁势为0，高次谐波不能产生同时交链一、二次侧的主磁通，从而可以抑制二次侧的谐波分量对一次侧电网的影响，实现变压器对3倍次及5、7、17、19次谐波的抑制或消除。
当二次侧负载平衡时，3倍次及5、7、17、19次谐波电流在二次侧绕组上产生的合成磁势为0，因此不会在一次侧绕组中感应出相应的谐波电流，从而可以抑制变压器一次侧输入电流的畸变，同时使变压器的铜损降低，实现节能运行。

Claims (5)

1.一种低零序阻抗缓谐波节能变压器，其特征在于，所述变压器的一次侧绕组采用三角形连接，所述变压器的二次侧绕组采用双输出的曲折形连接；所述二次侧绕组包括第一组绕组(A1)和第二组绕组(A2)，第一组绕组(A1)包括第一相输出绕组(a1)、第二相输出绕组(b1)和第三相输出绕组(c1)，第二组绕组(A2)包括第四相输出绕组(a2)、第五相输出绕组(b2)和第六相输出绕组(c2)；
其中：第一相输出绕组(a1)的上半部分的末端(a11e)和第二相输出绕组(b1)的下半部分的首端(a12s)反向串联构成第一输出相，第一输出相的输出始端是第一相输出绕组(a1)的上半部分的首端(a11s)，第一输出相的输出末端是第二相输出绕组(b1)的下半部分的末端(a12e)，依次类推，得到第二输出相和第三输出相，第一输出相、第二输出相和第三输出相的输出末端连接在一起构成第一中性线(n1)；
第四相输出绕组(a2)的上部分的末端(a21e)和第五相输出绕组(b2)的中部的首端(a22s)反向串联，第五相输出绕组(b2)的中部的末端(a22e)和第六相输出绕组(c2)的下部分的首端(a23s)反向串联构成第四输出相，第四输出相的输出始端是第四相输出绕组(a2)的上部分的首端(a21s)，第四输出相的输出末端是第六相输出绕组(c2)的下部分的末端(a23e)，依次类推，得到第五输出相和第六输出相，第四输出相、第五输出相和第六输出相的输出末端连接在一起构成第二中性线(n2)。
2.根据权利要求1所述的低零序阻抗缓谐波节能变压器，其特征在于：所述第一相输出绕组(a1)的输出电压与第四相输出绕组(a2)的输出电压的相位差为30度，第二相输出绕组(b1)的输出电压与第五相输出绕组(b2)的输出电压的相位差为30度，第三相输出绕组(c1)的输出电压与第六相输出绕组(c2)的输出电压的相位差为30度。
3.根据权利要求1所述的低零序阻抗缓谐波节能变压器，其特征在于：所述第一相输出绕组(a1)、第二相输出绕组(b1)和第三相输出绕组(c1)分别与同相一次侧绕组的相电压相位差为0度，第四相输出绕组(a2)、第五相输出绕组(b2)和第六相输出绕组(c2)分别与同相一次侧绕组的相电压相位差为30度。
4.根据权利要求1所述的低零序阻抗缓谐波节能变压器，其特征在于：所述第一组绕组(A1)中各相输出绕组分别由绕制在不同铁心柱上的两部分绕组组成，两部分绕组的匝数满足：
Figure FDA0000045398820000021
W11为第一组绕组(A1)中各相输出绕组的上半部分匝数，W12为第一组绕组(A1)中各相输出绕组的下半部分匝数，N2为二次侧绕组的额定等效匝数。
5.根据权利要求1所述的低零序阻抗缓谐波节能变压器，其特征在于：所述第二组绕组(A2)中的各相输出绕组分别由绕制在不同铁心柱上的三部分绕组组成，三部分绕组的匝数满足：
Figure FDA0000045398820000022
W21为第二组绕组(A2)中各相输出绕组的上部分的匝数，W22为第二组绕组(A2)中各相输出绕组的中部的匝数，W23为第二组绕组(A2)中各相输出绕组的下部分的匝数。
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