CN102969131B - K-系数变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种K-系数变压器。其目的是提供一种K-系数变压器，克服了普通隔离变压器的不足，可适用于运行在谐波含量较高的电路环境中，具有滤波功能，能够有效降低变流器和负载谐波之间的谐波互相干扰。一种K-系数变压器，包括：一个变压器上铁轭、一个变压器下铁轭、1-3个变压器铁心柱，与所述铁心柱数量相同的次级线圈绕于对应铁心柱上，与所述铁心柱数量相同的初级线圈绕于对应次级线圈外部，所述初级线圈和次级线圈之间绕有一层或两层屏蔽绕组，所述各屏蔽绕组的引线连接至对应的接线端子上。

Description

K-系数变压器
技术领域
本发明涉及一种电力设备，具体来说，是涉及一种K-系数变压器。
背景技术
随着电力电子技术的发展，大功率非线性负载大量出现。例如大型数据中心，重要的计算机房，综合性办公大楼等。这些负载一方面容易受到来自电源的谐波干扰，另一方面其自身也会产生较多的谐波信号，既有共模信号，也有差模信号。来自负载的谐波注入电网后，会干扰其他用电设备，甚至干扰UPS（变流器）的控制模块。这些谐波信号同时还会对为其供电的隔离变压器产生一系列危害，降低供电可靠性。如导致供电变压器过热，使用寿命大大缩短，严重时甚至还会使变压器在短时间内烧坏。
因此，要作为这类负载供电的隔离变压器，必须同时具备下列几个特点：1、具有较强的抗谐波能力。当负载或电源侧谐波含量较高时，变压器能够安全运行；2、大容量的变压器绕组采用箔式绕组（铜箔或铝箔），降低谐波产生的损耗；3、初级绕组三角形联结，次级绕组星形联结；4、各相负载大小相差较大时，中性线不致过热；5、对于来自负载或电源的谐波具有抑制作用，避免相互干扰；6、根据应用要求，设置不同形式的屏蔽绕组；屏蔽绕组采用铜箔；7、具有较小的合闸涌流。
系统中的谐波大小通常从频率和含量两方面考核。为了综合考量系统中谐波的含量，通常用K系数来衡量。在此背景下，开发了分别适应不同K-系数环境的变压器-K-系数变压器。但是，现有市场上，还没有一种K-系数变压器能够完全克服普通变压器的不足，同时满足上述要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种K-系数变压器，克服了普通隔离变压器的不足，可适用于运行在谐波含量较高的电路环境中，具有滤波功能，能够有效降低变流器和负载谐波之间的谐波互相干扰。
本发明的目的是这样实现的：
一种K-系数变压器，包括：一个变压器上铁轭、一个变压器下铁轭、1-3个变压器铁心柱，与所述铁心柱数量相同的次级线圈绕于对应铁心柱上，与所述铁心柱数量相同的初级线圈绕于对应次级线圈外部，所述初级线圈和次级线圈之间绕有一层或两层屏蔽绕组，所述各屏蔽绕组的引线连接至对应的接线端子上。
进一步地，作为本发明的一种优选方案，在所述次级线圈与铁心柱之间也设有一层屏蔽绕组。
进一步地，作为本发明的一种优选方案，在所述初级线圈的外部也设有一层屏蔽绕组。
其中，所述屏蔽绕组的引线为耐高温绝缘电缆；所述屏蔽绕组为铜箔或铝箔。
当所述变压器铁心柱为一个时，所述变压器铁芯柱为EI型铁心柱，所述K-系数变压器为单相变压器；当所述变压器铁心柱为两个时，所述K-系数变压器为单相变压器；当所述变压器铁心柱为三个时，所述K系数变压器为三相变压器。
所述变压器铁心柱上可以设有气隙，也可以不设气隙。当变压器铁心柱上设有气隙时，所述气隙设在铁心柱中间或铁心柱与上铁轭/下铁轭的交接处。
其中，所述铁心柱为非晶铁心柱、取向硅钢铁心柱或无取向硅钢铁心柱；所述上铁轭或下铁轭为非晶铁轭、取向硅钢铁轭或无取向硅钢铁轭。
本发明根据计算不同K系数条件下，变压器铁心和绕组中的损耗，设计温升、合闸涌流等方面满足要求的变压器电磁方案和结构方案，使之能够在谐波含量较高的环境下安全运行，保证变压器运行在相应的K系数环境下，不会超过允许的温升；变压器空载合闸涌流不超过允许范围，一般可做到10倍以下，变压器空载合闸时不会引起其前级开关跳闸；通过设置在初级线圈和次级线圈之间的屏蔽绕组实现滤波功能，有效地抑制了电源和负载之间的相互干扰，保证电源和负载均可安全运行。
附图说明
通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：
图1为本发明K-系数变压器的铁心柱的数量为三个时的结构示意图；
图2为图1中所示实施例的左侧视图方向的结构示意图；
图3为本发明K-系数变压器的铁心柱的数量为两个时的结构示意图；
图4为图3中所示实施例的左侧视图方向的结构示意图；
图5为本发明K-系数变压器的铁心柱的数量为一个时的结构示意图；
图6为图5中所示实施例的左侧视图方向的结构示意图；
图7为本发明K-系数变压器的铁心柱的剖面结构示意图（屏蔽绕组的第一种设置方式）；
图8为本发明K-系数变压器的铁心柱的剖面结构示意图（屏蔽绕组的第二种设置方式）；
图9为本发明K-系数变压器的铁心柱的剖面结构示意图（屏蔽绕组的第三种设置方式）；
图10为本发明K-系数变压器的铁心柱的剖面结构示意图（屏蔽绕组的第四种设置方式）。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种K-系数变压器，包括一个变压器上铁轭1、一个变压器下铁轭3和三个变压器铁心柱2，每个铁心柱2的外部分别绕有一组次级线圈4绕和一组初级线圈5，每个铁心柱上均设有屏蔽绕组6，结合图7所示，一组次级线圈4绕于铁心柱2上，一组初级线圈5绕于次级线圈4的外部，初级线圈5和次级线圈4之间绕有一层屏蔽绕组6，屏蔽绕组6的引线连接至对应的接线端子7上。其中，屏蔽绕组6为铜箔或铝箔，其引线为耐高温绝缘电缆。本实施例中，变压器铁心柱2的数量为三个，本发明K系数变压器为三相变压器。
变压器铁心柱2上可以设有气隙，也可以不设气隙。气隙可以设在铁心柱2中间或铁心柱2与上铁轭1或下铁轭3的交接处，附图中未示出气隙结构。
其中，铁心柱2为非晶铁心柱、取向硅钢铁心柱或无取向硅钢铁心柱；上铁轭1或下铁轭3为非晶铁轭、取向硅钢铁轭或无取向硅钢铁轭。
屏蔽绕组的设置方式有多种，如图7所示为其中一种：一组次级线圈4绕于铁心柱2上，一组初级线圈5绕于次级线圈4的外部，初级线圈5和次级线圈4之间绕有一层屏蔽绕组6，屏蔽绕组6的引线连接至对应的接线端子7上。
如图8所示为屏蔽绕组的第二种设置方式：一组次级线圈4绕于铁心柱2上，一组初级线圈5绕于次级线圈4的外部，在初级线圈5和次级线圈4之间绕有一层屏蔽绕组6，在次级线圈4和铁心柱2之间也绕有一层屏蔽绕组6，屏蔽绕组6的引线连接至对应的接线端子7上。
如图9所示为屏蔽绕组的第三种设置方式：一组次级线圈4绕于铁心柱2上，一组初级线圈5绕于次级线圈4的外部，在初级线圈5和次级线圈4之间绕有一层屏蔽绕组6，在次级线圈4和铁心柱2之间也绕有一层屏蔽绕组6，以及在初级线圈5的外部仍绕有一层屏蔽绕组6，蔽绕组6的引线连接至对应的接线端子7上。
如图10所示为屏蔽绕组的第四种设置方法：其与第三种方法的差别在于，本方法中，初级线圈5和次级线圈4之间绕有两层屏蔽绕组6。
如图3、图4所示，当变压器铁心柱2的数量为两个时，本发明K-系数变压器为单相变压器，包括一个变压器上铁轭1、一个变压器下铁轭3和两个变压器铁心柱2。每个铁心柱2的外部分别绕有一组次级线圈4绕和一组初级线圈5，每个铁心柱上均设有屏蔽绕组6，屏蔽绕组的设置方式可选择如图7-10中所示的任意一种。
变压器铁心柱2上可以设有气隙，也可以不设气隙。气隙可以设在铁心柱2中间或铁心柱2与上铁轭1或下铁轭3的交接处，附图中未示出气隙结构。
其中，铁心柱2为非晶铁心柱、取向硅钢铁心柱或无取向硅钢铁心柱；上铁轭1或下铁轭3为非晶铁轭、取向硅钢铁轭或无取向硅钢铁轭。
如图5、图6所示的K-系变压器为单相变压器，包括一个变压器上铁轭1、一个变压器下铁轭3和一个变压器铁心柱2。变压器铁心柱2为EI型铁心柱（如图5所示），铁心柱2的外部绕有一组次级线圈4绕和一组初级线圈5，铁心柱2上还设有屏蔽绕组6，屏蔽绕组的设置方式可选择如图7-10中所示的任意一种。
变压器铁心柱2上可以设有气隙，也可以不设气隙。气隙可以设在铁心柱2中间或铁心柱2与上铁轭1或下铁轭3的交接处，附图中未示出气隙结构。
其中，铁心柱2为非晶铁心柱、取向硅钢铁心柱或无取向硅钢铁心柱；上铁轭1或下铁轭3为非晶铁轭、取向硅钢铁轭或无取向硅钢铁轭。

Claims (5)

1.一种使K-系数变压器工作的方法，其特征在于，所述K-系数变压器包括：一个变压器上铁轭、一个变压器下铁轭、1-3个变压器铁心柱，与所述铁心柱数量相同的次级线圈绕于对应铁心柱上，与所述铁心柱数量相同的初级线圈绕于对应次级线圈外部，所述初级线圈和次级线圈之间绕有两层屏蔽绕组，所述各屏蔽绕组的引线连接至对应的接线端子上；
在所述次级线圈与铁心柱之间设有一层屏蔽绕组；
在所述初级线圈的外部设有一层屏蔽绕组；
当所述变压器铁心柱为一个时，所述变压器铁芯柱为EI型铁心柱，所述K-系数变压器为单相变压器；当所述变压器铁心柱为两个时，所述K-系数变压器为单相变压器；当所述变压器铁心柱为三个时，所述K-系数变压器为三相变压器；
所述屏蔽绕组的引线为耐高温绝缘电缆；
所述上铁轭或下铁轭为非晶铁轭、取向硅钢铁轭或无取向硅钢铁轭；
根据计算不同K系数条件下变压器铁心和绕组中的损耗，设计温升、合闸涌流各方面满足要求的变压器电磁方案和结构方案，使之能够在谐波含量较高的环境下安全运行，保证变压器运行在相应的K系数环境下，不会超过允许的温升；变压器空载合闸涌流不超过允许范围，该允许范围为10倍以下，变压器空载合闸时不会引起其前级开关跳闸；通过设置在初级线圈和次级线圈之间的屏蔽绕组实现滤波功能，有效抑制电源和负载之间的相互干扰，保证电源和负载均可安全运行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述屏蔽绕组为铜箔或铝箔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述变压器铁心柱上设有气隙。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述气隙设在铁心柱中间或铁心柱与上铁轭/下铁轭的交接处。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铁心柱为非晶铁心柱、取向硅钢铁心柱或无取向硅钢铁心柱。
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