CN103151154B - 弧边三角形移相变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种弧边三角形移相变压器，该移相变压器对电源线电压进行旋转，产生多个等幅值等相位差的移相电压（4）。输出的移相电压以移相变压器电源的输入端（1）、（2）、（3）作为参考点，使移相变压器的容量可以小于负载容量的二分之一。本发明的移相变压器采用主绕组与副绕组串联激磁方式，使移相变压器的绕组数量达到了极小，明显节省了变压器制做材料。本移相变压器可以适用于各种三相整流设备，使电源电流正弦化，减小谐波造成的传输损耗，提高供电系统的安全性。
Description
一、技术领域
本发明涉及整流变压器设计领域，尤其涉及一种新原理整流变压器，具体是指一种弧边三角形分相移相整流变压器。
二、背景技术
随着电力电子技术的发展电源为整流型的负载越来越多，如变频器、调速电机、不间断电源等都是这类负载。整流型负载脉动性的从交流电源吸取电流，给电力系统留下了大量的高次谐波，而这些谐波会给电力系统造成极大的损害，使电力传输设备的效率降低，电能的质量变坏，使电力测量控制系统发生错误。谐波还容易引发系统的各种谐振，产生谐振过电压和过电流烧毁电气设备，因此对于大功率整流设备必须设法抑制谐波的产生。
电网中常用的一种谐波抑制方法就是多相整流技术，整流的相数越多产生谐波的幅值就越低。多相整流技术是先通过移相变压器把三相电源变成多个幅值相等相位不同的电压再进行整流。在多相整流电路中每一个整流电路的电流是尖峰脉动的，但他们的时间是错开的，经过移相变压器各二次绕组电流的叠加最终在移相变压器原边绕组的电流接近于正弦。为了取得好的叠加效果现有原理的移相变压器都是由一组原边绕组和多组副边绕组组成。副边绕组采用的接线方式有沿边三角形接线、六边形接线、双Z沿边形接线，也有采用星形和三角形接线方式的，这些接线方式使移相变压器各副边绕组可以获得相同的电压幅值和不同的电压相位，各副边绕组分担相等的负载功率。
现有移相变压器的接线方式决定了它与普通变压器相比存在两个问题：第一，移相变压器的制做成本高。移相变压器副边绕组匝数多接线复杂，每增加一组电压就要增加一套匝数相同的二次绕组。要将多相电流的叠加成三相电流，移相变压器必须有独立的一次绕组，因此很难应用自耦变压器原理。第二，移相变压器的损耗大。随着电压相数增多各相绕组分担的电流相对减小，考虑变压器结构的合理性各二次绕组的截面必然减小，造成而各二次绕组电阻的增大。而移相变压器各二次绕组的电流是冲击性的，传输效率较低，造成二次绕组总损比较大。因此多相整流的主要难题是移相变压器需求容量大，绕组线圈太多，制作成本高，电能损耗大。
本发明提出了一种弧边三角形移相变压器，该变压器不改变电压幅值，只把三相电源N倍分相，形成3N-3个等幅值等相位差的移相电压。本发明提出的移相变压器的需求功率仅需达到负载总功率的(N-1)/2N倍，极大地降低了整流型负载对变压器容量的要求。本发明提出的弧边三角形移相变压器采用绕组电压向量沿弧边阶梯连接方式，省去了一次绕组和二次绕组，使移相变压器的绕组总匝数大大减少，大约仅是一个三角形接线绕组的1.2倍，是同容量沿边三角接线移相变压器总绕组匝数的四分之一，大幅度降低移相变压器的制作成本，降低了移相变压器的传输损耗。
三、发明内容
本发明要解决的技术问题是，减少多相整流技术所需移相变压器的容量，降低移相变压器的传递损耗，简化移相变压器结构，降低移相变压器的制作运行成本。
本发明的技术解决方案是，一种弧边三角形分相移相整流变压器，将对称的3相电源线电压进行N倍分相，形成3N-3个幅值相等相位差均等的移相电压，在电压向量平面上，所产生的3N-3个移相电压的终点落在以三相电源电压为顶点的弧边三角形上。
采用以上方案后，本发明按照弧边三角形设计移相变压器输出电压轨迹，移相变压器对三相电源进行N倍分相形成3N-3个移相输出电压，移相输出电压以变压器三个电源电位为参考点，输出电压的幅值都等于电源线电压的幅值，输出电压的相位逐个差π/3N弧度，移相输出电压均匀落在以电源端为顶点的弧边三角形上。
作为优选，弧边三角形的3个弧边分别以一个电源输入端为圆弧的圆心，以另外两个电源输入端为弧边的端点。
作为优选，移相电压分三组，每一组电压以一个电源输入端的为向量起点，向量的终点均匀分布在起点所对的圆弧上。
作为优选，移相变压器有三相，其中，奇数倍分时每相有N个主绕组及N-1副绕组，偶数倍分相时每相有N个主绕组及N个副绕组，移相变压器采用主绕组与副绕组串联激磁方式，本相主绕组与它相副绕组按照电压向量阶梯连接方式内接于弧边三角形。
作为优选，每相有N个主绕组和N-1副绕组，（1）若将电源线电压额定值定为100%，那么从电源输入端起第k个副绕组的电压额定值为；（2）若将电源线电压额定值定为100%，那么从电源输入端起第k个主绕组的电压额定值为。
作为优选，所述的移相变压器采用主绕组与副绕组串联激磁方式，若用表示第k个主绕组，表示第k个副绕组，表示本相正极性，表示前相反极性,表示后相反极性，那么3倍分相的绕组间接顺序为；
4倍分相的绕组间接顺序为；
5倍分相的绕组间接顺序为。
较佳的，移相变压器的电源直接经过全波整流接到直流负载上，一来可以代替一组移相电压，节省1/N的变压器容量；二来，变压器输出的电流经过负载后可以直接与电源构成回路，使得只有不到一半的负载电流是由移相变压器提供，而大部分负载电流是由电源直接提供的，极大地减小了移相变压器的设计容量。
较佳的，所述的移相变压器有三相，每相有一个分成N段的主绕组和若干个副绕组；本相的主绕组与其它相的副绕组按电压向量阶梯连接方式，在电压向量平面上电压向量阶梯内接于弧边三角形，接点即为变压器输出电压接点。这样的设计方案改变了变压器的传统设计方法，采用了自感与互感绕组串联激磁方式，既有自耦变压器的经济性又有互感变压器的移相性。本发明所设计的移相变压器的绕组总匝数仅是同容量延边三角形移相变压器绕组匝数四分之一，本发明提供的移相变压器设计方法可以节省大量的变压器制作材料，并且减小了移相变压器的漏电感和穿越电阻，使移相变压器的附加损耗明显降低。
本移相变压器可以配合于各种三相整流设备，使电源电流正弦化，减小谐波造成的传输损耗，提高供电设备的运行效率。
四、附图说明
图1是5倍分相的弧边三角形移相变压器绕组电压向量图。
图2是5倍分相的弧边三角形移相变压器绕组原理图。
图3是5倍分相的弧边三角形移相变压器绕组接线图。
图4是用弧边三角形移相变压器抑制变频器谐波的原理接线图。
图中所示：1、2、3为三相电源线进线，4为弧边三角形移相变压器输出电压线，5为弧边三角形移相变压器，6为多相全波整流电路，7为接触器。
五、具体实施方式
为便于说明，下面结合附图，对本发明弧边三角形移相变压器做详细说明：
图1说明了用电压相量图设计弧边三角形移相变压器的原理，先确定一个等边弧边三角形，三角形顶点为三个弧边的圆心，在弧边上按所需要的分相倍数，找出等分点；绕组电压向量的方向都是从一个顶点指向另一个顶点，相位差2π/3，向量可以平移，大小可以调整。用向量阶梯连接的方式可以画出弧边三角形移相变压器绕组电压向量图，那么画出的各向量长度与弧边弦长的比就是各绕组电压与电源额定线电压的比，用向量的方向可确定各绕组的连接极性。
图2给出了5倍分相的弧边三角形移相变压器绕组原理图。所述的移相变压器有三个铁心柱，每个铁心柱上有5个主绕组，4个辅绕组。图中铁芯左边的是主绕组，铁芯右边的是副绕组，三个铁芯的绕组情况相同。根据变压器绕组匝数与绕组电压比一致的原则可以得到个绕组匝数与按额定线电压计算的变压器绕组匝数的比值是：W3=W12=W21=20.9%、W1=W5=W10=W14=W19=W23=14.19%、W2=W4=W11=W13=W20=W22=17.94%、W6=W9=W15=W18=W24=W27=9.82%、W7=W8=W16=W17=W25=W26=5.02%。
图3指示出了各绕组的连接关系，三个接线端1、2、3接输入电源，其他作为移相电压输出端。
图4是本发明应用在变频器谐波治理的具体实施例图，三相电源经过本发明的弧形三角形移相变压器5变压后再经过多相全波整流电路6进行整流滤波，最后通过接触器7接入到变频器中，其中，变频器R、S、T端子是变频器的电源输入端子，P+和N-是变频器内部直流母线端子，接触器7起延时作用，防止电源送电时电容器充电电流过大损坏整流管。
上述实施例仅对本发明的最佳实施例之一举例进行说明，在具体使用时，可根据使用环境的不同进行变化，在此应该说明，凡在本发明的发明构思的所做的任何变化均落入本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种弧边三角形移相变压器，将对称的3相电源线电压进行N倍分相，形成3N-3个幅值相等相位差均等的移相电压，其特征在于：在电压向量平面上，所产生的3N-3个移相电压的终点落在以三相电源电压为顶点的弧边三角形上，弧边三角形的3个弧边分别以一个电源输入端为圆弧的圆心，以另外两个电源输入端为弧边的端点，移相电压分三组，每一组电压以一个电源输入端的为向量起点，向量的终点均匀分布在起点所对的圆弧上，移相变压器有三相，其中，奇数倍分时每相有N个主绕组及N-1副绕组，偶数倍分相时每相有N个主绕组及N个副绕组，移相变压器采用主绕组与副绕组串联激磁方式，本相主绕组与它相副绕组按照电压向量阶梯连接方式内接于弧边三角形。
2.根据权利要求1所述的弧边三角形移相变压器，其特征在于：移相变压器有三相，其中，每相有N个主绕组和N-1副绕组，
（1）若将电源线电压额定值定为100%，那么从电源输入端起第k个副绕组的电压额定值为；
（2）若将电源线电压额定值定为100%，那么从电源输入端起第k个主绕组的电压额定值为。
3.根据权利要求1所述的弧边三角形移相变压器，其特征在于：所述的移相变压器采用主绕组与副绕组串联激磁方式，若用表示第k个主绕组，表示第k个副绕组，表示本相正极性，表示前相反极性,表示后相反极性，那么3倍分相的绕组间接顺序为
；
4倍分相的绕组间接顺序为；
5倍分相的绕组间接顺序为。
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