CN103680888B - 一种磁集成三相滤波变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁集成三相滤波变压器，包括变压器铁芯窗，变压器的铁芯窗内设有漏磁分支片，漏磁分支片与上下铁轭之间留有气隙，高压绕组线圈、低压绕组线圈分别绕制在铁芯柱和漏磁分支片之间，其中低压绕组在内，高压绕组在外；滤波电容与低压绕组线圈相并联。本发明将滤波电感和变压器集成在一起，使电感和变压器的总体体积更小，重量更轻，节约材料。三相铁芯的每个柱都同时维持滤波电感和变压器的磁通。通常在最大磁通时，共同磁通和漏磁通不同相，一定程度上可以节省磁芯。变压器单相的四个绕组还起到滤波的作用，替代了单独的滤波电感，与集成之前相比也节省了铜线。

Description

一种磁集成三相滤波变压器
技术领域
本发明属于变压器技术领域，涉及是一种磁集成滤波三相变压器。
背景技术
钠硫电池是一种新型储能电池，它使用钠和硫作为电极活性材料，用β-氧化铝陶瓷作为电解液，基于硫与钠形成硫化钠的电化学反应。它有功率大，能量密度大，效率高，温度稳定性好，原材料成本低，充放电次数多，寿命长，安全等优点。作为储能系统，钠硫电池已经在欧美国家试验性应用在负载平衡、应急电源和不间断电源等诸多环境以及工业、商业和风力发电系统等诸多行业，但国内还处于探索阶段。
钠硫电池在充放电过程中电压会有波动，所以先通过直流变换器得到稳定电压，再通过逆变器、滤波电抗器和变压器供给负载。其中，功率转化系统的电气柜中的滤波电抗器和变压器是独立存在的。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种磁集成三相滤波变压器，采用该变压器结构可以减小功率转化系统的整体体积，得到更大的功率密度，使之损耗小、体积小、重量轻。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种磁集成三相滤波变压器，包括变压器铁芯窗，变压器的铁芯窗内设有漏磁分支片，漏磁分支片与上下铁轭之间留有气隙，高压绕组线圈、低压绕组线圈分别绕制在铁芯柱和漏磁分支片之间，其中低压绕组在内，高压绕组在外；滤波电容与低压绕组线圈相并联。
所述的漏磁分支片给低压绕组线圈和高压绕组线圈的漏磁通提供通路，部分漏磁通过漏磁分支片闭合。
所述的高压绕组线圈、低压绕组线圈分别由两个子线圈串联组成，漏磁通由两个子线圈产生；滤波电容并联在低压绕组线圈的一个子线圈上。
所述变压器铁芯窗的A相铁芯柱、C相铁芯柱的内侧分别设有A相漏磁分支片、C相漏磁分支片，B相铁芯柱的两侧均设有B相漏磁分支片，B相漏磁分支片的其宽度为A相漏磁分支片、C相漏磁分支片的一半。
所述变压器铁芯窗的A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱均同时维持滤波电感和变压器的磁通，在最大磁通时，共同磁通和漏磁通不同相；变压器单相的绕组还起到滤波的作用，替代了单独的滤波电感。
所述变压器单相的四个绕组还起到滤波的作用，绕组中的滤波电感和变压器的最优绕制匝数能够独立调整。
所述的漏磁分支片为表面绝缘处理过的硅钢分支片。
所述的高压绕组线圈、低压绕组线圈之间设置有绝缘筒，绝缘筒的内外径侧都是竖直气道，其内径侧无撑条，而外径侧有撑条。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
钠硫电池作为一种新型储能电池，其储能系统已经在欧美发达国家应用，主要工作在负载平衡、应急电源和不间断电源等环境。本发明提供的磁集成三相滤波变压器，为减小整体体积，得到更大的功率密度，应用磁集成技术，将钠硫电池储能系统中的滤波电感和变压器集成在一起，实现电感和变压器的总体体积更小，重量更轻，损耗小、节约材料的目标。
本发明提供的磁集成三相滤波变压器，通过在铁芯窗口中加入漏磁分支片，且绕组分裂为两部分，实现了漏感的控制。而且将滤波电感和变压器集成之后，不仅节省铁芯，也节省铜线。三相铁芯的每个铁芯柱都同时维持滤波电感和变压器的磁通，通常在最大磁通时，共同磁通和漏磁通不同相，一定程度上可以节省磁芯。另一方面，变压器单相（A相、B相、C相）的高压、低压绕组分裂成两部分，这样四个绕组还起到滤波的作用，替代了单独的滤波电感，与集成之前相比也节省了铜线；而且滤波电感和变压器的最优匝数可以独立调整。
本发明提供的磁集成三相滤波变压器，通过在两个周期40ms的联合仿真结束后，结果表明，相电压有效值为230.5V，符合设计要求，且THD=4.6%，也符合国标规定的电压总谐波畸变率限值要求。
附图说明
图1为磁集成三相滤波变压器二维结构示意图；
图2磁集成三相滤波变压器三维结构示意图；
图3是磁集成三相滤波变压器输出三相电压波形图。
其中，1为变压器铁芯窗，2为高压绕组线圈，3为低压绕组线圈，4为漏磁分支片，5为气隙，6为滤波电容。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1和图2，一种磁集成三相滤波变压器，包括变压器铁芯窗1、高压绕组线圈2、低压绕组线圈3、气隙5、滤波电容6和漏磁分支片4；变压器的铁芯窗1内设有漏磁分支片4，漏磁分支片4与上下铁轭之间留有气隙5，高压绕组线圈2、低压绕组线圈3分别绕制在铁芯柱和漏磁分支片4之间，其中低压绕组3在内，高压绕组2在外；滤波电容6与低压绕组线圈3相并联
所提供的磁集成三相滤波变压器，通过在铁芯窗口中加入漏磁分支片，且绕组分裂为两部分（高压绕组线圈2和低压绕组线圈3分别分裂成两部分），实现了漏感的控制。具体的，所述的高压绕组线圈2、低压绕组线圈3分别由两个子线圈串联组成，漏磁通由两个子线圈产生；滤波电容6并联在低压绕组线圈3的一个子线圈上；所述的漏磁分支片4给低压绕组线圈3和高压绕组线圈2的漏磁通提供通路，部分漏磁通过漏磁分支片4闭合，滤波电感和变压器的最优匝数可以独立调整。
进一步的，变压器铁芯窗1的A相铁芯柱、C相铁芯柱的内侧分别设有A相漏磁分支片、C相漏磁分支片，B相铁芯柱的两侧均设有B相漏磁分支片，B相漏磁分支片的其宽度为A相漏磁分支片、C相漏磁分支片的一半。
变压器铁芯窗1的A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱均同时维持滤波电感和变压器的磁通，在最大磁通时，共同磁通和漏磁通不同相；变压器单相的绕组还起到滤波的作用，替代了单独的滤波电感。
变压器单相的四个绕组还起到滤波的作用，绕组中的滤波电感和变压器的最优绕制匝数能够独立调整。
具体的，所述的漏磁分支片4为表面绝缘处理过的硅钢分支片。
磁集成三相滤波变压器装配如下：
将变压器铁芯叠片进行表面绝缘处理后，叠装后压制成铁芯。对硅钢分支片进行表面绝缘处理，绕制高压绕组线圈和低压绕组线圈，完成各部分组件装配。
在铁芯柱两侧安装硅钢分支片，高高压绕组线圈、低压绕组线圈，将硅钢分支片固定，并与铁芯窗铁轭部分留有气隙，将滤波电容并联在低压绕组线圈，完成变压器的组装。
并且所述的高压绕组线圈2、低压绕组线圈3之间设置有绝缘筒，绝缘筒的内外径侧都是竖直气道，其内径侧无撑条，而外径侧有撑条。
通过在两个周期40ms的联合仿真（在Simplorer中搭建SPWM逆变器的仿真电路，并调用Maxwell中已经建模完成的变压器有限元模型来联合仿真）结束后，可以得到变压器输出三相电压的波形如图3所示。分析结果可以得到，相电压有效值为230.5V，符合设计要求，且THD=4.6%，也符合国标规定的电压总谐波畸变率限值要求。

Claims (7)

1.一种磁集成三相滤波变压器，其特征在于，包括变压器铁芯窗(1)，变压器的铁芯窗(1)内设有漏磁分支片(4)，漏磁分支片(4)与上下铁轭之间留有气隙(5)，高压绕组线圈(2)、低压绕组线圈(3)分别绕制在铁芯柱和漏磁分支片(4)之间，其中低压绕组(3)在内，高压绕组(2)在外；滤波电容(6)与低压绕组线圈(3)相并联；所述的高压绕组线圈(2)、低压绕组线圈(3)分别由两个子线圈串联组成，漏磁通由两个子线圈产生；滤波电容(6)并联在低压绕组线圈(3)的一个子线圈上。
2.如权利要求1所述的磁集成三相滤波变压器，其特征在于，所述的漏磁分支片(4)给低压绕组线圈(3)和高压绕组线圈(2)的漏磁通提供通路，部分漏磁通过漏磁分支片(4)闭合。
3.如权利要求1所述的磁集成三相滤波变压器，其特征在于，变压器铁芯窗(1)的A相铁芯柱、C相铁芯柱的内侧分别设有A相漏磁分支片、C相漏磁分支片，B相铁芯柱的两侧均设有B相漏磁分支片，B相漏磁分支片的其宽度为A相漏磁分支片、C相漏磁分支片的一半。
4.如权利要求1所述的磁集成三相滤波变压器，其特征在于，变压器铁芯窗(1)的A相铁芯柱、B相铁芯柱、C相铁芯柱均同时维持滤波电感和变压器的磁通，在最大磁通时，共同磁通和漏磁通不同相；变压器单相的绕组还起到滤波的作用，替代了单独的滤波电感。
5.如权利要求1所述的磁集成三相滤波变压器，其特征在于，变压器单相的四个绕组还起到滤波的作用，绕组中的滤波电感和变压器的最优绕制匝数能够独立调整。
6.如权利要求1所述的磁集成三相滤波变压器，其特征在于，所述的漏磁分支片(4)为表面绝缘处理过的硅钢分支片。
7.如权利要求1所述的磁集成三相滤波变压器，其特征在于，所述的高压绕组线圈(2)、低压绕组线圈(3)之间设置有绝缘筒，绝缘筒的内外径侧都是竖直气道，其内径侧无撑条，而外径侧有撑条。
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