CN104361982A - 一种12脉波自耦移相整流变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种12脉波自耦移向整流变压器，所述变压器铁心为三相心柱结构，三相绕组采用自耦、曲折连接方式，所述变压器任一相绕组都是由绕制在不同铁心柱上的五部分绕组组成，任一相绕组都包括一组输入电压和两组输出电压，两组输出电压相位相差30°，输入与输出电压可以满足任意变比；本发明基于电磁滤波原理，能够抑制变压器输出电压的畸变，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，同时绕组自耦连接方式还有效降低了变压器的体积及制造成本。
Description
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12脉波输出的自耦移向整流变压器。
背景技术
由于电力电子技术的发展以及它们在三相整流器中的广泛应用，使非线性负荷大量增加，给电网的电能质量、安全和可靠运行带来很多问题。目前的多脉波电源技术是抑制整流负载中谐波电流流入电网的有效手段。多脉波电源多以12脉波，隔离型变压器为主，该类变压器采用独立的一次侧绕组和二次侧绕组，二次侧绕组通过延边或者曲折连接方式得到六组输出，从而实现12脉波整流。由于隔离型变压器绕组只存在磁的耦合，而电路方面相互独立，因此该类型变压器的重量和体积较大，给结构本就紧凑的整流柜带来设计上的瓶颈。自耦变压器属于非隔离型变压器，其绕组不仅有磁路上的耦合而且还有电路上的连接，这样使得通过磁场耦合传递的电磁容量之占总容量的一部分。而变压器的有效材料，如硅钢片和铜铝导线的用量减少，变压器相应的重量及外形尺寸也都大大减小。
发明内容
所要解决的技术问题：
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12脉波自耦移向整流变压器，该变压器可以抑制谐波，降低变压器体积和重量，保证电能质量。
技术方案：
为了实现以上功能，本发明提供了一种12脉波自耦移相整流变压器，包括变压器框架和绕组，所述变压器框架包括三个铁心柱，绕组包括A相绕组、B相绕组和C相绕组；所述A相绕组包括第一部分绕组A1、第二部分绕组A2、第三部分绕组A3、第四部分绕组A4和第五部分绕组A5；B相绕组包括第一部分绕组B1、第二部分绕组B2、第三部分绕组B3、第四部分绕组B4和第五部分绕组B5；C相绕组包括第一部分绕组C1、第二部分绕组C2、第三部分绕组C3、第四部分绕组C4和第五部分绕组C5；其特征在于：所述三相绕组分别以同一方向绕制在三个铁芯柱上，其中，
A相绕组第一部分绕组A1、第二部分绕组A2绕制在第一铁心柱上，第三部分绕组A3绕制在第二铁心柱上，第四部分绕组A4、第五部分绕组A5绕组绕制在第三铁心柱上；
B相绕组第一部分B1、第二部分绕组B2绕制在第二铁心柱上，第三部分绕组B3绕制在第三铁心柱上，第四部分绕组B4、第五部分绕组B5绕组绕制在第一铁心柱上；
C相绕组第一部分C1、第二部分绕组绕C2制在第三铁心柱上，第三部分绕组C3绕制在第一铁心柱上，第四部分绕组C4、第五部分绕组C5绕制在第二铁心柱上。
进一步的，当所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时，A相绕组第一部分绕组A1的首端A1s、第四部分绕组A4末端A4e、第五部分绕组A5首端A5s相连，A相绕组第一部分绕组A1的末端A1e与第二部分绕组A2首端A2s相连，A相绕组第二部分绕组A2的末端A2e与第三部分绕组A3的末端A3e相连；
A相绕组第一部分绕组A1末端A1e作为A相绕组输入端，第四部分绕组A4首端A4s作为A相绕组第一输出端a1，第五部分绕组A5末端A5e作为A相绕组第二输出端a2；
B相绕组以及C相绕组的连接方式与A相绕组的连接方式相同，且A相绕组的第三部分绕组A3的首端A3s、B相绕组的第三部分绕组B3的首端B3s、C相绕组的第三部分绕组C3的首端A3s连接在一起构成中性线n。
进一步的，当所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于或等于cos(15°)时，
A相绕组第一部分绕组A1的末端A1e、第二部分绕组A2的首端A2s、第四部分绕组A4末端A4e、第五部分绕组A5首端A5s相连，A相绕组第二部分绕组A2的末端A2e与第三部分绕组A3的末端A3e相连；
A相绕组第五部分绕组A5末端A5e作为A相绕组第二输出端a2，第一部分绕组A1首端A1s作为A相绕组输入端，第四部分绕组A4首端A4s作为A相绕组第一输出端a1；
B相绕组以及C相绕组的连接方式与A相绕组的连接方式相同，且A相绕组的第三部分绕组A3的首端A3s、B相绕组的第三部分绕组B3的首端B3s、C相绕组的第三部分绕组C3的首端A3s连接在一起构成中性线n。
更进一步的，所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时，各相绕组的五部分绕组匝数满足N1 2-W3 2-W3W2＝W2 2，N1为变压器一次侧等效匝数，N2为变压器二次侧等效匝数，W1为第一部分绕组的匝数，W2为第二部分绕组的匝数，W3为第三部分绕组的匝数，W4为第四部分绕组的匝数，W5为第五部分绕组的匝数。
更进一步的，所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于等于cos(15°)时，各相绕组的五部分绕组匝数满足N1 2-W3 2-W3(W2+W1)＝(W2+W1)2；N1为变压器一次侧等效匝数，N2为变压器二次侧等效匝数，W1为第一部分绕组的匝数，W2为第二部分绕组的匝数，W3为第三部分绕组的匝数，W4为第四部分绕组的匝数，W5为第五部分绕组的匝数。
更进一步的，A相绕组第四部分绕组A4首端A4s输出电压与第五部分绕组A5末端A5e输出电压的相位差为30度，B相绕组第四部分绕组B4首端B4s输出电压与第五部分绕组B5末端B5e输出电压的相位差为30度，C相绕组第四部分绕组C4首端C4s输出电压与第五部分绕组C5末端C5e输出电压的相位差为30度；
所述A相绕组、B相绕组、C相绕组的第四部分绕组首端的输出电压之间的相位互差120度；
所述所述A相绕组、B相绕组、C相绕组的第五部分绕组末端输出电压之间的相位互差120度。
更进一步的，所述变压器框架由三个铁心柱和两个旁轭构成。
有益效果：
本发明公开了一种12脉波自耦移向整流变压器，所述变压器铁心为三相心柱结构，三相绕组采用自耦、曲折连接方式，所述变压器任一相绕组都是由绕制在不同铁心柱上的五部分绕组组成，任一相绕组都包括一组输入电压和两组输出电压，两组输出电压相位相差30°，输入与输出电压可以满足任意变比；本发明基于电磁滤波原理，能够抑制变压器输出电压的畸变，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，同时绕组自耦连接方式还有效降低了变压器的体积及制造成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的变压器在输入相电压与输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时绕组结构示意图；
图2是本发明的变压器在输入相电压与输出相电压之变比大于等于cos(15°)时绕组结构示意图；
图3是本发明变压器在输入相电压与输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时绕组的电压矢量图；
图4是本发明变压器在输入相电压与输出相电压之变比大于等于cos(15°)时绕组的电压矢量图；
图5是本发明变压器在输入相电压与输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时绕组的匝数匹配关系图；
图6是本发明变压器在输入相电压与输出相电压之变比大于等于cos(15°)时绕组的匝数匹配关系图。
具体实施方式
本发明提供一种12脉波自耦移相整流变压器，为使本发明的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种12脉波自耦移相整流变压器，包括变压器框架和绕组，所述变压器框架包括三个铁心柱，绕组包括A相绕组、B相绕组和C相绕组；所述A相绕组包括第一部分绕组A1、第二部分绕组A2、第三部分绕组A3、第四部分绕组A4和第五部分绕组A5；B相绕组包括第一部分绕组B1、第二部分绕组B2、第三部分绕组B3、第四部分绕组B4和第五部分绕组B5；C相绕组包括第一部分绕组C1、第二部分绕组C2、第三部分绕组C3、第四部分绕组C4和第五部分绕组C5；其特征在于：所述变三相绕组分别绕制在三个铁芯柱上，其中，
A相绕组第一部分绕组A1、第二部分绕组A2绕制在第一铁心柱上，第三部分绕组A3绕制在第二铁心柱上，第四部分绕组A4、第五部分绕组A5绕组绕制在第三铁心柱上；
B相绕组第一部分B1、第二部分绕组B2绕制在第二铁心柱上，第三部分绕组B3绕制在第三铁心柱上，第四部分绕组B4、第五部分绕组B5绕组绕制在第一铁心柱上；
C相绕组第一部分C1、第二部分绕组绕C2制在第三铁心柱上，第三部分绕组C3绕制在第一铁心柱上，第四部分绕组C4、第五部分绕组C5绕制在第二铁心柱上。
如图1所示，当所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时，A相绕组第一部分绕组A1的首端A1s、第四部分绕组A4末端A4e、第五部分绕组A5首端A5s相连，A相绕组第一部分绕组A1的末端A1e与第二部分绕组A2首端A2s相连，A相绕组第二部分绕组A2的末端A2e与第三部分绕组A3的末端A3e相连；
A相绕组第一部分绕组A1末端A1e作为A相绕组输入端，第四部分绕组A4首端A4s作为A相绕组第一输出端a1，第五部分绕组A5末端A5e作为A相绕组第二输出端a2。
B相绕组以及C相绕组的连接方式与A相绕组的连接方式相同，即：
B相绕组第一部分绕组B1的首端B1s、第四部分绕组B4末端B4e、第五部分绕组B5首端B5s相连，B相绕组第一部分绕组B1的末端B1e与第二部分绕组B2首端B2s相连，B相绕组第二部分绕组B2的末端B2e与第三部分绕组B3的末端B3e相连；
B相绕组第一部分绕组B1末端B1e作为B相绕组输入端，第四部分绕组B4首端B4s作为B相绕组第一输出端b1，第五部分绕组B5末端B5e作为B相绕组第二输出端b2。
C相绕组第一部分绕组C1的首端C1s、第四部分绕组C4末端C4e、第五部分绕组C5首端C5s相连，C相绕组第一部分绕组C1的末端C1e与第二部分绕组C2首端C2s相连，C相绕组第二部分绕组C2的末端C2e与第三部分绕组C3的末端C3e相连；
C相绕组第一部分绕组C1末端C1e作为C相绕组输入端，第四部分绕组C4首端C4s作为C相绕组第一输出端c1，第五部分绕组C5末端C5e作为C相绕组第二输出端c2。
且A相绕组的第三部分绕组A3的首端A3s、B相绕组的第三部分绕组B3的首端B3s、C相绕组的第三部分绕组C3的首端A3s连接在一起构成中性线n。
图5为一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时的变压器各部分绕组匝数之间的向量关系图，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：
每相绕组所包括的五部分绕组绕制方向相同且满足N1 2-W3 2-W3W2＝W2 2，N1为变压器一次侧等效匝数，N2为变压器二次侧等效匝数，W1为第一部分绕组的匝数，W2为第二部分绕组的匝数，W3为第三部分绕组的匝数，W4为第四部分绕组的匝数，W5为第五部分绕组的匝数。
当W1为0的时候变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比等于cos(15°)，W1大于0的时候变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于cos(15°)。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别为，变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于等于cos(15°)，此时，
A相绕组第一部分绕组A1的末端A1e、第二部分绕组A2的首端A2s、第四部分绕组A4末端A4e、第五部分绕组A5首端A5s相连，A相绕组第二部分绕组A2的末端A2e与第三部分绕组A3的末端A3e相连；
A相绕组第五部分绕组A5末端A5e作为A相绕组第二输出端a2，第一部分绕组A1首端A1s作为A相绕组输入端，第四部分绕组A4首端A4s作为A相绕组第一输出端a1。
B相绕组以及C相绕组的连接方式与A相绕组的连接方式相同，即，
B相绕组第一部分绕组B1的末端B1e、第二部分绕组B2的首端B2s、第四部分绕组B4末端B4e、第五部分绕组B5首端B5s相连，B相绕组第二部分绕组B2的末端B2e与第三部分绕组B3的末端B3e相连；
B相绕组第五部分绕组B5末端B5e作为B相绕组第二输出端b2，第一部分绕组B1首端B1s作为B相绕组输入端，第四部分绕组B4首端B4s作为B相绕组第一输出端b1。
C相绕组第一部分绕组C1的末端C1e、第二部分绕组C2的首端C2s、第四部分绕组C4末端C4e、第五部分绕组C5首端C5s相连，C相绕组第二部分绕组C2的末端C2e与第三部分绕组C3的末端C3e相连；
C相绕组第五部分绕组C5末端C5e作为C相绕组第二输出端c2，第一部分绕组C1首端C1s作为C相绕组输入端，第四部分绕组C4首端C4s作为C相绕组第一输出端c1。
且A相绕组的第三部分绕组A3的首端A3s、B相绕组的第三部分绕组B3的首端B3s、C相绕组的第三部分绕组C3的首端A3s连接在一起构成中性线n。
图6为一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于等于cos(15°)的变压器各部分绕组匝数之间的向量关系图，每相绕组所包括的五部分绕组绕制方向相同且满足N1 2-W3 2-W3(W2+W1)＝(W2+W1)2；N1为变压器一次侧等效匝数，N2为变压器二次侧等效匝数，W1为第一部分绕组的匝数，W2为第二部分绕组的匝数，W3为第三部分绕组的匝数，W4为第四部分绕组的匝数，W5为第五部分绕组的匝数。
图3为一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时的变压器各相输出的电压矢量图，图4为一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于等于cos(15°)时的变压器各相输出的电压矢量图。A相绕组第四部分绕组A4首端A4s输出电压与第五部分绕组A5末端A5e输出电压的相位差为30度，B相绕组第四部分绕组B4首端B4s输出电压与第五部分绕组B5末端B5e输出电压的相位差为30度，C相绕组第四部分绕组C4首端C4s输出电压与第五部分绕组C5末端C5e输出电压的相位差为30度；
所述A相绕组、B相绕组、C相绕组的第四部分绕组首端的输出电压之间的相位互差120度；
所述所述A相绕组、B相绕组、C相绕组的第五部分绕组末端输出电压之间的相位互差120度。
在本文的两个实施例中，所采用的变压器框架，其结构可以为三个铁心柱，也可以是三个铁心柱加两个旁轭的框架结构。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种12脉波自耦移相整流变压器，包括变压器框架和绕组，所述变压器框架包括三个铁芯柱，绕组包括A相绕组、B相绕组和C相绕组；所述A相绕组包括第一部分绕组(A1)、第二部分绕组(A2)、第三部分绕组(A3)、第四部分绕组(A4)和第五部分绕组(A5)；B相绕组包括第一部分绕组(B1)、第二部分绕组(B2)、第三部分绕组(B3)、第四部分绕组(B4)和第五部分绕组(B5)；C相绕组包括第一部分绕组(C1)、第二部分绕组(C2)、第三部分绕组(C3)、第四部分绕组(C4)和第五部分绕组(C5)；其特征在于：所述三相绕组分别以同一方向绕制在三个铁芯柱上，其中，
A相绕组第一部分绕组(A1)、第二部分绕组(A2)绕制在第一铁心柱上，第三部分绕组(A3)绕制在第二铁心柱上，第四部分绕组(A4)、第五部分绕组(A5)绕组绕制在第三铁心柱上；B相绕组第一部分(B1)、第二部分绕组(B2)绕制在第二铁心柱上，第三部分绕组(B3)绕制在第三铁心柱上，第四部分绕组(B4)、第五部分绕组(B5)绕组绕制在第一铁心柱上；C相绕组第一部分(C1)、第二部分绕组绕(C2)制在第三铁心柱上，第三部分绕组(C3)绕制在第一铁心柱上，第四部分绕组(C4)、第五部分绕组(C5)绕制在第二铁心柱上。
2.根据权利要求1所述的一种12脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：当所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时，A相绕组第一部分绕组(A1)的首端(A1s)、第四部分绕组(A4)末端(A4e)、第五部分绕组(A5)首端(A5s)相连，A相绕组第一部分绕组(A1)的末端(A1e)与第二部分绕组(A2)首端(A2s)相连，A相绕组第二部分绕组(A2)的末端(A2e)与第三部分绕组(A3)的末端(A3e)相连；
A相绕组第一部分绕组(A1)末端(A1e)作为A相绕组输入端，第四部分绕组(A4)首端(A4s)作为A相绕组第一输出端(a1)，第五部分绕组(A5)末端(A5e)作为A相绕组第二输出端(a2)；
B相绕组以及C相绕组的连接方式与A相绕组的连接方式相同，且A相绕组的第三部分绕组(A3)的首端(A3s)、B相绕组的第三部分绕组(B3)的首端(B3s)、C相绕组的第三部分绕组(C3)的首端(A3s)连接在一起构成中性线n。
3.根据权利要求1所述的一种12脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：当所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于或等于cos(15°)时，
A相绕组第一部分绕组(A1)的末端(A1e)、第二部分绕组(A2)的首端(A2s)、第四部分绕组(A4)末端(A4e)、第五部分绕组(A5)首端(A5s)相连，A相绕组第二部分绕组(A2)的末端(A2e)与第三部分绕组(A3)的末端(A3e)相连；
A相绕组第五部分绕组(A5)末端(A5e)作为A相绕组第二输出端(a2)，第一部分绕组(A1)首端(A1s)作为A相绕组输入端，第四部分绕组(A4)首端(A4s)作为A相绕组第一输出端(a1)；
B相绕组以及C相绕组的连接方式与A相绕组的连接方式相同，且A相绕组的第三部分绕组(A3)的首端(A3s)、B相绕组的第三部分绕组(B3)的首端(B3s)、C相绕组的第三部分绕组(C3)的首端(A3s)连接在一起构成中性线n。
4.根据权利要求2所述的一种12脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于同时小于cos(15°)时，各相绕组的五部分绕组匝数满足N1 2-W3 2-W3W2＝W2 2，N1为变压器一次侧等效匝数，N2为变压器二次侧等效匝数，W1为第一部分绕组的匝数，W2为第二部分绕组的匝数，W3为第三部分绕组的匝数，W4为第四部分绕组的匝数，W5为第五部分绕组的匝数。
5.根据权利要求3所述的一种12脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：所述变压器一次侧输入相电压与二次侧输出相电压之变比大于等于cos(15°)时，各相绕组的五部分绕组匝数满足N1 2-W3 2-W3(W2+W1)＝(W2+W1)2；N1为变压器一次侧等效匝数，N2为变压器二次侧等效匝数，W1为第一部分绕组的匝数，W2为第二部分绕组的匝数，W3为第三部分绕组的匝数，W4为第四部分绕组的匝数，W5为第五部分绕组的匝数。
6.根据权利要求1至5所述的任意一种12脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：A相绕组第四部分绕组(A4)首端(A4s)输出电压与第五部分绕组(A5)末端(A5e)输出电压的相位差为30度，B相绕组第四部分绕组(B4)首端(B4s)输出电压与第五部分绕组(B5)末端(B5e)输出电压的相位差为30度，C相绕组第四部分绕组(C4)首端(C4s)输出电压与第五部分绕组(C5)末端(C5e)输出电压的相位差为30度；
所述A相绕组、B相绕组、C相绕组的第四部分绕组首端的输出电压之间的相位互差120度；所述所述A相绕组、B相绕组、C相绕组的第五部分绕组末端输出电压之间的相位互差120度。
7.根据权利要求6所述的一种12脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：所述变压器框架由三个铁心柱和两个旁轭构成。
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