CN104992822A - 一种可消除谐波的磁分路变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可消除谐波的磁分路变压器，该变压器包括第一变压器组和第二变压器组，第一变压器组的输入端与第二变压器组的输入端并联连接；第一变压器组的输出端与第二变压器组的输出端串联连接；第一变压器组的第一初级绕组采用三角形联接；第一变压器组的第一次级绕组采用星形联接；第一次级绕组的输出电压相角滞后第一初级绕组的输出电压相角150°；第二变压器组的第二初级绕组采用三角形联接；第二变压器组的第二次级绕组采用曲折性联接；第二次级绕组的输出电压相角滞后第二初级绕组的输出电压相角180°。本发明结构简单，本变压器自身可消除11倍次以下的谐波，并减少其他高倍次谐波。

Description

一种可消除谐波的磁分路变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，尤其是涉及一种可消除谐波的磁分路变压器

背景技术

目前的传统车载逆变电源，尤其是地铁电动车辆所使用的大容量辅助逆变电源系统，通常采用如图1所示的电路，通过整流、逆变、滤波、变压等环节，将电网电压转变成220V交流电，但传统车载逆变电源所需的电子元件很多，设备投入成本较高，而且，采用该电路的电源系统，存在抗干扰性差、开关频率高、滤波器偏大、系统效率低等问题。此外，传动车载逆变电源系统所占用空间较大，无疑会给结构本就紧凑的车厢环境带来设计上的瓶颈。

磁性集成是将变换器中的两个或多个独立的磁件，如电抗器、变压器等绕制在一副磁芯上，从结构上集中在一起。采用磁性集成技术，能够减小磁件的体积和重量，通常还能减少电流波纹、降低损耗、改善电源动态性能，对提高电源的性能及功率密度有重要意义。

为此，有必要研究一种采用磁性集成技术的变压器，从而实现辅助电源的小型化、轻量化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化、轻量化并能消除11倍次以下谐波并能大大降低其他高倍次谐波产生的新型变压器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可消除谐波的磁分路变压器，特别的，包括第一变压器组和第二变压器组；该第一变压器组的输入端与第二变压器组的输入端并联连接；第一变压器组的输出端与第二变压器组的输出端串联连接；

该第一变压器组包括第一初级绕组、第一次级绕组；该第一初级绕组采用三角形联接；第一次级绕组采用星形联接；第一次级绕组的输出电压相角滞后第一初级绕组的输出电压相角150°；

该第二变压器组包括第二初级绕组、第二次级绕组；该第二初级绕组采用三角形联接；第二次级绕组采用曲折性联接，即该第二次级绕组包括第一组绕组和第二组绕组；该第一组绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组；第二组绕组包括第四绕组、第五绕组、第六绕组；其中，第一绕组的首端与第五绕组的首端相连，第二绕组的首端与第六绕组的首端相连，第三绕组的首端与第四绕组的首端相连；第一绕组、第二绕组、第三绕组的尾端相连；第四绕组、第五绕组和第六绕组的尾端分别引出输出线；第二次级绕组的输出电压相角滞后第二初级绕组的输出电压相角180°。

将本变压器接入辅助逆变电源系统后，电源系统自身即可完成消除11倍次以下的谐波，并大大降低其他的高倍次谐波，大大提高了电源系统的稳定性。

第一变压器组、第二变压器组优选为无隙结构，第一变压器组、第二变压器组均设有对应的三相主铁芯，该三相主铁芯上为整体结构，即该三相主铁芯上没有设置气隙。第一变压器组、第二变压器组各自的次级绕组即绕制在该三相主铁芯上，而第一初级绕组、第二初级绕组则绕对应的次级绕组绕制。

第一变压器组、第二变压器组还优选设有磁分路结构，以提高变压器的阻抗电压，即第一变压器组的第一初级绕组与第一次级绕组之间设有一无气隙结构的辅助铁芯；第二变压器组的第二初级绕组与第二次级绕组之间也设有一无气隙结构的辅助铁芯。该辅助铁芯为无隙无轭结构，即该辅助铁芯为整体结构，辅助铁芯上没有设置气隙，而辅助铁芯的上下两端亦没有设置铁轭。通过在各变压器组的初级绕组与次级绕组之间设置磁分路结构，提高了变压器组的初级绕组与次级绕组之间的磁导率，即可使得变压器的阻抗增大，使本变压器集成原有变压器与电抗器的性能。

本发明结构简单，将本变压器接入辅助逆变电源系统后，电源系统自身即可完全消除11倍次以下的谐波，并大大减少其他高倍次谐波，大大提高了电源系统的稳定性；变压器采用的磁分路结构，大大提供了变压器的阻抗，从而使本变压器具有电抗器的滤波作用。

附图说明

图1是现有的传统辅助逆变电源系统的电路示意图；

图2是本发明实施例中变压器的示意图；

图3是本发明实施例中第一初级绕组、第一次级绕组的分布示意图；

图4是本发明实施例中辅助铁芯的布置示意图；

图5是本发明实施例中第一初级绕组的结构示意图；

图6是本发明实施例中第一次级绕组的结构示意图；

图7是本发明实施例中第二初级绕组的结构示意图；

图8是本发明实施例中第二次级绕组的结构示意图；

图9是本发明实施例中辅助逆变电源系统的示意图。

附图标记说明：1-上夹件；2-下夹件；3-拉杆；4-主铁芯；5-第一初级绕组；6-第一次级绕组；7-角撑条；8-辅助铁芯；9-上铁轭；10-下铁轭。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图2、4所示，变压器包括上夹件1和下夹件2，上夹件1与下夹件2之间通过拉杆3锁紧。上夹件1与下夹件2之间安装有2块竖直布置的三相主铁芯4，各三相主铁芯4分别与第一变压器组、第二变压器组对应。本实施例中，三相主铁芯4为无隙有轭结构，即三相主铁芯4上没有设置气隙，三相主铁芯4的两端则分别安装上铁轭9和下铁轭10。

本实施例中，第一变压器组和第二变压器组为三相变压器，其中，第一变压器组包括1块竖直布置的三相主铁芯4，三相主铁芯4上绕制有构成第一初级绕组的第一线圈5。3个第一线圈5相连即构成第一变压器组的第一初级绕组。以任一绕制在三相主铁芯4的第一线圈5为例，如图3所示，第一线圈5外还设有4个角撑条7。第一次级绕组同样由3组第二线圈6构成，该第二线圈6通过角撑条7绕制在第一线圈5外，包裹该第一线圈5。而第一线圈5与第二线圈6之间还安装有一无气隙结构的辅助铁芯8，该辅助铁芯8构成第一变压器组的磁分路。该辅助铁芯8通过角撑条7固定在第一线圈5与第二线圈6之间。

与第一变压器组的结构相同，第二变压器组同样包括1块竖直布置的三相主铁芯4，各三相主铁芯4上分别绕制有构成第二初级绕组的第三线圈。3个第三线圈相连即构成第二变压器组的第二初级绕组。第三线圈外还设有4个角撑条7。第二次级绕组同样由3组第四线圈构成，该第四线圈通过角撑条7绕制在第三线圈外，包裹该第三线圈。而第三线圈与第四线圈之间还安装有一无气隙结构的辅助铁芯8，该辅助铁芯8构成第二变压器组的磁分路。该辅助铁芯8通过角撑条7固定在第三线圈与第四线圈之间。辅助铁芯8的叠厚越大或横截面积越大，第一变压器组的阻抗即越大；辅助铁芯8的长度越长，第一变压器组的阻抗亦越大。

本实施例中，第一变压器组为Dy5变压器，该第一变压器组由第一初级绕组、第一次级绕组构成。如图5、6所示，第一初级绕组采用三角形联接；第一次级绕组采用星形联接；第一次级绕组的输出电压相角滞后第一初级绕组的输出电压相角150°。

本实施例中，第二变压器组为Dz6变压器，该第二变压器组由第二初级绕组、第二次级绕组构成。如图7、8所示，第二初级绕组采用三角形联接；第二次级绕组采用曲折性联接，即该第二次级绕组包括第一组绕组A1和第二组绕组A2；该第一组绕组A1包括第一绕组a1、第二绕组a2、第三绕组a3；第二组绕组包括第四绕组a4、第五绕组a5、第六绕组a6；其中，第一绕组a1的首端a1a与第五绕组a5的首端a5a相连，第二绕组a2的首端a2a与第六绕组a6的首端a6a相连，第三绕组a3的首端a3a与第四绕组a4的首端a4a相连；第一绕组a1的尾端a1b、第二绕组a2的尾端a2b、第三绕组a3的尾端a3b相连；第四绕组a4的尾端a4b、第五绕组a5的尾端a5b和第六绕组a6的尾端a6b则分别引出输出线；第二次级绕组的输出电压相角滞后第二初级绕组的输出电压相角180°。

如图9所示，将本变压器接入辅助逆变电源系统，第一变压器组的输入端与第二变压器组的输入端并联连接，第一变压器组的输入端与第二变压器组的输入端分别连接有IGBT逆变器。该IGBT逆变器由控制单元控制，直流电通过IGBT逆变器即可逆变成交流电。第一变压器组的输出端与第二变压器组的输出端串联连接，第一变压器组的输出端与第二变压器组的输出端连接至EMI滤波器。

因本变压器采用Dy型连接组别和Dz型连接组别，逆变后的电流进入本变压器升压时，变压器自身即可消除3倍次的谐波，又因本变压器的第一变压器组(Dy5连接组别)与第二变压器组(Dz6连接组别)的输出端串联，即第一次级绕组与第二次级绕组串联后，产生的合成感应磁势为0，变压器即可完成消除11倍次以下的谐波，使整个电源系统的运行更为稳定。

上述实施例为本发明的优选实施例，凡与本发明类似的结构及所作的等效变化，均应属于本发明的保护范畴。

Claims (5)

1.一种可消除谐波的磁分路变压器，其特征是：包括第一变压器组和第二变压器组；所述第一变压器组的输入端与第二变压器组的输入端并联连接；所述第一变压器组的输出端与第二变压器组的输出端串联连接；

所述第一变压器组包括第一初级绕组和第一次级绕组；所述第一初级绕组采用三角形联接；所述第一次级绕组采用星形联接；所述第一次级绕组的输出电压相角滞后第一初级绕组的输出电压相角150°；

所述第二变压器组包括第二初级绕组和第二次级绕组；所述第二初级绕组采用三角形联接；所述第二次级绕组包括第一组绕组和第二组绕组；所述第一组绕组包括第一绕组、第二绕组、第三绕组；所述第二组绕组包括第四绕组、第五绕组、第六绕组；第一绕组的首端与第五绕组的首端相连，第二绕组的首端与第六绕组的首端相连，第三绕组的首端与第四绕组的首端相连；第一绕组的尾端、第二绕组的尾端、第三绕组的尾端相连；第四绕组的尾端、第五绕组的尾端和第六绕组的尾端分别引出输出线；所述第二次级绕组的输出电压相角滞后第二初级绕组的输出电压相角180°。

2.根据权利要求1所述的可消除谐波的磁分路变压器，其特征是：所述第一初级绕组与第一次级绕组之间设有一无气隙结构的辅助铁芯。

3.根据权利要求2所述的可消除谐波的磁分路变压器，其特征是：所述第一变压器组包括1个三相主铁芯；所述第一初级绕组由三组第一线圈构成，所述第一线圈分别绕制在所述三相主铁芯上；所述第一线圈外至少设有4个角撑条；所述第一次级绕组由三组第二线圈构成，所述第二线圈通过角撑条包裹在所述第一线圈外；所述辅助铁芯通过角撑条固定在第一初级绕组与第一次级绕组之间。

4.根据权利要求1所述的可消除谐波的磁分路变压器，其特征是：所述第二初级绕组与第二次级绕组之间设有一无气隙结构的辅助铁芯。

5.根据权利要求4所述的可消除谐波的磁分路变压器，其特征是：所述第二变压器组包括1个三相主铁芯；所述第二初级绕组由三组第三线圈构成，所述第三线圈分别绕制在所述三相主铁芯上；所述第三线圈外至少设有4个角撑条；所述第二次级绕组由三组第四线圈构成，所述第四线圈通过角撑条包裹在所述第三线圈外；所述辅助铁芯通过角撑条固定在第二初级绕组与第二次级绕组之间。