CN105679514B - 大功率36脉波油浸式高压变频变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，包括两台的相同变压器器身，单台变压器器身的三个网侧绕组呈轴向分裂布置，单台变压器器身的每两个阀侧绕组为一组，三组阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组，并且和对应的网侧绕组呈辐向分裂布置，阀侧绕组分别与对应的功率单元的输入侧连接，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，功率单元小组之间在输出侧星形连接，构成高压电机的三相进线。本发明的有益效果是：通过采用2台以上相同变压器器身，减少了设计工作量，提高了材料利用率，简化了加工工艺；同时解决了功率单元因故障旁路引起的变压器绕组单元内安匝不平衡问题。

Description

大功率36脉波油浸式高压变频变压器
技术领域
本发明涉及一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器。
背景技术
变频器是电力电子技术、微电子技术、电机控制理论及自动控制技术高度发展的产物。交流变频调速主要用于控制异步电动机的转速和转矩，不仅扩大了电动机的转速调节范围，使电动机转速能够从零速到高于额定转速的范围内变化，而且具有动态响应快、工作效率高、输出特性好，使用方便等其它调速方案所无法比拟的特长。加上交流电动机对环境适应性强，维修简单，价格低，容易实现高速大容量的优势，已逐步取代直流电动机，成为电气传动的主流。
高压电力电子器件制造技术的发展，促进了大功率变频等电力电子产品的技术进步。随着变频控制技术的成熟，变频调速系统的应用正逐步向高电压、大功率方向发展。目前，大功率高压变频调速系统多采用国际流行的功率单元串联多电平技术，其输入侧采用脉波数为n的多脉波移相整流变压器，变压器的多组阀侧绕组经过移相向各自对应的功率单元供电后，可以构成几十到百余脉冲的电流或电压波形多级移相叠加，这样可以消除电网侧n-1次以下的高次谐波，大大改善网侧的电流波形，使变频调速系统在电网接入处的总的谐波含量不超过GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》标准要求，同时可提高网侧的功率因数到0.95以上，无需任何功率因数补偿及谐波抑制装置。另外由于变压器的阀侧绕组的相互独立性，使每个功率单元的主回路相对独立，这样各功率单元的输出可以直接串联而无须担心短路和环流问题，因而具有极高的可靠性和安全性；输出侧采用多电平PWM技术，一方面将多个三相输入、单相输出的脉宽调制型功率单元串联直接形成6kV、10kV及更高电压输出，满足高压调速电机电压要求，不需要改变电机接法；同时采用叠波技术，最大限度的消除了高压变频器输出电压中的谐波含量，电压波形接近于标准的正弦波，大大改善了变频器的输出性能，保证电机安全可靠运行，降低能耗。
中国专利文献号CN203423055U公开了一种大功率高压变频用油浸式整流变压器，整流变压器由两个不同的单机18脉波整流变压器器身组合而成，通过将一个器身网侧为“△”接线，另一个器身网侧为“Y”接线，两器身之间一次侧有30°相位差，两台器身的阀侧绕组相对各自网侧分别移相+20°、0°、－20°，实现36脉波输出，以达到低损耗、低温升、低噪音、搞短路能力强的优点。该专利文献的技术方案的特点在于：通过两台整流变压器网、阀侧绕组同时移相，实现36脉波整流，消除35次以下高次谐波。该专利文献的技术方案的不足之处在于：由于采用两台不同的整流变压器器身组合成36脉波，设计工作量大，材料规格相对较多，加工相对复杂，变频调速系统输出功率较小、电压低及存在变频调速系统运行过程中功率单元因故障旁路引起的变压器绕组单元内会安匝不平衡产生的系列问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，解决现有技术中存在的变频调速系统输出功率小、电压低及变频调速系统运行过程中功率单元因故障旁路引起的变压器绕组单元内安匝不平衡产生的系列问题，保证变压器三相输出功率相同，优化产品结构，降低设计、加工难度及变压器重心高度，使变频调速装置在较宽的调速范围内长期安全、可靠运行，降低运行能耗，且运输、安装维护方便。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，包括两台相同变压器器身，单台变压器器身有三个网侧绕组和六个阀侧绕组构成,三个网侧绕组容量、电压相等，呈轴向分裂布置，并联连接，六个阀侧绕组容量、输出电压相等，每两个阀侧绕组为一组，共三组，三个阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组，并且阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组和对应的网侧绕组呈辐向分裂布置，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组位于对应的网侧绕组的两侧，每个阀侧绕组小组内的两个阀侧输出绕组间移相角度差为30°，单台变压器器身的六个阀侧绕组分别与对应的功率单元的输入侧连接，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组连接的功率单元为一个功率单元小组，三个功率单元小组分别构成－50°和－20°、－40°和－10°及－30°和0°移相角，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，并分别与另一变压器器身内的构成－30°和0°、－50°和－20°及－40°和－10°移相角的功率单元小组依次对应并串联为功率单元大组，功率单元大组之间在输出侧星形连接，构成高压电机的三相进线。
一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，包括四台相同变压器器身，单台变压器器身有三个网侧绕组和六个阀侧绕组构成,三个网侧绕组容量、电压相等，呈轴向分裂布置，并联连接，六个阀侧绕组容量、输出电压相等，每两个阀侧绕组为一组，共三组，三个阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组，并且阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组和对应的网侧绕组呈辐向分裂布置，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组位于对应的网侧绕组的两侧，每个阀侧绕组小组内的两个阀侧输出绕组间移相角度差为30°，四台变压器器身两两为一组，结构相同，变压器器身小组中的单台变压器器身的六个阀侧绕组分别与对应的功率单元的输入侧连接，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组连接的功率单元为一个功率单元小组，三个功率单元小组分别构成－50°和－20°、－40°和－10°及－30°和0°移相角，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，并分别与该组中的另一变压器器身内的构成－30°和0°、－50°和－20°及－40°和－10°移相角的功率单元小组依次对应并串联为功率单元大组，两个变压器器身小组的功率单元大组之间彼此串联，彼此串联的功率单元大组之间在输出侧星形连接，共同构成高压电机的三相进线。
进一步限定，单台变压器器身的三个网侧绕组采用Y接或D接方式，单台变压器器身的六个阀侧绕组分别采用六边形、Y接和D接方式进行移相。
进一步限定，两台变压器器身呈一字形排列，相邻变压器器身的上夹件之间和下夹件之间通过连接板连接。
进一步限定，四台变压器器身呈田字形排列，相邻变压器器身的上夹件之间和下夹件之间通过连接板连接。
进一步限定，在所述的阀侧绕组的输出端安装电流互感器。
进一步限定，所述的网侧绕组的进线端在变压器的油箱内并联后通过安装在变压器油箱盖上的高压套管引出，阀侧绕组的输出端通过安装在变压器油箱盖上的低压套管引出，在高压套管和低压套管上都盖有电缆罩。
进一步限定，电流互感器安装在变压器油箱盖下的电流互感器安装座内。
进一步限定，变压器器身的网侧绕组和阀侧绕组之间设置有接地屏蔽装置，接地屏蔽装置的引出线在变压器油箱内并联后通过安装在变压器油箱盖上的接地套管引出接地。
本发明的有益效果是：通过采用2台以上相同的36脉波整流变压器阀侧绕组与功率单元分组串联连接，构成变频调速电机的三相进线，解决了现有技术中存在的变频调速系统输出功率小、电压低的问题，减少了设计工作量，提高了材料利用率，简化了加工工艺，有助于提高产品经济效益，维护简单；
通过采用网侧绕组轴向分裂、阀侧绕组轴向和辐向组合分裂布置结构，解决了变频调速系统运行过程中功率单元因故障旁路引起的变压器绕组单元内安匝不平衡问题，避免了因安匝不平衡引起的轴向电动力及附加涡流损耗，保证变压器三相输出功率相同，降低了变压器重心高度，使变频调速装置在较宽的调速范围内长期安全、可靠运行，降低运行能耗，且运输、安装维护方便。
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为本发明的绕组结构示意图；
图2为本发明的正常情况下阀侧绕组小组的漏磁分布图；
图3为本发明的功率单元故障情况下阀侧绕组小组的漏磁分布图；
图4是采用本发明的绕组结构的高压变频变压器的接线原理图；
图中，1.网侧绕组，2.阀侧绕组，3.功率单元，4.电流互感器。
具体实施方式
实施例1：
如图1和4所示，一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，包括两台相同的变压器器身，变压器器身为36脉波整流变压器器身，两台变压器器身呈一字型排列，相邻变压器器身的上夹件之间和下夹件之间通过连接板连接。
单台变压器器身有三个网侧绕组1和六个阀侧绕组2构成,网侧绕组1与阀侧绕组2之间绝缘，三个网侧绕组1容量、电压相等，呈轴向分裂布置，并联连接，三个网侧绕组1采用Y接或D接方式，六个阀侧绕组2容量、输出电压相等，每两个阀侧绕组2为一组，共三组，三个阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，六个阀侧绕组2分别采用六边形、Y接和D接方式进行移相，移相角误差在±0.5°内，有利于减小阀侧绕组2输出电压偏差。采用六边形接线方式进行移相的阀侧绕组2中的移相绕组和基本绕组间的相对位置可根据阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2对高压绕组之间的短路阻抗匹配情况进行互换；轴向分裂布置的绕组间绝缘采用由撑条链及复合垫块构成的绝缘结构。每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组1，并且阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2和对应的网侧绕组1呈辐向分裂布置，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2位于对应的网侧绕组1的两侧，每个阀侧绕组小组内的两个阀侧输出绕组间移相角度差为30°，六个阀侧绕组2分别与对应的功率单元3的输入侧连接。
单台变压器器身的六个阀侧绕组2分别与对应的功率单元的输入侧连接，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2连接的功率单元为一个功率单元小组，三个功率单元小组分别构成－50°和－20°、－40°和－10°及－30°和0°移相角，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，并分别与另一变压器器身内的构成－30°和0°、－50°和－20°及－40°和－10°移相角的功率单元小组依次对应并串联为功率单元大组，功率单元大组之间在输出侧星形连接，构成高压电机的三相进线。
如图2和3所示，通过采用网侧绕组轴向分裂、阀侧绕组轴向和辐向组合分裂布置结构，解决了现有技术中存在的变频调速系统输出功率小、电压低以及变频调速系统运行过程中功率单元因故障旁路引起的变压器绕组单元内安匝不平衡问题，避免了因安匝不平衡引起的轴向电动力及附加涡流损耗，保证变压器三相输出功率相同。
在阀侧绕组2的输出端安装电流互感器4。电流互感器4为套管型电流互感器，所有套管型电流互感器均接至差动保护系统，起监控功率单元3运行状况，即当某一功率单元3发生故障时，差动保护装置动作，同时接通该故障功率单元及其它两相相应功率单元，电机降低电压运行。
网侧绕组1的进线端在变压器的油箱内并联后通过安装在变压器油箱盖上的高压套管引出，阀侧绕组2的输出端通过安装在变压器油箱盖上的低压套管引出，在高压套管和低压套管上都盖有电缆罩。
电流互感器4安装在变压器油箱盖下的电流互感器安装座内。
变压器器身的网侧绕组1和阀侧绕组2之间设置有接地屏蔽装置，接地屏蔽装置的引出线在变压器油箱内并联后通过安装在变压器油箱盖上的两个接地套管引出接地。
实施例2：
一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，包括四台相同变压器器身，变压器器身为36脉波整流变压器器身，四台变压器器身呈田字形排列，相邻变压器器身的上夹件之间和下夹件之间通过连接板连接。
单台变压器器身有三个网侧绕组1和六个阀侧绕组2构成,三个网侧绕组1容量、电压相等，呈轴向分裂布置，并联连接，六个阀侧绕组2容量、输出电压相等，每两个阀侧绕组2为一组，共三组，三个阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组1，并且阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2和对应的网侧绕组1呈辐向分裂布置，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2位于对应的网侧绕组1的两侧，每个阀侧绕组小组内的两个阀侧输出绕组间移相角度差为30°。
四台变压器器身两两为一组，结构相同，变压器器身小组中的单台变压器器身的六个阀侧绕组2分别与对应的功率单元的输入侧连接，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组2连接的功率单元为一个功率单元小组，三个功率单元小组分别构成－50°和－20°、－40°和－10°及－30°和0°移相角，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，并分别与该组中的另一变压器器身内的构成－30°和0°、－50°和－20°及－40°和－10°移相角的功率单元小组依次对应并串联为功率单元大组，两个变压器器身小组的功率单元大组之间彼此串联，彼此串联的功率单元大组之间在输出侧星形连接，共同构成高压电机的三相进线。

Claims (9)

1.一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：
包括两台相同变压器器身，
单台变压器器身有三个网侧绕组(1)和六个阀侧绕组(2)构成,
三个网侧绕组(1)容量、电压相等，呈轴向分裂布置，并联连接，
六个阀侧绕组(2)容量、输出电压相等，每两个阀侧绕组(2)为一组，共三组，三个阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，
每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组(1)，并且阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组(2)和对应的网侧绕组(1)呈辐向分裂布置，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组(2)位于对应的网侧绕组(1)的两侧，
每个阀侧绕组小组内的两个阀侧输出绕组间移相角度差为30°，
单台变压器器身的六个阀侧绕组(2)分别与对应的功率单元的输入侧连接，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组(2)连接的功率单元为一个功率单元小组，三个功率单元小组分别构成－50°和－20°、－40°和－10°及－30°和0°移相角，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，并分别与另一变压器器身内的构成－30°和0°、－50°和－20°及－40°和－10°移相角的功率单元小组依次对应并串联为功率单元大组，功率单元大组之间在输出侧星形连接，构成高压电机的三相进线。
2.一种大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：
包括四台相同变压器器身，
单台变压器器身有三个网侧绕组(1)和六个阀侧绕组(2)构成,
三个网侧绕组(1)容量、电压相等，呈轴向分裂布置，并联连接，
六个阀侧绕组(2)容量、输出电压相等，每两个阀侧绕组(2)为一组，共三组，三个阀侧绕组小组呈轴向分裂布置，
每个阀侧绕组小组对应一个网侧绕组(1)，并且阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组(2)和对应的网侧绕组(1)呈辐向分裂布置，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组(2)位于对应的网侧绕组(1)的两侧，
每个阀侧绕组小组内的两个阀侧输出绕组间移相角度差为30°，
四台变压器器身两两为一组，结构相同，
变压器器身小组中的单台变压器器身的六个阀侧绕组(2)分别与对应的功率单元的输入侧连接，阀侧绕组小组内的两个阀侧绕组(2)连接的功率单元为一个功率单元小组，三个功率单元小组分别构成－50°和－20°、－40°和－10°及－30°和0°移相角，功率单元小组内的两个功率单元在输出侧相互串联，并分别与该组中的另一变压器器身内的构成－30°和0°、－50°和－20°及－40°和－10°移相角的功率单元小组依次对应并串联为功率单元大组，两个变压器器身小组的功率单元大组之间彼此串联，彼此串联的功率单元大组之间在输出侧星形连接，共同构成高压电机的三相进线。
3.根据权利要求1或2所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：所述的单台变压器器身的三个网侧绕组(1)采用Y接或D接方式，单台变压器器身的六个阀侧绕组(2)分别采用六边形、Y接和D接方式进行移相。
4.根据权利要求1所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：两台变压器器身呈一字形排列，相邻变压器器身的上夹件之间和下夹件之间通过连接板连接。
5.根据权利要求2所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：四台变压器器身呈田字形排列，相邻变压器器身的上夹件之间和下夹件之间通过连接板连接。
6.根据权利要求1或2所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：在所述的阀侧绕组(2)的输出端安装电流互感器。
7.根据权利要求1或2所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：所述的网侧绕组(1)的进线端在变压器的油箱内并联后通过安装在变压器油箱盖上的高压套管引出，阀侧绕组(2)的输出端通过安装在变压器油箱盖上的低压套管引出，在高压套管和低压套管上都盖有电缆罩。
8.根据权利要求6所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：所述的电流互感器安装在变压器油箱盖下的电流互感器安装座内。
9.根据权利要求1或2所述的大功率36脉波油浸式高压变频变压器，其特征是：变压器器身的网侧绕组(1)和阀侧绕组(2)之间设置有接地屏蔽装置，接地屏蔽装置的引出线在变压器油箱内并联后通过安装在变压器油箱盖上的接地套管引出接地。
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