CN105931817A - 一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器，由两个带并联型三角形接法的感应滤波屏蔽型绕组的6脉波整流变压器组成，每个6脉波整流变压器上分别带有两套集成式电抗绕组作为滤波线性电抗器，所述集成式电抗绕组分别由匝数相等、绕向相反、相互串联的两段子绕组构成，并与对应相的变压器绕组绕制在同一铁芯柱上。本发明具有适用于船体空间受限、减小整流设备总体积，改善船舶供电侧电能质量、抑制谐波电流对整流变压器的不良影响等优点。

Description

一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器

技术领域

本发明涉及一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器。

背景技术

电力推进是当前船舶推进最有效率的方式，与过去的机械推动方式相比，在动力效率、燃料节约和船舶操控性等方面具有很大技术优势。随着电力电子技术的发展，电力电子装置广泛应用于船舶电力推进系统，在提升该推进系统性能的同时，也给该系统带来了谐波污染等问题。在多种船舶类型中，12脉波整流器通过与整流变压器的配合将发电机输出的交流电转化成直流电，为下游系统提供电能。与6脉波系统相比，12脉波系统能有效清除低次谐波对供电侧的影响，然而仍然需要滤波器以进一步改善电能质量。在传统方案中，滤波器往往安装在供电侧，但是，这种方式仍不能阻止谐波电流对整流变压器本身的危害，即采用供电侧滤波方案，谐波电流仍能流经各个整流变压器从而对变压器造成诸如损耗、振动和噪音等不良影响。针对上述问题，并考虑船舶本体空间和设备尺寸大小有严格限制的特点，提出一种滤波电抗集成的感应滤波绕组并联型船载12脉波整流变压器方案，具有改善船舶供电侧电能质量、抑制谐波电流对整流变压器的不良影响（如降低噪音等）和适用于船体空间受限、减小整流设备总体积等的技术特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器，包括上桥6脉波整流变压器和下桥6脉波整流变压器；所述上桥6脉波整流变压器的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组分别为星形、星形、三角形连接；所述上桥6脉波整流变压器上带有两套滤波线性电抗器，且同一相的两套滤波线性电抗器的绕组与所述上桥6脉波整流变压器的同一相的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组绕制中同一铁心柱上；所述下桥6脉波整流变压器的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组分别为星形、三角形、三角形连接；所述下桥6脉波整流变压器的感应滤波绕组与所述上桥6脉波整流变压器的副边绕组相连；所述下桥6脉波整流变压器上带有两套滤波线性电抗器，且同一相的两套滤波线性电抗器的绕组与所述下桥6脉波整流变压器的同一相的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组绕制中同一铁心柱上。

所述滤波线性电抗器由匝数相等、绕向相反、相互串联的两段子绕组构成。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明将11和13次滤波电抗器集成在变压器上，能有效减小船载12脉波整流变压器组及配套独立的11和13次滤波电抗器的总体积，适用于船载装备空间受限的场合。并联的三角接感应滤波绕组可抵消流经12脉波变压器组中单个6脉波整流变压器的3、5、7、17、19等次数的谐波电流，配套的集成滤波电抗的11和13次无源滤波器可降低11和13次谐波电流，因此可有效削弱整流变压器铁芯内的3、5、7、11、13、17、19等次数的谐波电流，能够有效降低因谐波磁通而引起的变压器铁芯在损耗、温升、振动噪音等方面的不良影响；本发明可以改善船舶供电侧电能质量、抑制谐波电流对整流变压器的不良影响（如降低噪音等）和适用于船体空间受限、减小整流设备总体积的技术优势。

附图说明

图1为本发明一实施例的电气接线图；

图2为本发明一实施例的变压器和集成电抗器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，1表示滤波电抗集成的感应滤波绕组并联型船载12脉波整流变压器的上桥6脉波整流变压器，其原边绕组、副边绕组和感应滤波绕组分别为星形、星形和三角形连接；2表示滤波电抗集成的感应滤波绕组并联型船载12脉波整流变压器的下桥6脉波整流变压器，其原边绕组、副边绕组和感应滤波绕组分别为星形、三角形和三角形连接；3和4分别表示上桥和下桥两个6脉波整流变压器本体；5、6、7和8分别表示集成在本体3和本体4上的集成滤波电抗器。另外，在图1中，整流变压器1和2中的感应滤波绕组相互并联，组成并联三角接的滤波绕组；集成滤波电抗5、6、7、8可外接滤波电容器组成无源滤波器以滤除谐波电流。同一相的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组和集成滤波电抗绕组是绕制在变压器铁芯的同一个芯柱上（即同一铁芯柱上）。绕组布置方式见图2，感应滤波绕组必须放置在原边绕组和副边绕组之间，集成滤波电抗绕组可放置在最里层（如图2），或最外层（参照图2，12和13放在9的右边）。

整流变压器中的感应滤波绕组为三角形接法，可为三次谐波电流提供流通回路而滤除谐波，可削弱铁芯中的三次谐波磁通。12脉波换流变压器组之间采用滤波绕组相互并联的方式，能让5、7、17、19等次谐波电流在各相并联线路之间因相互抵消而形成流通路径。此外，若在感应滤波绕组并联线上连接的由集成滤波电抗和外接滤波电容器组成的11和13次滤波器可为各整流变压器的11和13次谐波电流提供流通路径。由于感应滤波绕组为等效零阻抗设计，对于上述谐波电流相当于零阻抗短路环的性质。由于变压器滤波绕组中的谐波电流是通过铁芯中由负载侧产生的谐波磁通以感应的形式形成的，因此根据零阻抗短路环的磁链守恒原理，相反地，这些谐波电流将产生大小相等、极性相反的谐波磁通以抵消铁芯中原来的谐波磁通。这样，本发明所述方案能有效阻止负载侧的谐波通过电磁感应而进入网侧，还可降低由这些谐波磁通引起的换流变压器铁芯振动噪音等。

图2为单个集成滤波电抗绕组整流变压器一种实施例的单相结构示意图，图中9、10、11分别为整流变压器的原边绕组、副边绕组和感应滤波绕组，12和13均为集成滤波电抗器绕组。对于整流变压器本身绕组，感应滤波绕组11放置在原边绕组9和副边绕组10之间，通过调节感应滤波绕组13与其它两个绕组之间的绝缘距离（若在此规定原边、副边和感应滤波绕组分别以1、2和3表示，根据《电机学》中的三相变压器等效短路阻抗计算方法，感应滤波绕组的等效短路阻抗为Z3=(Z13+Z23-Z12)/2。绝缘距离的调整影响1和3之间的短路阻抗Z13、2和3之间的短路阻抗Z23、1和2之间的短路阻抗Z12的大小，因此根据3的等效短路阻抗Z3的计算公式，必定可以调整Z3=0（理论上），而实际上Z3≈0），可以实现感应滤波绕组的等效短路阻抗零设计，可以极大提高对谐波电流的抑制作用。对于集成滤波电抗绕组，它们均由匝数相等、绕向相反的二段式串联子绕组构成。而集成滤波电抗绕组在铁芯中的流通的主磁通为两段子绕组之和，由于采用了上述的集成绕组结构，因此两段子绕组在铁芯中产生的主磁通是大小相等、极性相反的，因而从整体上看，集成滤波绕组的主磁通为零，因而不会通过铁芯的作用与其它绕组实现电磁耦合，因此可以实现集成滤波电抗绕组与其它绕组的电磁解耦，保证了集成滤波电抗绕组的独立性，可避免其它绕组对该绕组正常独立工作的不良影响。由于主磁通的抵消，因此集成滤波电抗绕组的电感由漏磁通所决定，因而其电感具有良好的线性度，可以保证良好的调谐和滤波效果。另外，两个集成滤波电抗绕组之间还保持了一定的垂直距离（该垂直距离根据变压器铁芯的垂直高度（准确地，应该说窗高）和集成电抗器电感值而进行调整的。电感值越大，电抗绕组匝数越大，在辐向尺寸不变的情况下，电抗绕组的轴向垂直高度越大；在变压器铁芯窗高不变的情况下，集成电抗绕组的垂直高度越大，则同一铁芯柱上的两个集成电抗绕组之间的垂直距离就越小。所以具体的垂直距离是要根据具体情况而定的，且小容量的集成电抗的变压器一般比大容量的要小），可以有效降低两者之间因互漏磁场交叠而产生的耦合作用。

Claims (2)

1.一种应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器，其特征在于，包括上桥6脉波整流变压器和下桥6脉波整流变压器；所述上桥6脉波整流变压器的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组分别为星形、星形、三角形连接；所述上桥6脉波整流变压器上带有两套滤波线性电抗器，且同一相的两套滤波线性电抗器的绕组与所述上桥6脉波整流变压器的同一相的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组绕制在同一铁心柱上；所述下桥6脉波整流变压器的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组分别为星形、三角形、三角形连接；所述下桥6脉波整流变压器的感应滤波绕组与所述上桥6脉波整流变压器的副边绕组相连；所述下桥6脉波整流变压器上带有两套滤波线性电抗器，且同一相的两套滤波线性电抗器的绕组与所述下桥6脉波整流变压器的同一相的原边绕组、副边绕组、感应滤波绕组绕制在同一铁心柱上。

2.根据权利要求1所述的应用于船舶电力系统的船载12脉波整流变压器，其特征在于，所述滤波线性电抗器由匝数相等、绕向相反、相互串联的两段子绕组构成。