CN106653334A - 单相变压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单相变压器，包括单相多柱铁心，所述单相多柱铁心包括两个旁柱以及两个所述旁柱之间并联的至少两个心柱，两个相邻的心柱通过两个轭部相连以形成中框，所述心柱和与其相邻的旁柱通过两个轭部相连以形成旁框，所述单相变压器还包括至少一个稳压绕组，所述稳压绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的同名端相连，所述第一线圈绕设在所述旁框的任意一个轭部或旁柱上，所述第二线圈绕设在与该旁框相邻的中框的任意一个轭部上。本发明能够使得铁心的旁框和中框中的磁通相同，减小高次谐波，防止铁心局部过热。

Description

单相变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种单相变压器。

背景技术

超高压、大容量的单相电力变压器，三相电力变压器组以及换流变压器等某些大型特种变压器受到运输尺寸的限制，变压器铁心往往采用单相多柱并联铁心。图1和图2分别为包括单相四柱铁心的变压器的两种不同结构，图1和图2的变压器均形成并联的多个框形结构，包括两个旁框和两个旁框之间的一个中框。在图1和图2两种结构的变压器中，根据安培环路定律，旁框回路L1中的励磁磁动势为NI，而中框回路L2中的励磁磁动势为2NI，其中，N为初级绕组31的线圈匝数，I为流过初级绕组31的电流。又因为旁框回路L1和中框回路L2中的磁阻相近，因此，由磁路欧姆定律Φ＝F_m/R_m可知，在中框回路L2中流通的磁通要比旁框回路L1中的磁通要多很多，但由于两个回路的截面相同，因此旁框回路L1存在欠激磁，而中框回路L2存在过激磁。

电力变压器所用的铁心硅钢片具有非线性磁化特性，对于这样一个具有零序磁通自由通路的非线性磁路系统，在磁路中将产生大量的附加零序谐波磁通。以分框结构为例，如图3所示，波形v1表示旁框的磁通感应电压波形，波形v2表示中框的磁通感应电压波形，根据图3的数据可以得出：中框基波磁通是旁框基波磁通的1.88倍，三次谐波含有率达到31.4％,容易造成中框局部过热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单相变压器，以使得变压器铁心中的各框内的磁通分布更加均匀，减少中框磁路出现的过磁现象。

为了实现上述目的，本发明提供一种单相变压器，包括单相多柱铁心，所述单相多柱铁心包括两个旁柱以及两个所述旁柱之间并联的至少两个心柱，两个相邻的心柱通过两个轭部相连以形成中框，所述心柱和与其相邻的旁柱通过两个轭部相连以形成旁框，所述单相变压器还包括至少一个稳压绕组，所述稳压绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的同名端相连，所述第一线圈绕设在所述旁框的任意一个轭部或旁柱上，所述第二线圈绕设在与该旁框相邻的中框的任意一个轭部上。

优选地，所述单相多柱铁心包括两个所述心柱，所述单相变压器包括一个所述稳压绕组；在所述旁框中，其中一个轭部连接在所述心柱的顶端与所述旁柱的顶端之间，另一个轭部连接在所述心柱的底端与所述旁柱的底端之间；在所述中框中，其中一个轭部连接在两个所述心柱的顶端之间，另一个轭部连接在两个心柱的底端之间，所述第一线圈和所述第二线圈均绕设在与所述心柱的顶端相连的轭部上。

优选地，所述单相多柱铁心包括三个所述心柱，所述单相多柱变压器包括两个所述稳压绕组；两个所述稳压绕组中的两个第一线圈设置不同的旁框上，两个所述稳压绕组中的两个第二线圈设置在不同的中框上。

优选地，所述第一线圈和所述第二线圈的匝数相同。

优选地，所述第一线圈的导线和所述第二线圈的导线的横截面积相等。

优选地，每个所述心柱上设置有油道，以将所述心柱分为两部分。

优选地，各个所述心柱的横截面积相等，两个所述旁柱的横截面积也相等，所述旁柱的横截面积为所述心柱的横截面积的0.5倍。

优选地，与其中一个旁柱相邻的心柱上绕设有初级绕组，与另一个旁柱相邻的心柱上绕设有次级绕组。

优选地，所述单相多柱铁心为叠片式铁心。

在本发明中，单相多柱铁心上设置有稳压绕组，所述稳压绕组包括并联的第一线圈和第二线圈，由于第一线圈和第二线圈上的感应电压相同，因而可以起到对旁框磁通和中框磁通的平衡作用，防止中框出现过激磁、旁框出现欠激磁。并且，通过稳压绕组的设置，减少了旁框和中框中所出现的高次谐波，从而减少了因高次谐波造成的铁心局部过热的情况，降低了空载损耗和空载电流。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是现有技术中采用单相四柱铁心的变压器的第一种结构示意图；

图2是现有技术中采用单相四柱铁心的变压器的第二种结构示意图；

图3是图2所示的变压器中旁框和中框的感应电压波形图；

图4是本发明提供的设置有稳压绕组的单相多柱铁心的第一种结构示意图；

图5是本发明提供的设置有稳压绕组的单相多柱铁心的第二种结构示意图；

图6是本发明提供的设置有稳压绕组的单相多柱铁心的第三种结构示意图；

图7是本发明提供的设置有稳压绕组的单相多柱铁心的第四种结构示意图。

其中，附图标记为：

11、旁柱；12、心柱；13、轭部；14、油道；20、稳压绕组；21、第一线圈；22、第二线圈；31、初级绕组。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种单相变压器，如图4至图7所示，包括单相多柱铁心，所述单相多柱铁心包括两个旁柱11，两个旁柱11之间并联有至少两个心柱12，两个相邻的心柱12通过两个轭部13相连以形成中框，心柱12和与其相邻的旁柱11通过两个轭部13相连以形成旁框。并且，所述单相变压器还包括至少一个稳压绕组20，稳压绕组20包括第一线圈21和第二线圈22，第一线圈21和第二线圈22的同名端相连，第一线圈21绕设在所述旁框的任意一个轭部或旁柱11上，第二线圈22绕设在与该旁框相邻的中框的任意一个轭部13上。

在现有技术中未设置稳压绕组的情况下，中框中产生的磁动势是旁框中产生的磁动势的2倍，导致流过的磁通比流过旁框的磁通大很多，从而使中框出现过激磁，且中框中含有较多的三次谐波，导致铁心局部过热。而本发明中，由于铁心上设置有稳压绕组20，稳压绕组20中的第一线圈21和第二线圈22是并联的，因此，第一线圈21和第二线圈22上的感应电压相等，即，当励磁电压为U、第一线圈21两端的电压为U1、第二线圈22两端的电压为U2时，U＝U1+U2，U1＝U2＝U/2。而电压等于磁通量对时间的导数，在两个线圈上的电压相等的这一限制下，使得流过旁框的磁通Ф1和流过中框的磁通Ф2也相等，从而防止中框出现过激磁、旁框出现欠激磁。

另外，在未设置所述稳压绕组的情况下，尽管励磁电压U中不含高次谐波，而由于单相变压器本身为非线性器件，因此，旁框的感应电压和中框的感应电压中一者会产生正向的高次谐波，另一者产生负向的高次谐波，以使二者之和等于不含谐波的励磁电压。而本发明中由于稳压绕组的设置，第一线圈21两端的电压U1和第二线圈22两端的电压U2相等，励磁电压U也不含高次谐波，因此，旁框和中框的感应电压中也不含一正一负的高次谐波，从而减少了因高次谐波造成的铁心局部过热的情况，同时降低了空载损耗和空载电流。

在所述单相变压器中，与其中一个旁柱11相邻的心柱12上绕设有初级绕组，与另一个旁柱11相邻的心柱12上绕设有次级绕组。初级绕组两端加载电压后，所述旁框和所述中框内均有磁通流过，形成磁通回路。

具体地，在所述旁框中，其中一个轭部13连接在心柱12的顶端与旁柱11的顶端之间，另一个轭部13连接在心柱12的底端与旁柱11之间，在所述中框中，其中一个轭部13连接在两个心柱12的顶端之间，另一个轭部13连接在两个心柱12的底端之间。优选地，如图4至图7所示，将第一线圈21绕设在与心柱12顶端相连的轭部13上；将第二线圈22绕设在与心柱12顶端相连的轭部13。以便于第一线圈21和第二线圈22的安装。

对于单相四柱铁心和单相五柱铁心，均可以设置上述稳压绕组。作为本发明的一种具体实施方式，如图4和图5所示，所述单相多柱铁心包括两个旁柱11和位于两个旁柱11之间的两个心柱12，这种情况下，所述单相变压器包括一个稳压绕组20。同时为了便于稳压绕组20的设置，该稳压绕组20中的第一线圈21可以位于左侧旁框中与心柱12顶端相连的轭部13上，也可以位于右侧旁框中与心柱12顶端相连的轭部13上；第二线圈22可以位于中框中与心柱12顶端相连的轭部13。

当左侧旁框中流过的磁通为Ф1，中框流过的磁通为Ф2，右侧旁框中流过的磁通为Ф3时，Ф1+Ф2＝Ф2+Ф3＝Ф；由于第一线圈21两端的电压U1等于第二线圈22两端的电压，因此，左侧旁框中流过的磁通Ф1、中框流过的磁通Ф2和右侧旁框中流过的磁通Ф3相等。

作为本发明的另一种具体实施方式，所述单相多柱铁心为单相五柱铁心，如图6和图7所示，所述单相多柱铁心包括两个旁柱11和位于该两个旁柱11之间的三个心柱12，所述单相多柱变压器包括两个稳压绕组20，两个稳压绕组20中的两个第一线圈21设置在不同的旁框上，两个稳压绕组20中的两个第二线圈22设置在不同的中框上。

在所述单相五柱铁心中，也可以仅设置一个稳压绕组20，例如，稳压绕组20的第一线圈21绕设在左侧旁框的旁柱11或轭部13，第二线圈22绕设在与左侧旁框相邻的中框的轭部13。

当左侧旁框中流过的磁通为Ф1，左侧中框流过的磁通为Ф2，右侧中框流过的磁通为Ф3，右侧旁框中流过的磁通为Ф4时，Ф1+Ф2＝Ф2+Ф3＝Ф3+Ф4＝Ф；设置一个稳压绕组20和设置两个稳压绕组20的情况下，均可以使得左侧旁框中流过的磁通Ф1、左侧中框流过的磁通Ф2、右侧中框流过的磁通Ф3和右侧旁框中流过的磁通为Ф4相等。

具体地，第一线圈21和第二线圈22的匝数相同，第一线圈21和第二线圈22的导线的横截面积相同，因此二者并联时，流过第一线圈21和第二线圈22电流相同，第一线圈21和第二线圈22产生的磁动势也相同。

在实际中，可以根据所需要的磁动势确定第一线圈21和第二线圈22的匝数以及导线的横截面积。并且，对于单相五柱铁心，当设置两个稳压绕组20时，每个线圈上所流过的电流较小，这时，可以将第一线圈21和第二线圈22的导线的横截面设置得较小；当设置一个稳压绕组20时，每个线圈上流过的电流较大，这时，可以将第一线圈21和第二线圈22的导线的横截面积设置得较大。

本发明对心柱12的结构不作具体限定，如图4和图6所示，心柱12可以为整体结构；或者如图5和图7所示，每个心柱上设置有油道14，油道14将心柱12分为两部分。

进一步地，各个心柱12的横截面积相等，两个旁柱11的横截面积也相等，旁柱11的横截面积为心柱12的横截面积的0.5倍。当心柱12被分为两部分后，左半个心柱与其左侧的旁柱/半个心柱以及两个轭部构成一个磁路，右半个心柱与其右侧的旁柱/半个心柱以及两个轭部构成一个磁路。由于左半个心柱和右半个心柱之间具有空气间隙，左半个心柱和右半个心柱中的磁通不会相交，当旁柱11的横截面积为心柱12的横截面积的0.5倍时，可以保证旁柱的磁密和心柱的磁密度相同。

本发明中的单相多柱铁心为叠片式铁心，在实施工序中，将初级绕组和次级绕组分别绕设在两个心柱上，将第一线圈和第二线圈绕设在相应的轭部，然后将多个轭部与旁柱、心柱进行安装。

可以看出，本发明所提供的单相变压器包括设置在铁心上的稳压绕组，所述稳压绕组包括并联的第一线圈和第二线圈，由于第一线圈和第二线圈上的感应电压相同，因而可以起到对旁框磁通和中框磁通的平衡作用，防止中框出现过激磁、旁框出现欠激磁。并且，通过稳压绕组的设置，减少了旁框和中框中所出现的高次谐波，从而减少了因高次谐波造成的铁心局部过热的情况，降低了空载损耗和空载电流。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种单相变压器，包括单相多柱铁心，所述单相多柱铁心包括两个旁柱以及两个所述旁柱之间并联的至少两个心柱，两个相邻的心柱通过两个轭部相连以形成中框，所述心柱和与其相邻的旁柱通过两个轭部相连以形成旁框，其特征在于，

所述单相变压器还包括至少一个稳压绕组，所述稳压绕组包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈的同名端相连，所述第一线圈绕设在所述旁框的任意一个轭部或旁柱上，所述第二线圈绕设在与该旁框相邻的中框的任意一个轭部上。

2.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述单相多柱铁心包括两个所述心柱，所述单相变压器包括一个所述稳压绕组；

在所述旁框中，其中一个轭部连接在所述心柱的顶端与所述旁柱的顶端之间，另一个轭部连接在所述心柱的底端与所述旁柱的底端之间；在所述中框中，其中一个轭部连接在两个所述心柱的顶端之间，另一个轭部连接在两个心柱的底端之间，所述第一线圈和所述第二线圈均绕设在与所述心柱的顶端相连的轭部上。

3.根据权利要求1所述的单相变压器，其特征在于，所述单相多柱铁心包括三个所述心柱，所述单相多柱变压器包括两个所述稳压绕组；两个所述稳压绕组中的两个第一线圈设置不同的旁框上，两个所述稳压绕组中的两个第二线圈设置在不同的中框上。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的单相变压器，其特征在于，所述第一线圈和所述第二线圈的匝数相同。

5.根据权利要求4所述的单相变压器，其特征在于，所述第一线圈的导线和所述第二线圈的导线的横截面积相等。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的单相变压器，其特征在于，每个所述心柱上设置有油道，以将所述心柱分为两部分。

7.根据权利要求6所述的单相变压器，其特征在于，各个所述心柱的横截面积相等，两个所述旁柱的横截面积也相等，所述旁柱的横截面积为所述心柱的横截面积的0.5倍。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的单相变压器，其特征在于，与其中一个旁柱相邻的心柱上绕设有初级绕组，与另一个旁柱相邻的心柱上绕设有次级绕组。

9.根据权利要求1至3中任意一项所述的单相变压器，其特征在于，所述单相多柱铁心为叠片式铁心。