CN107039164A - 一种30脉波自耦移相整流变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种30脉波自耦移相整流变压器，包括有框架和绕组；所述框架包括有相互平行的上横轭、中横轭以及下横轭；所述绕组包括有U相绕组、V相绕组以及W相绕组；绕组U1与绕组U2连接；所述绕组U2、U3的、绕组V4以及绕组V5连接；所述绕组U3、绕组V6以及绕组V7连接；所述绕组V1与绕组V2连接；所述绕组V2、V3、绕组W4以及绕组W5连接；所述绕组V3、绕组W6以及绕组W7连接；所述绕组W1与绕组W2连接；所述绕组W2、W3、绕组U4以及绕组U5连接；所述绕组W3、绕组U6以及绕组U7连接；本发明通过上述结构实现在一台变压器上进行30脉波自耦移相，减少了绕组、简化了接线以及降低了体积和成本。

Description

一种30脉波自耦移相整流变压器

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种30脉波自耦移相整流变压器。

背景技术

当前，随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的整流装置被应用到各个领域。由于其非线性特性，网侧输入电流产生了严重畸变，降低了设备的电磁兼容性能，给电网及其它用电设备带来了危害。因此，如何抑制电流谐波是一项重要任务。

谐波抑制是涉及电力电子技术、电力系统、电气自动化技术、理论电工等领域的重大课题。由于电力电子装置的应用日益广泛，使得谐波和无功问题引起人们越来越多的关注。同时，也由于电力电子技术的飞速进步，人们认识到，通过增加整流的脉冲数，可以提高整流器的输入电流及输出电压特性。脉冲数越多，输入电流及输出电压中的谐波阶次越高。分析可知，多脉冲整流器中的变压器就相当于一个无源滤波器，滤除了输出电流中的特定次谐波。通过增加整流的脉冲数，可以有效减小输入电流总畸变率及电压脉动系数。

传统的30脉波移相整流变压器均采用延边三角形移相，或采用多台移相变压器联合移相并联工作，完全通过变压器磁耦合将输入能量传输到输出端，所以这种变压器的等效容量比较大、绕组数多、接线复杂、成本高。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种30脉波自耦移相整流变压器。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种30脉波自耦移相整流变压器，包括有框架和绕组；所述框架包括有相互平行的上横轭、中横轭以及下横轭；

所述上横轭与中横轭之间设有相互平行的第一芯柱、第二芯柱以及第三芯柱；所述中横轭与下横轭之间设有相互平行的第四芯柱、第五芯柱以及第六芯柱；

所述绕组包括有U相绕组、V相绕组以及W相绕组；

所述U相绕组包括有设置在第一芯柱上的绕组U1以及设置在第四芯柱上的绕组U2、绕组U3、绕组U4、绕组U5、绕组U6、绕组U7；所述V相绕组包括有设置在第二芯柱上的绕组V1以及设置在第五芯柱上的绕组V2、绕组V3、绕组V4、绕组V5、绕组V6、绕组V7；所述W相绕组包括有设置在第三芯柱上的绕组W1以及设置在第六芯柱上的绕组W2、绕组W3、绕组W4、绕组W5、绕组W6、绕组W7；

所述绕组U1的末端与绕组U2的首端连接；所述绕组U2的末端分别与U3的首端、绕组V4的末端以及绕组V5的首端连接；所述绕组U3的末端分别与绕组V6的末端以及绕组V7的首端连接；

所述绕组V1的末端与绕组V2的首端连接；所述绕组V2的末端分别与V3的首端、绕组W4的末端以及绕组W5的首端连接；所述绕组V3的末端分别与绕组W6的末端以及绕组W7的首端连接；

所述绕组W1的末端与绕组W2的首端连接；所述绕组W2的末端分别与W3的首端、绕组U4的末端以及绕组U5的首端连接；所述绕组W3的末端分别与绕组U6的末端以及绕组U7的首端连接。

本发明进一步设置为，所述的第一芯柱、第二芯柱、第三芯柱、第四芯柱、第五芯柱以及第六芯柱均设有气隙。

本发明进一步设置为，所述框架还包括有两个分别设于中横轭两侧的旁轭；所述旁轭设于中横轭与下横轭之间。

本发明进一步设置为，所述绕组U1的首端设有输入口A；绕组U2的首端设有输出口a3；绕组V4的首端设有输出口a2；绕组V5的末端设有输出口a4；绕组V6的首端设有输出口a1；绕组V7的末端设有输出口a5；

所述绕组V1的首端设有输入口B；绕组V2的首端设有输出口b3；绕组W4的首端设有输出口b2；绕组W5的末端设有输出口b4；绕组W6的首端设有输出口b1；绕组W7的末端设有输出口b5；

所述绕组W1的首端设有输入口C；绕组W2的首端设有输出口c3；绕组U4的首端设有输出口c2；绕组U5的末端设有输出口c4。绕组U6的首端设有输出口c1；绕组U7的末端设有输出口c5。

本发明进一步设置为，

所述输出口a1输出电压超前输出口a2输出电压的相位12度，所述输出口a2输出电压超前输出口a3输出电压的相位12度，所述输出口a3输出电压超前输出口a4输出电压的相位12度，所述输出口a4输出电压超前输出口a5输出电压的相位12度；

所述输出口b1输出电压超前输出口b2输出电压的相位12度，所述输出口b2输出电压超前输出口b3输出电压的相位12度，所述输出口b3输出电压超前输出口b4输出电压的相位12度，所述输出口b4输出电压超前输出口b5输出电压的相位12度；

所述输出口c1输出电压超前输出口c2输出电压的相位12度，所述输出口c2输出电压超前输出口c3输出电压的相位12度，所述输出口c3输出电压超前输出口c4输出电压的相位12度，所述输出口c4输出电压超前输出口c5输出电压的相位12度。

本发明进一步设置为，所述输出口a3输出电压超前输出口b3输出电压的相位120度；所述输出口b3输出电压超前输出口c3输出电压的相位120度；所述输出口c3输出电压超前输出口a3输出电压的相位120度。

本发明进一步设置为，绕组U2的矢量电压、绕组V2的矢量电压以及绕组W2的矢量电压相等；绕组U3的矢量电压、绕组V3的矢量电压以及绕组W3的矢量电压相等；绕组U4的矢量电压、绕组V4的矢量电压以及绕组W4的矢量电压相等；绕组U5的矢量电压、绕组V5的矢量电压以及绕组W5的矢量电压相等；绕组U6的矢量电压、绕组V6的矢量电压以及绕组W6的矢量电压相等；绕组U7的矢量电压、绕组V7的矢量电压以及绕组W7的矢量电压相等。

本发明进一步设置为，各绕组矢量电压，U2=V2=W2=0.014568U，U3=V3=W3=0.043068U， U4=V4=W4=0.12732U；U5=V5=W5=0.11275U；U6=V6=W6=0.26365U；U7=V7=W7=0.20601U；其中U为网侧输入线电压；所述U1=V1=W1= kU，其中k取0.04-0.06，即U1=V1=W1=0.04-0.06U。

本发明的有益效果：本发明通过上述结构实现在一台变压器上进行30脉波自耦移相，减少了绕组、简化了接线，极大的降低了体积和成本。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的三相绕组失量图；

图3是本发明A相绕组的失量图；

图4是本发明各矢量的计算步骤；

图1至图4中的附图标记说明：

101-上横轭；102-中横轭；103-下横轭；201-第一芯柱；202-第二芯柱；203-第三芯柱；300-旁轭；301-第四芯柱；302-第五芯柱；303-第六芯柱；400-气隙。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

由图1至图3可知；本实施例所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，包括有框架和绕组；所述框架包括有相互平行的上横轭101、中横轭102以及下横轭103；

所述上横轭101与中横轭102之间设有相互平行的第一芯柱201、第二芯柱202以及第三芯柱203；所述中横轭102与下横轭103之间设有相互平行的第四芯柱301、第五芯柱302以及第六芯柱303；

所述绕组包括有U相绕组、V相绕组以及W相绕组；

所述U相绕组包括有设置在第一芯柱201上的绕组U1以及设置在第四芯柱301上的绕组U2、绕组U3、绕组U4、绕组U5、绕组U6、绕组U7；所述V相绕组包括有设置在第二芯柱202上的绕组V1以及设置在第五芯柱302上的绕组V2、绕组V3、绕组V4、绕组V5、绕组V6、绕组V7；所述W相绕组包括有设置在第三芯柱203上的绕组W1以及设置在第六芯柱303上的绕组W2、绕组W3、绕组W4、绕组W5、绕组W6、绕组W7；

所述绕组U1的末端与绕组U2的首端连接；所述绕组U2的末端分别与U3的首端、绕组V4的末端以及绕组V5的首端连接；所述绕组U3的末端分别与绕组V6的末端以及绕组V7的首端连接；

所述绕组V1的末端与绕组V2的首端连接；所述绕组V2的末端分别与V3的首端、绕组W4的末端以及绕组W5的首端连接；所述绕组V3的末端分别与绕组W6的末端以及绕组W7的首端连接；

所述绕组W1的末端与绕组W2的首端连接；所述绕组W2的末端分别与W3的首端、绕组U4的末端以及绕组U5的首端连接；所述绕组W3的末端分别与绕组U6的末端以及绕组U7的首端连接。

相比与传统的延边三角形移相或采用多台移相变压器联合移相并联工作，本实施例的变压器通过上述结构实现在一台变压器上进行30脉波自耦移相，减少了绕组、简化了接线以及极大的降低了成本。

本实施例所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，所述的第一芯柱201、第二芯柱202、第三芯柱203、第四芯柱301、第五芯柱302以及第六芯柱303均设有气隙400。通过调整线圈匝数及气隙400大小可方便的调整每个芯柱上的电压失量压降。

本实施例所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，所述框架还包括有两个分别设于中横轭102两侧的旁轭300；所述旁轭300设于中横轭102与下横轭103之间。通过设置旁轭300能够使变压器的三相磁路相对独立和对称，确保了三相移相各不相干涉。同样的，通过设置中横轭能够使第一芯柱201、第二芯柱202以及第三芯柱203的绕组与第四芯柱301、第五芯柱302以及第六芯柱303上绕组磁路相对独立，确保了输入端与输出端之间的移相，同时，进一步的降低了整机谐波泄放。

本实施例所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，所述绕组U1的首端设有输入口A；绕组U2的首端设有输出口a3；绕组V4的首端设有输出口a2；绕组V5的末端设有输出口a4；绕组V6的首端设有输出口a1；绕组V7的末端设有输出口a5；所述绕组V1的首端设有输入口B；绕组V2的首端设有输出口b3；绕组W4的首端设有输出口b2；绕组W5的末端设有输出口b4；绕组W6的首端设有输出口b1；绕组W7的末端设有输出口b5；所述绕组W1的首端设有输入口C；绕组W2的首端设有输出口c3；绕组U4的首端设有输出口c2；绕组U5的末端设有输出口c4。绕组U6的首端设有输出口c1；绕组U7的末端设有输出口c5。

本实施例所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，所述输出口a1输出电压超前输出口a2输出电压的相位12度，所述输出口a2输出电压超前输出口a3输出电压的相位12度，所述输出口a3输出电压超前输出口a4输出电压的相位12度，所述输出口a4输出电压超前输出口a5输出电压的相位12度；所述输出口b1输出电压超前输出口b2输出电压的相位12度，所述输出口b2输出电压超前输出口b3输出电压的相位12度，所述输出口b3输出电压超前输出口b4输出电压的相位12度，所述输出口b4输出电压超前输出口b5输出电压的相位12度；所述输出口c1输出电压超前输出口c2输出电压的相位12度，所述输出口c2输出电压超前输出口c3输出电压的相位12度，所述输出口c3输出电压超前输出口c4输出电压的相位12度，所述输出口c4输出电压超前输出口c5输出电压的相位12度。本实施例所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，绕组U2的矢量电压、绕组V2的矢量电压以及绕组W2的矢量电压相等；绕组U3的矢量电压、绕组V3的矢量电压以及绕组W3的矢量电压相等；绕组U4的矢量电压、绕组V4的矢量电压以及绕组W4的矢量电压相等；绕组U5的矢量电压、绕组V5的矢量电压以及绕组W5的矢量电压相等；绕组U6的矢量电压、绕组V6的矢量电压以及绕组W6的矢量电压相等；绕组U7的矢量电压、绕组V7的矢量电压以及绕组W7的矢量电压相等。

进一步的，各绕组的矢量电压关系为，U2=V2=W2=0.014568U，U3=V3=W3=0.043068U， U4=V4=W4=0.12732U；U5=V5=W5=0.11275U；U6=V6=W6=0.26365U；U7=V7=W7=0.20601U；其中U为网侧输入线电压；所述U1=V1=W1= kU，其中k取0.04-0.06，即U1=V1=W1=0.04-0.06U。

在进行变压的时候，输入口A、输入口B以及输入口C与网侧进行连接；如图2所示，同时使得绕组的各矢量电压U1=V1=W1，U2=V2=W2，U3=V3=W3， U4=V4=W4， U5=V5=W5， U6=V6=W6， U7=V7=W7。输出端口a1、a2、a3、a4、a5相对于网侧相位中心点o依次分别移相12度；输出端口b1、b2、b3、b4、b5相对于网侧相位中心点o依次分别移相12度；输出端口c1、c2、c3、c4、c5相对于网侧相位名义中心点o依次分别移相12度，实现了30脉波自耦移相的功能。能够抑制变压器输出电压的畸变，可以消除3倍次及5、7、9、11、13、15、17、19次等谐波，极大的改善二次侧谐波对其一次侧电网造成的影响；同时，各绕组为感性连接，除自身损耗外，并不侵占变压器实际容量。

进一步的，如图3、4所示，上述结构便于得出各个绕组的各自失量电压，具体算法步骤如下：

步骤1,求失量、；

在等腰矢量三角形中，底边长， 在等腰矢量三角形中，底边长，其中U为网侧输入线电压；

步骤2，求失量、；

设失量与失量交叉于m点，在直角矢量三角形中，直角边；设失量与失量交叉于e点，在直角矢量三角形中，直角边；

步骤3，求失量、；

在直角矢量三角形中,直角边；在直角矢量三角形中,直角边；

步骤4，求失量、及、；

设失量与失量交叉于点，在直角矢量三角形中, ∠a3-n-m=60°，斜边a3-n；；设失量与失量交叉于点，在直角矢量三角形中, ∠a3-e-f=60°，斜边a3-f；；

步骤5，求失量a1-n即V6、n-a5即V7；求失量a2-f即V4、f-a4即V5；

在失量a1-a5的直线上，a1-n即，n-a5即；在失量a2-a4的直线上，a2-e即，f-a4即；

步骤6，求失量U2、U3；

在失量a3-n的直线上，U2=；U3=()-U2；

通过以上步骤1~6可以得出，各绕组矢量电压，U2=V2=W2=0.014568U，U3=V3=W3=0.043068U， U4=V4=W4=0.12732U；U5=V5=W5=0.11275U；U6=V6=W6=0.26365U；U7=V7=W7=0.20601U；其中U为网侧输入线电压；所述U1=V1=W1= kU，其中k取0.04-0.06，即U1=V1=W1=0.04-0.06U。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：包括有框架和绕组；所述框架包括有相互平行的上横轭（101）、中横轭（102）以及下横轭（103）；

所述上横轭（101）与中横轭（102）之间设有相互平行的第一芯柱（201）、第二芯柱（202）以及第三芯柱（203）；所述中横轭（102）与下横轭（103）之间设有相互平行的第四芯柱（301）、第五芯柱（302）以及第六芯柱（303）；

所述绕组包括有U相绕组、V相绕组以及W相绕组；

所述U相绕组包括有设置在第一芯柱（201）上的绕组U1以及设置在第四芯柱（301）上的绕组U2、绕组U3、绕组U4、绕组U5、绕组U6、绕组U7；所述V相绕组包括有设置在第二芯柱（202）上的绕组V1以及设置在第五芯柱（302）上的绕组V2、绕组V3、绕组V4、绕组V5、绕组V6、绕组V7；所述W相绕组包括有设置在第三芯柱（203）上的绕组W1以及设置在第六芯柱（303）上的绕组W2、绕组W3、绕组W4、绕组W5、绕组W6、绕组W7；

所述绕组U1的末端与绕组U2的首端连接；所述绕组U2的末端分别与U3的首端、绕组V4的末端以及绕组V5的首端连接；所述绕组U3的末端分别与绕组V6的末端以及绕组V7的首端连接；

所述绕组V1的末端与绕组V2的首端连接；所述绕组V2的末端分别与V3的首端、绕组W4的末端以及绕组W5的首端连接；所述绕组V3的末端分别与绕组W6的末端以及绕组W7的首端连接；

所述绕组W1的末端与绕组W2的首端连接；所述绕组W2的末端分别与W3的首端、绕组U4的末端以及绕组U5的首端连接；所述绕组W3的末端分别与绕组U6的末端以及绕组U7的首端连接。

2.根据权利要求1所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：所述的第一芯柱（201）、第二芯柱（202）、第三芯柱（203）、第四芯柱（301）、第五芯柱（302）以及第六芯柱（303）均设有气隙（400）。

3.根据权利要求1所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：所述框架还包括有两个分别设于中横轭（102）两侧的旁轭（300）；所述旁轭（300）设于中横轭（102）与下横轭（103）之间。

4.根据权利要求1所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：

所述绕组U1的首端设有输入口A；绕组U2的首端设有输出口a3；绕组V4的首端设有输出口a2；绕组V5的末端设有输出口a4；绕组V6的首端设有输出口a1；绕组V7的末端设有输出口a5；

所述绕组V1的首端设有输入口B；绕组V2的首端设有输出口b3；绕组W4的首端设有输出口b2；绕组W5的末端设有输出口b4；绕组W6的首端设有输出口b1；绕组W7的末端设有输出口b5；

所述绕组W1的首端设有输入口C；绕组W2的首端设有输出口c3；绕组U4的首端设有输出口c2；绕组U5的末端设有输出口c4。

5.绕组U6的首端设有输出口c1；绕组U7的末端设有输出口c5。

6.根据权利要求4所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：

所述输出口a1输出电压超前输出口a2输出电压的相位12度，所述输出口a2输出电压超前输出口a3输出电压的相位12度，所述输出口a3输出电压超前输出口a4输出电压的相位12度，所述输出口a4输出电压超前输出口a5输出电压的相位12度；

所述输出口b1输出电压超前输出口b2输出电压的相位12度，所述输出口b2输出电压超前输出口b3输出电压的相位12度，所述输出口b3输出电压超前输出口b4输出电压的相位12度，所述输出口b4输出电压超前输出口b5输出电压的相位12度；

所述输出口c1输出电压超前输出口c2输出电压的相位12度，所述输出口c2输出电压超前输出口c3输出电压的相位12度，所述输出口c3输出电压超前输出口c4输出电压的相位12度，所述输出口c4输出电压超前输出口c5输出电压的相位12度。

7.根据权利要求4所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：所述输出口a3输出电压超前输出口b3输出电压的相位120度；所述输出口b3输出电压超前输出口c3输出电压的相位120度；所述输出口c3输出电压超前输出口a3输出电压的相位120度。

8.根据权利要求1所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：绕组U2的矢量电压、绕组V2的矢量电压以及绕组W2的矢量电压相等；绕组U3的矢量电压、绕组V3的矢量电压以及绕组W3的矢量电压相等；绕组U4的矢量电压、绕组V4的矢量电压以及绕组W4的矢量电压相等；绕组U5的矢量电压、绕组V5的矢量电压以及绕组W5的矢量电压相等；绕组U6的矢量电压、绕组V6的矢量电压以及绕组W6的矢量电压相等；绕组U7的矢量电压、绕组V7的矢量电压以及绕组W7的矢量电压相等。

9.根据权利要求1所述的一种30脉波自耦移相整流变压器，其特征在于：各绕组矢量电压，U2=V2=W2=0.014568U，U3=V3=W3=0.043068U， U4=V4=W4=0.12732U；U5=V5=W5=0.11275U；U6=V6=W6=0.26365U；U7=V7=W7=0.20601U；其中U为网侧输入线电压；所述U1=V1=W1= kU，其中k取0.04-0.06，即U1=V1=W1= 0.04-0.06U。