CN111326318B - 一种牵引整流干式变压器、变压器系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牵引整流干式变压器、变压器系统及其控制方法，该变压器包括：三相铁心和两两连接的三个网侧绕组，各所述网侧绕组包括上部分段线圈和下部分段线圈，所述上部分段线圈包括第一主线圈和第一移相线圈，所述下部分段线圈包括第二移相线圈和第二主线圈，所述第二移相线圈、第一移相线圈、第一主线圈和第二主线圈依次串联连接，所述第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的上部分段线圈连接。本发明在传统的牵引整流干式变压器的基础上，通过增大牵引整流干式变压器的匝数，进而降低铁心的磁通密度，最终达到降低变压器的空载损耗的目的，具有产品结构简单，节能效果显著的特点。本发明可广泛应用于三相变压器技术领域。

Description

一种牵引整流干式变压器、变压器系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及三相变压器技术领域，特别是涉及一种牵引整流干式变压器、变压器系统及其控制方法。

背景技术

为了解决大中城市日益突出的交通拥挤和环境污染问题，应该大力发展大容量城市轨道交通，目前城市轨道交通大多是采用24脉波整流电路，24脉波整流电路是由两台12脉波双分裂牵引整流干式变压器和四组全波整流桥组成。

根据城市轨道交通的负荷特点，城市轨道交通在白天和夜晚的负荷率是不同的，夜晚列车停运期间，牵引整流干式变压器的负荷率非常低，接近于空载，空载损耗占变压器损耗的较大比例，因此，在变压器空载期间，降低牵引整流干式变压器的空载损耗对降低城市轨道交通供电系统的损耗具有重大意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种牵引整流干式变压器、变压器系统及其控制方法。

本发明所采取的第一种技术方案是：

一种牵引整流干式变压器，包括三相铁心和两两连接的三个网侧绕组，各所述网侧绕组包括上部分段线圈和下部分段线圈，所述上部分段线圈包括第一主线圈和第一移相线圈，所述下部分段线圈包括第二移相线圈和第二主线圈，所述第二移相线圈、第一移相线圈、第一主线圈和第二主线圈依次串联连接，所述第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的上部分段线圈连接。

本发明所采取的第二种技术方案是：

一种变压器系统，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器均包含三相铁心和三个网侧绕组；

当变压器系统的输出功率小于第一阈值时，采用所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式分别连接第一变压器的三个网侧绕组和第二变压器的三个网侧绕组；

当变压器系统的输出功率大于或等于第一阈值时，采用三角形连接的连接方式分别连接第一变压器的三个网侧绕组和第二变压器的三个网侧绕组。

本发明所采取的第三种技术方案是：

一种变压器系统的控制方法，包括以下步骤：

当变压器系统的输出功率大于第一阈值时，将变压器系统的连接方式切换为第一连接方式；

当变压器系统的输出功率小于或等于第一阈值时，将变压器系统的连接方式切换为第二连接方式；

所述第一连接方式为所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式，所述第二连接方式为三角形连接的连接方式。

本发明的有益效果是：本发明在传统的牵引整流干式变压器的基础上，以串联方式连接牵引整流干式变压器的各所述网侧绕组，再将当前网侧绕组的第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的上部分段线圈连接，从而增大牵引整流干式变压器的匝数，进而降低铁心的磁通密度，最终达到降低变压器的空载损耗的目的，具有产品结构简单，节能效果显著的特点。

附图说明

图1为本发明的一种牵引整流干式变压器的串联连接示意图；

图2为传统的牵引整流干式变压器的三角形连接示意图；

图3为本发明的变压器系统的三角形连接示意图；

图4为本发明的变压器系统的串联连接示意图；

图5为本发明的一种变压器系统的控制方法的步骤流程图。

具体实施方式

参照图1，本实施例提供了一种牵引整流干式变压器，包括三相铁心和两两连接的三个网侧绕组，各所述网侧绕组包括上部分段线圈和下部分段线圈，所述上部分段线圈包括第一主线圈和第一移相线圈，所述下部分段线圈包括第二移相线圈和第二主线圈，所述第二移相线圈、第一移相线圈、第一主线圈和第二主线圈依次串联连接，所述第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的上部分段线圈连接。

相较于传统的牵引整流干式变压器采用三角形连接的连接方式来连接网侧绕组，本发明的牵引整流干式变压器将每一个网侧绕组的四个线圈依次串联连接后，再将当前网侧绕组的第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的上部分段线圈连接，实现了将接入牵引整流干式变压器的线圈匝数增大一倍，在其他条件不变的情况下，线圈匝数增大一倍，牵引整流干式变压器的铁心的磁通密度将降低一倍，因此，减少了铁心一半的空载损耗，达到了节能目的。

进一步作为可选的实施方式，所述第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的第一节点连接，所述第一节点为另一个网侧绕组中第一主线圈和第一移相线圈的连接点。

进一步作为可选的实施方式，如图1所示，所述三个网侧绕组包括第一相网侧绕组、第二相网侧绕组和第三相网侧绕组，所述第一相网侧绕组的第二主线圈A1-X的首端A1与第二相网侧绕组的上部分段线圈连接，所述第二相网侧绕组的第二主线圈B1-Y的首端B1与第三相网侧绕组的上部分段线圈连接，所述第三相网侧绕组的第二主线圈C1-Z的首端C1与第一相网侧绕组的上部分段线圈连接。

本发明的牵引整流干式变压器首先将每一个网侧绕组的四个线圈按照第二移相线圈、第一移相线圈、第一主线圈和第二主线圈的顺序依次串联，再将当前网侧绕组的第二主线圈的首端与下一个网侧绕组的上部分段线圈连接，相较于传统的牵引整流干式变压器只将一个网侧绕组的上部分段线圈的两个线圈或者只将下部分段线圈的两个线圈接入变压器，本发明的牵引干式整流变压将一个网侧绕组的四个线圈全部接入变压器，从而实现了线圈匝数增大一倍的目的。

进一步作为可选的实施方式，参照图1，还包括阀侧绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈a1-b2-c1和下部线圈a2-b2-c2。

本发明的牵引整流干式变压器还包括阀侧绕组，所述阀侧绕组即为低压绕组。所述阀侧绕组包括上部线圈a1-b2-c1和下部线圈a2-b2-c2，可将阀侧绕组的上部线圈a1-b1-c1按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组，将阀侧绕组的下部线圈a2-b2-c2按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组；也可将阀侧绕组的上部线圈a1-b1-c1按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组，将阀侧绕组的下部线圈a2-b2-c2按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组。

基于上述的一种牵引整流干式变压器，参照图3和图4，本实施例还提供了一种变压器系统，包括第一变压器7和第二变压器8，第一变压器7和第二变压器8均包含三相铁心和三个网侧绕组；

当变压器系统的输出功率小于第一阈值时，采用所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式分别连接第一变压器7的三个网侧绕组和第二变压器8的三个网侧绕组；

当变压器系统的输出功率大于或等于第一阈值时，采用三角形连接的连接方式分别连接第一变压器7的三个网侧绕组和第二变压器8的三个网侧绕组。

如图3和图4所示，本发明的变压器系统包含两台变压器，分别为第一变压器7和第二变压器8，变压器系统在不同的时间段输出的功率会不同，设定第一阈值，第一阈值可根据变压器系统输出的功率的使用情况预先设定。白天用电量较大时，变压器系统的输出功率大于或等于预设的第一阈值，采用传统的三角形连接的连接方式来连接两台变压器的网侧绕组，满足正常的供电需求；夜晚用电量较小时，变压器系统的输出功率小于第一阈值，采用本发明的一种牵引整流干式变压器的网侧绕组的连接方式去分别连接第一变压器7的网侧绕组和第二变压器8的网侧绕组，从而降低变压器系统的空载损耗。

进一步作为可选的实施方式，参照图3和图4，还包括整流器9，所述整流器9包括第一整流器和第二整流器，所述第一整流器与第一变压器7连接，所述第二整流器与第二变压器8连接。

本发明还包括整流器9，用于将变压器输出的交流电转换成直流电。所述整流器9包括第一整流器和第二整流器，所述第一整流器连接在第一变压器7的输出端，所述第二整流器连接在第二变压器8的输出端。

进一步作为可选的实施方式，所述第一整流器和第二整流器均包括两个三相六脉全波整流桥。

进一步作为可选的实施方式，参照图3和图4，还包括串并联转换开关10，所述串并联转换开关10包括第一串并联转换开关和第二串并联转换开关，所述第一串并联转换开关与第一整流器的输出端连接，所述第二串并联转换开关与第二整流器的输出端连接。

第一串并联转换开关与第一整流器的输出端连接，第二串并联转换开关与第二整流器的输出端连接，用于切换第一整流器和第二整流器的工作方式从而使得两台变压器的输出与整流器适配，始终保持输出的直流电压的稳定，具体地，当采用所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式分别连接第一变压器7的三个网侧绕组和第二变压器8的三个网侧绕组时，整流器9工作在串联工作方式下；当采用三角形连接的连接方式分别连接第一变压器7的三个网侧绕组和第二变压器8的三个网侧绕组时，整流器9工作在并联工作方式下。整流器9在并联工作方式下输出的直流电压是串联工作方式下的两倍，因此采用串并联转换开关10来切换整流器9的工作方式，以和两台变压器的输出相适配。

进一步作为可选的实施方式，所述第一变压器和第二变压器均包含阀侧绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈和下部线圈。

本变压器系统的两台变压器均包括阀侧绕组，所述阀侧绕组即为低压绕组。可将阀侧绕组的上部线圈按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组，将阀侧绕组的下部线圈按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组；也可将阀侧绕组的上部线圈按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组，将阀侧绕组的下部线圈按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组。

本发明还提供了一种变压器系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：当变压器系统的输出功率大于第一阈值时，将变压器系统的连接方式切换为第一连接方式；

S2：当变压器系统的输出功率小于或等于第一阈值时，将变压器系统的连接方式切换为第二连接方式；

所述第一连接方式为所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式，所述第二连接方式为三角形连接的连接方式。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图2所示，传统的牵引整流干式变压器为并联式三相变压器，包括三相铁心、阀侧绕组和三个网侧绕组。

所述阀侧绕组即低压绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈a1-b1-c1和下部线圈a2-b2-c2，可将所述上部线圈a1-b1-c1按照星形连接的连接方式连接成阀侧星形绕组，将所述下部线圈a2-b2-c2按照三角形连接的连接方式连接成阀侧三角形绕组；也可将阀侧绕组的上部线圈a1-b1-c1按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组，将阀侧绕组的下部线圈a2-b2-c2按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组。所述上部线圈a1-b1-c1和下部线圈a2-b2-c2形成相角为30°的星角移相，并分裂成两个支路，同时向网侧绕组的上部分段线圈和下部分段线圈供电；

所述三个网侧绕组为高压绕组。每一个网侧绕组包括上部网侧分段线圈和下部网侧分段线圈，所述上部分段线圈包括第一主线圈和第一移相线圈，所述下部分段线圈包括第二移相线圈和第二主线圈。

传统的牵引整流干式变压器采用三角形连接的连接方式连接三个网侧绕组，所述三个网侧绕组包括第一相网侧绕组、第二相网侧绕组和第三相网侧绕组，三角形连接的连接方式如下，参照图2：

所述第一相网侧绕组的第一主线圈A1’-X’的首端A1’与第一移相线圈A’-X1’的末端X1’连接，第二移相线圈A-X1的末端X1与第二主线圈A1-X的首端A1连接；

所述第二相网侧绕组的第一主线圈B1’-Y’的首端B1’与第一移相线圈B’-Y1’的末端Y1’连接，第二移相线圈B-Y1的末端Y1与第二主线圈B1-Y的首端B1连接；

所述第三相网侧绕组的第一主线圈C1’-Z’的首端C1’与第一移相线圈C’-Z1’的末端Z1’连接，第二移相线圈C-Z1的末端Z1与第二主线圈C1-Z的首端C1连接；

所述第一相网侧绕组的第一主线圈A1’-X’的末端X’与第二相网侧绕组的第一主线圈B1’-Y’的首端B1’连接，所述第一相网侧绕组的第二主线圈A1-X的末端X与第二相网侧绕组的第二主线圈B1-Y的首端B1连接；

所述第二相网侧绕组的第一主线圈B1’-Y’的末端Y’与第三相网侧绕组的第一主线圈C1’-Z’的首端C1’连接，所述第二相网侧绕组的第二主线圈B1-Y的末端Y与第三相网侧绕组的第二主线圈C1-Z的首端C1连接；

所述第三相网侧绕组的第一主线圈C1’-Z’的末端Z’与第一相网侧绕组的第一主线圈A1’-X’的首端A1’连接，所述第三相网侧绕组的第二主线圈C1-Z的末端Z与第一相网侧绕组的第二主线圈A1-X的首端A1连接。

传统的牵引整流干式变压器采用三角形连接的连接方式来连接三个网侧绕组，变压器在工作时，每一个网侧绕组只有两个线圈(上部分段线圈的两个线圈或者下部分段线圈的两个线圈)接入变压器。

针对传统的牵引整流干式变压器，本发明提出了一种牵引整流干式变压器，如图1所示，包括三相铁心、阀侧绕组和两两连接的三个网侧绕组。

所述阀侧绕组即低压绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈a1-b1-c1和下部线圈a2-b2-c2，可将所述上部线圈a1-b1-c1按照星形连接的连接方式连接成阀侧星形绕组，将所述下部线圈a2-b2-c2按照三角形连接的连接方式连接成阀侧三角形绕组；也可将阀侧绕组的上部线圈a1-b1-c1按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组，将阀侧绕组的下部线圈a2-b2-c2按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组。所述上部线圈a1-b1-c1和下部线圈a2-b2-c2形成相角为30°的星角移相，并分裂成两个支路，同时向网侧绕组的上部分段线圈和下部分段线圈供电；

所述三个网侧绕组为高压绕组，三个网侧绕组包括第一相网侧绕组、第二相网侧绕组和第三相网侧绕组。每一个网侧绕组包括上部分段线圈和下部分段线圈，所述上部分段线圈包括第一主线圈和第一移相线圈，所述下部分段线圈包括第二移相线圈和第二主线圈。

本发明的一种牵引整流干式变压器将每一个网侧绕组采用串联方式连接后，再将当前网侧绕组的第二主线圈的首端与另一个网侧绕组的上部分段线圈的第一连接点连接，所述第一连接点为另一个网侧绕组的第一主线圈和第一移相线圈的连接点，在本实施例中，如图1所示，第一连接点可选择为第一主线圈的首端，因此，具体的连接方式如下：

所述第一相网侧绕组的第二移相线圈A-X1、第一移相线圈A’-X1’、第一主线圈A1’-X’和第二主线圈A1-X串联连接，所述第二相网侧绕组的第二移相线圈B-Y1、第一移相线圈B’-Y1’、第一主线圈B1’-Y’和第二主线圈B1-Y串联连接，所述第三相网侧绕组的第二移相线圈C-Z1、第一移相线圈C’-Z1’、第一主线圈C1’-Z’和第二主线圈C1-Z串联连接；

所述第一相网侧绕组的第二主线圈A1-X的首端A1和第二相网侧绕组的第一主线圈B1’-Y’的首端B1’连接，所述第二相网侧绕组的第二主线圈B1-Y的首端B1与第三相网侧绕组的第一主线圈C1’-Z’的首端C1’连接，所述第三相网侧绕组的第二主线圈C1-Z的首端C1与第一相网侧绕组的第一主线圈A1’-X’的首端A1’连接。

相较于传统的牵引整流干式变压器，本发明的牵引整流干式变压器，将原本接入变压器的线圈匝数增大一倍，根据磁通密度公式：

其中，额定频率f、铁心截面A和电压UN已确定时，线圈匝数N增大一倍，则磁通密度B的理论值会降低一倍，通过对照不同变压器牌号、不同材质铁心的铁损曲线图可知，当变压器的磁通密度降低一倍时，铁心的单位质量损耗将会下降40％到60％，而空载损耗与铁心单位质量损耗成正比，因此，节能效果显著。

此外，本发明还提供了一种变压器系统，如图3和图4所示，包括第一变压器7、第二变压器8、整流器9、串并联转换开关10。

所述第一变压器7和第二变压器8可选用12脉波牵引整流干式变压器，两台12脉波牵引整流干式变压器形成24脉波整流。

所述第一变压器7和第二变压器8均包括三个网侧绕组、阀侧绕组和三相铁心，所述三个网侧绕组包括第一相网侧绕组、第二相网侧绕组和第三相网侧绕组，各所述网侧绕组均包括上部分段线圈和下部分段线圈，所述第一相网侧绕组、第二相网侧绕组和第三相网侧绕组的上部分段线圈和下部分段线圈分别套在三相铁心的上端和下端。所述第一变压器7和第二变压器8的网侧绕组采用移相绕组，分别移相7.5°和-7.5°相位角。

所述阀侧绕组即低压绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈a1-b1-c1和下部线圈a2-b2-c2，可将所述上部线圈a1-b1-c1按照星形连接的连接方式连接成阀侧星形绕组，将所述下部线圈a2-b2-c2按照三角形连接的连接方式连接成阀侧三角形绕组；也可将阀侧绕组的上部线圈a1-b1-c1按照三角形连接的连接方式连接得到阀侧三角形绕组，将阀侧绕组的下部线圈a2-b2-c2按照星形连接的连接方式连接得到阀侧星形绕组。所述上部线圈a1-b1-c1和下部线圈a2-b2-c2形成相角为30°的星角移相，并分裂成两个支路，同时向网侧绕组的上部分段线圈和下部分段线圈供电。

所述整流器9包括第一整流器和第二整流器，所述第一整流器和第二整流器均由两个三相六脉波全波整流桥组成。第一整流器的一个三相六脉波全波整流桥连接至第一变压器7的阀侧绕组的上部线圈，另一个三相六脉波全波整流桥连接至第一变压器7的阀侧绕组的下部线圈；第二整流器的一个三相六脉全波整流桥连接至第二变压器8的阀侧绕组的上部线圈，另一个三相六脉波全波整流桥连接至第二变压器8的阀侧绕组的下部线圈。

所述串并联转换开关10包括第一串并联转换开关和第二串并联转换开关，所述第一串并联转换开关与第一整流器的输出端连接，第二串并联转换开关与第二整流器的输出端连接。

当处于白天用电量较大时，采用三角形连接的连接方式分别连接第一变压器7的三个网侧绕组和第二变压器8的三个网侧绕组，参照图3，并将第一串并联转换开关和第二串并联转换开关拨至右侧(并联档)，从而控制整流器的输出。

当在夜晚电力消耗较少时，采用所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式分别连接第一变压器7的三个网侧绕组和第二变压器8的三个网侧绕组，参照图4，并将第一串并联转换开关和第二串并联转换开关拨至左侧(串联档)，控制整流器的输出。

本发明的一种变压器系统通过改变两台变压器的三个网侧绕组的连接方式，实现变压器的连接结构的灵活转换，能够有效降低变压器系统的空载损耗，节能效果显著，还具有操作方便的特点。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种牵引整流干式变压器，其特征在于，包括三相铁心和两两连接的三个网侧绕组，各所述网侧绕组包括上部分段线圈和下部分段线圈，所述上部分段线圈包括第一主线圈和第一移相线圈，所述下部分段线圈包括第二移相线圈和第二主线圈，所述第二移相线圈、第一移相线圈、第一主线圈和第二主线圈依次串联连接，所述第二主线圈的末端与另一个网侧绕组的上部分段线圈连接。

2.根据权利要求1所述的一种牵引整流干式变压器，其特征在于，所述第二主线圈的末端与另一个网侧绕组的第一节点连接，所述第一节点为另一个网侧绕组中第一主线圈和第一移相线圈的连接点。

3.根据权利要求1所述的一种牵引整流干式变压器，其特征在于，所述三个网侧绕组包括第一相网侧绕组、第二相网侧绕组和第三相网侧绕组，所述第一相网侧绕组的第二主线圈的末端与第二相网侧绕组的上部分段线圈连接，所述第二相网侧绕组的第二主线圈的末端与第三相网侧绕组的上部分段线圈连接，所述第三相网侧绕组的第二主线圈的末端与第一相网侧绕组的上部分段线圈连接。

4.根据权利要求1所述的一种牵引整流干式变压器，其特征在于，还包括阀侧绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈和下部线圈。

5.一种变压器系统，其特征在于，包括第一变压器和第二变压器，第一变压器和第二变压器均包含三相铁心和三个网侧绕组；

当变压器系统的输出功率小于第一阈值时，采用如权利要求1-4任一项所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式分别连接第一变压器的三个网侧绕组和第二变压器的三个网侧绕组；

当变压器系统的输出功率大于或等于第一阈值时，采用三角形连接的连接方式分别连接第一变压器的三个网侧绕组和第二变压器的三个网侧绕组。

6.根据权利要求5所述的一种变压器系统，其特征在于，还包括整流器，所述整流器包括第一整流器和第二整流器，所述第一整流器与第一变压器连接，所述第二整流器与第二变压器连接。

7.根据权利要求6所述的一种变压器系统，其特征在于，所述第一整流器和第二整流器均包含两个三相六脉全波整流桥。

8.根据权利要求6所述的一种变压器系统，其特征在于，还包括串并联转换开关，所述串并联转换开关包括第一串并联转换开关和第二串并联转换开关，所述第一串并联转换开关与第一整流器的输出端连接，所述第二串并联转换开关与第二整流器的输出端连接。

9.根据权利要求5所述的一种变压器系统，其特征在于，所述第一变压器和第二变压器均包含阀侧绕组，所述阀侧绕组包括上部线圈和下部线圈。

10.一种变压器系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当变压器系统的输出功率大于第一阈值时，将变压器系统的连接方式切换为第一连接方式；

当变压器系统的输出功率小于或等于第一阈值时，将变压器系统的连接方式切换为第二连接方式；

所述第一连接方式为权利要求1-4任一项所述的一种牵引整流干式变压器中的连接方式，所述第二连接方式为三角形连接的连接方式。

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