CN111653424B - 一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法及系统 - Google Patents
一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法及系统。该方法包括:获取高压绕组与铁心内柱间的距离;确定高压绕组与中压绕组间的距离;确定中压绕组区域漏磁能量;确定中压绕组和低压绕组间的距离;确定低压绕组与铁心内柱之间的距离;判断低压绕组与铁心内柱之间的距离与距离设计值的差值是否小于设定阈值;若是,将高压绕组与中压绕组之间的距离确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离,将中压绕组和低压绕组之间的距离确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离;若否,更新高压绕组与铁心内柱之间的距离,重新计算低压绕组与铁心内柱之间的距离。本发明可以适用于三绕组高频降压变压器,指导工程中三绕组高频降压变压器的设计。
Description
技术领域
本发明涉及高频变压器领域,特别是涉及一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法及系统。
背景技术
高频变压器作为大规模直流源互联、电力机车牵引系统以及直流电网等领域的核心设备,对能量的高效传输、高低压侧电气隔离与电压变换起着至关重要的作用。在移相控制条件下,高频变压器的漏电感达到一定值才能实现开关管的软关断。并且,在直流变换比一定的条件下,漏电感直接影响高频变压器极限传输功率的大小,因此在高频变压器设计过程中应对漏电感的大小进行精确控制。
现有基于漏电感设计值确定高频变压器绕组间距离的方法,大多基于双绕组结构,通常先根据绝缘需要,确定低压绕组和铁心内柱间的距离,再调整低压绕组和高压绕组间距离使漏电感达到设计值。但该方法不能直接应用到三绕组高频降压变压器中,原因在于该结构的高压绕组和低压绕组间存在中压绕组区域,中压绕组区域的漏磁场强度存在频变效应,因此中压绕组的位置不仅影响高压绕组和中压绕组间的漏电感值,还会影响高压绕组和低压绕组间的漏电感值。
发明内容
本发明的目的是提供一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法及系统,以适用于三绕组高频降压变压器,指导工程中三绕组高频降压变压器的设计。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法,包括:
获取第一距离值;所述第一距离值为当前高压绕组与铁心内柱之间的距离;
根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值;所述第二距离值为高压绕组与中压绕组之间的距离;
根据所述第一距离值和所述第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量;
根据所述中压绕组区域漏磁能量确定第三距离值;所述第三距离值为中压绕组和低压绕组之间的距离;
根据所述第一距离值、所述第二距离值和所述第三距离值,确定第四距离值;所述第四距离值为低压绕组与铁心内柱之间的距离;
判断所述第四距离值与距离设计值的差值是否小于设定阈值;
当所述第四距离值与距离设计值的差值小于设定阈值时,将所述第二距离值确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离;将所述第三距离值确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离;
当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值;并返回根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值的步骤。
可选的,所述获取第一距离值,之前还包括:
利用公式d10=1.5(dw1+dw2+dw3+dmin1+dmin2)确定所述第一距离值的初值;其中,d10为所述第一距离值的初值,dw1为高压绕组区域宽度,dw2为中压绕组区域宽度,dw3为低压绕组区域宽度,dmin1为高压绕组与中压绕组之间最小绝缘距离,dmin2为中压绕组与低压绕组之间最小绝缘距离。
可选的,所述根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值的公式为:
其中,diso12为第二距离,即高压绕组和中压绕组之间的距离;Lσ12为高压绕组与中压绕组的漏电感设计值;hw1为高压绕组高度;μ0为真空磁导率;l1为高绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;N1为高压绕组每层匝数;dins1为高压绕组匝间距离;dins2为中压绕组匝间距离;m2为中压绕组层数;δ为趋肤深度,σ为铜电导率,f为变压器工作频率;F11、F12、F21和F22为中间变量,df1为高压绕组厚度,df2为中压绕组厚度。
可选的,所述根据所述第一距离值和所述第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量,具体包括:
将中压绕组等效为宽箔片,对等效后的宽箔片的电导率进行修正,利用公式计算宽箔片的漏磁能量;其中,Wm为宽箔片的漏磁能量;N1为高压绕组每层匝数;I1为高压绕组电流有效值;hw2为中压绕组高度;μ0为真空磁导率;l2为中压绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;δ为趋肤深度,σ为铜电导率,f为变压器工作频率;Fm1和Fm2为中间变量,df2为中压绕组厚度,dins2为中压绕组匝间距离,η为修正系数,m2为中压绕组层数,hr为中压绕组单匝高度,df2为中压绕组厚度,N2为中压绕组每层匝数;
将所述宽箔片的漏磁能量确定为所述中压绕组区域的漏磁能量。
可选的,所述根据所述中压绕组区域漏磁能量确定第三距离值,具体公式为:
其中,diso23为第三距离值,即中压绕组和低压绕组之间的距离;hw2为中压绕组高度;μ0为真空磁导率;l2为中压绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;N1为高压绕组每层匝数;Lσ13为高压绕组与低压绕组的漏电感设计值;dins1为高压绕组匝间距离;dins3为低压绕组匝间距离;m1为高压绕组层数;Fm1和Fm2为中间变量, df2为中压绕组厚度,η为修正系数,m2为中压绕组层数,hr为中压绕组单匝高度,N2为中压绕组每层匝数;F11、F12、F31和F32为中间变量, df1为高压绕组厚度, df3为低压绕组厚度;diso12为第二距离。
可选的,所述根据所述第一距离值、所述第二距离值和所述第三距离值,确定第四距离值,具体包括:
利用公式d2=d1-diso12-dw2-diso23-dw3确定所述第四距离值;其中,d2为第四距离值;d1为第一距离值;diso12为第二距离值;diso23为第三距离值;dw2为中压绕组区域宽度;dw3为低压绕组区域宽度。
可选的,所述距离设计值为满足低压绕组实际应用电压等级下根据绝缘条件确定的最小绝缘距离。
可选的,所述设定阈值为所述距离设计值的2%。
可选的,所述当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值,具体包括:
减小所述第一距离值的数值。
本发明还提供一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定系统,包括:
第一距离值获取模块,用于获取第一距离值;所述第一距离值为当前高压绕组与铁心内柱之间的距离;
第二距离值确定模块,用于根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值;所述第二距离值为高压绕组与中压绕组之间的距离;
中压绕组区域漏磁能量确定模块,用于根据所述第一距离值和所述第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量;
第三距离值确定模块,用于根据所述中压绕组区域漏磁能量确定第三距离值;所述第三距离值为中压绕组和低压绕组之间的距离;
第四距离值确定模块,用于根据所述第一距离值、所述第二距离值和所述第三距离值,确定第四距离值;所述第四距离值为低压绕组与铁心内柱之间的距离;
判断模块,用于判断所述第四距离值与距离设计值的差值是否小于设定阈值;
最终距离确定模块,用于当所述第四距离值与距离设计值的差值小于设定阈值时,将所述第二距离值确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离;将所述第三距离值确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离;
更新模块,用于当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值;并返回根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值的步骤。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明能够在给定漏电感设计值的前提下对三绕组高频降压变压器绕组间距离进行准确计算,同时可以保证低压绕组与铁心内柱间距离满足其绝缘要求。对于指导工程中三绕组高频降压变压器的设计具有重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为三绕组高频降压变压器主视图;
图2为三绕组高频降压变压器俯视图;
图3为本发明三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法的流程示意图;
图4为本发明三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
三绕组高频降压变压器中,高压绕组和低压绕组间存在中压绕组区域,如图1和图2所示,三绕组高频降压变压器中的绕组排布由铁心内柱向外依次为低压绕组、中压绕组、高压绕组。本发明基于漏电感设计值,可以确定三绕组高频降压变压器的绕组间的距离,包括高压绕组与中压绕组之间的距离和中压绕组和低压绕组之间的距离。
图3为本发明三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法的流程示意图。如图3所示,本发明三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法包括以下步骤:
步骤100:获取第一距离值。第一距离值为当前高压绕组与铁心内柱之间的距离。高压绕组与铁心内柱之间的距离初值d10为:
d10=1.5(dw1+dw2+dw3+dmin1+dmin2);
其中,d10为所述第一距离值的初值,dw1为高压绕组区域宽度,dw2为中压绕组区域宽度,dw3为低压绕组区域宽度,dmin1为高压绕组与中压绕组之间最小绝缘距离,dmin2为中压绕组与低压绕组之间最小绝缘距离。
步骤200:根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和第一距离值,确定第二距离值。第二距离值为高压绕组与中压绕组之间的距离。具体公式为:
其中,diso12为第二距离,即高压绕组和中压绕组之间的距离;Lσ12为高压绕组与中压绕组的漏电感设计值;hw1为高压绕组高度;μ0为真空磁导率;l1为高绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;N1为高压绕组每层匝数;dins1为高压绕组匝间距离;dins2为中压绕组匝间距离;m2为中压绕组层数;δ为趋肤深度,σ为铜电导率,f为变压器工作频率;F11、F12、F21和F22为中间变量,df1为高压绕组厚度,df2为中压绕组厚度。
步骤300:根据第一距离值和第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量。本发明将中压绕组等效为一个宽箔片,并将等效后的宽箔片的电导率进行修正,可以近似计算出宽箔片区域的漏磁能量,宽箔片区域的漏磁能量即为中压绕组区域漏磁能量。宽箔片区域漏磁能量计算公式为:
其中,Wm为宽箔片的漏磁能量,即中压绕组区域漏磁能量;N1为高压绕组每层匝数;I1为高压绕组电流有效值;hw2为中压绕组高度;μ0为真空磁导率;l2为中压绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;δ为趋肤深度,σ为铜电导率,f为变压器工作频率;Fm1和Fm2为中间变量,df2为中压绕组厚度,dins2为中压绕组匝间距离,η为修正系数,m2为中压绕组层数,hr为中压绕组单匝高度,df2为中压绕组厚度,N2为中压绕组每层匝数。
步骤400:根据中压绕组区域漏磁能量确定第三距离值。第三距离值为中压绕组和低压绕组之间的距离。得到中压绕组区域漏磁能量后,可以推导基于高低压绕组间漏电感设计值的中压绕组和低压绕组间距离,即第三距离值。公式如下:
其中,diso23为第三距离值,即中压绕组和低压绕组之间的距离;hw2为中压绕组高度;μ0为真空磁导率;l2为中压绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;N1为高压绕组每层匝数;Lσ13为高压绕组与低压绕组的漏电感设计值;dins1为高压绕组匝间距离;dins3为低压绕组匝间距离;m1为高压绕组层数;Fm1和Fm2为中间变量, df2为中压绕组厚度,η为修正系数,m2为中压绕组层数,hr为中压绕组单匝高度,N2为中压绕组每层匝数;F11、F12、F31和F32为中间变量, df1为高压绕组厚度, df3为低压绕组厚度;;diso12为第二距离。
步骤500:根据第一距离值、第二距离值和第三距离值,确定第四距离值。第四距离值为低压绕组与铁心内柱之间的距离。第四距离值d2为:
d2=d1-diso12-dw2-diso23-dw3;
其中,d2为第四距离值;d1为第一距离值;diso12为第二距离值;diso23为第三距离值;dw2为中压绕组区域宽度;dw3为低压绕组区域宽度。
步骤600:判断第四距离值与距离设计值的差值是否小于设定阈值。如果是,执行步骤700;如果否,执行步骤800。本发明中距离设计值为满足低压绕组实际应用电压等级下根据绝缘条件确定的最小绝缘距离,设定阈值为所述距离设计值的2%,此时第四距离值十分接近距离设计值。
步骤700:将第二距离值确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离,将第三距离值确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离。
步骤800:更新第一距离值。并返回步骤200。当第四距离值与距离设计值相差较大时,需要更新第一距离值,然后按照步骤200-步骤600的过程重新计算第四距离值并判断是否符合要求。本发明中高压绕组与铁心内柱之间的距离初值即第一距离的初值较大,所以初次计算得到的第四阈值会大于距离设计值,且两者相差较多,即第四距离值与距离设计值的差值大于设定阈值,因此,采用减小第一距离值的方式更新第一距离值,使第四距离值逐渐接近距离设计值。
采用三上述方法可以在漏电感设计值一定的情况下,确定高频降压变压器高压绕组、中压绕组和低压绕组的位置,为工程设计提供指导。
对应上述方法,本发明还提供一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定系统,图4为本发明三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定系统的结构示意图。如图4所示,本发明三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定系统包括以下结构:
第一距离值获取模块401,用于获取第一距离值;所述第一距离值为当前高压绕组与铁心内柱之间的距离。
第二距离值确定模块402,用于根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值;所述第二距离值为高压绕组与中压绕组之间的距离。
中压绕组区域漏磁能量确定模块403,用于根据所述第一距离值和所述第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量。
第三距离值确定模块404,用于根据所述中压绕组区域漏磁能量确定第三距离值;所述第三距离值为中压绕组和低压绕组之间的距离。
第四距离值确定模块405,用于根据所述第一距离值、所述第二距离值和所述第三距离值,确定第四距离值;所述第四距离值为低压绕组与铁心内柱之间的距离。
判断模块406,用于判断所述第四距离值与距离设计值的差值是否小于设定阈值。
最终距离确定模块407,用于当所述第四距离值与距离设计值的差值小于设定阈值时,将所述第二距离值确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离;将所述第三距离值确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离。
更新模块408,用于当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值;并返回根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值的步骤。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法,其特征在于,包括:
获取第一距离值;所述第一距离值为当前高压绕组与铁心内柱之间的距离;
根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值;所述第二距离值为高压绕组与中压绕组之间的距离;确定第二距离值的公式为:其中,diso12为第二距离,即高压绕组和中压绕组之间的距离;Lσ12为高压绕组与中压绕组的漏电感设计值;hw1为高压绕组高度;μ0为真空磁导率;l1为高压绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;N1为高压绕组每层匝数;dins1为高压绕组匝间距离;dins2为中压绕组匝间距离;m2为中压绕组层数;δ为趋肤深度,σ为铜电导率,f为变压器工作频率;F11、F12、F21和F22为中间变量,df1为高压绕组厚度,df2为中压绕组厚度;
根据所述第一距离值和所述第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量,具体过程为:将中压绕组等效为宽箔片,对等效后的宽箔片的电导率进行修正,利用公式计算宽箔片的漏磁能量;其中,Wm为宽箔片的漏磁能量;I1为高压绕组电流有效值;hw2为中压绕组高度;l2为中压绕组平均匝长;Fm1和Fm2为中间变量, η为修正系数,hr为中压绕组单匝高度,N2为中压绕组每层匝数;将所述宽箔片的漏磁能量确定为所述中压绕组区域的漏磁能量;
根据所述中压绕组区域漏磁能量确定第三距离值;所述第三距离值为中压绕组和低压绕组之间的距离;确定第三距离值的具体公式为:其中,diso23为第三距离值,即中压绕组和低压绕组之间的距离;Lσ13为高压绕组与低压绕组的漏电感设计值;dins3为低压绕组匝间距离;m3为低压绕组层数;F31和F32为中间变量,df3为低压绕组厚度;
根据所述第一距离值、所述第二距离值和所述第三距离值,确定第四距离值;所述第四距离值为低压绕组与铁心内柱之间的距离;确定第四距离值的具体为:d2=d1-diso12-dw2-diso23-dw3;其中,d2为第四距离值;d1为第一距离值;dw2为中压绕组区域宽度;dw3为低压绕组区域宽度;
判断所述第四距离值与距离设计值的差值是否小于设定阈值;
当所述第四距离值与距离设计值的差值小于设定阈值时,将所述第二距离值确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离;将所述第三距离值确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离;
当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值;并返回根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值的步骤。
2.根据权利要求1所述的三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法,其特征在于,所述获取第一距离值,之前还包括:
利用公式d10=1.5(dw1+dw2+dw3+dmin1+dmin2)确定所述第一距离值的初值;其中,d10为所述第一距离值的初值,dw1为高压绕组区域宽度,dw2为中压绕组区域宽度,dw3为低压绕组区域宽度,dmin1为高压绕组与中压绕组之间最小绝缘距离,dmin2为中压绕组与低压绕组之间最小绝缘距离。
3.根据权利要求2所述的三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法,其特征在于,所述距离设计值为满足低压绕组实际应用电压等级下根据绝缘条件确定的最小绝缘距离。
4.根据权利要求3所述的三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法,其特征在于,所述设定阈值为所述距离设计值的2%。
5.根据权利要求1所述的三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定方法,其特征在于,所述当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值,具体包括:
减小所述第一距离值的数值。
6.一种三绕组高频降压变压器的绕组间距离确定系统,其特征在于,包括:
第一距离值获取模块,用于获取第一距离值;所述第一距离值为当前高压绕组与铁心内柱之间的距离;
第二距离值确定模块,用于根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值;所述第二距离值为高压绕组与中压绕组之间的距离;确定第二距离值的公式为:其中,diso12为第二距离,即高压绕组和中压绕组之间的距离;Lσ12为高压绕组与中压绕组的漏电感设计值;hw1为高压绕组高度;μ0为真空磁导率;l1为高压绕组平均匝长;m1为高压绕组层数;N1为高压绕组每层匝数;dins1为高压绕组匝间距离;dins2为中压绕组匝间距离;m2为中压绕组层数;δ为趋肤深度,σ为铜电导率,f为变压器工作频率;F11、F12、F21和F22为中间变量,df1为高压绕组厚度,df2为中压绕组厚度;
中压绕组区域漏磁能量确定模块,用于根据所述第一距离值和所述第二距离值,确定中压绕组区域漏磁能量具体过程为:将中压绕组等效为宽箔片,对等效后的宽箔片的电导率进行修正,利用公式计算宽箔片的漏磁能量;其中,Wm为宽箔片的漏磁能量;I1为高压绕组电流有效值;hw2为中压绕组高度;l2为中压绕组平均匝长;Fm1和Fm2为中间变量,η为修正系数,hr为中压绕组单匝高度,N2为中压绕组每层匝数;将所述宽箔片的漏磁能量确定为所述中压绕组区域的漏磁能量;
第三距离值确定模块,用于根据所述中压绕组区域漏磁能量利用公式确定第三距离值;所述第三距离值为中压绕组和低压绕组之间的距离;其中,diso23为第三距离值,即中压绕组和低压绕组之间的距离;Lσ13为高压绕组与低压绕组的漏电感设计值;dins3为低压绕组匝间距离;m3为低压绕组层数;F31和F32为中间变量,df3为低压绕组厚度;
第四距离值确定模块,用于根据所述第一距离值、所述第二距离值和所述第三距离值,利用公式d2=d1-diso12-dw2-diso23-dw3确定第四距离值;所述第四距离值为低压绕组与铁心内柱之间的距离;其中,d2为第四距离值;d1为第一距离值;dw2为中压绕组区域宽度;dw3为低压绕组区域宽度;
判断模块,用于判断所述第四距离值与距离设计值的差值是否小于设定阈值;
最终距离确定模块,用于当所述第四距离值与距离设计值的差值小于设定阈值时,将所述第二距离值确定为高压绕组与中压绕组之间的最终距离;将所述第三距离值确定为中压绕组和低压绕组之间的最终距离;
更新模块,用于当所述第四距离值与距离设计值的差值不小于设定阈值时,更新所述第一距离值;并返回根据高压绕组与中压绕组的漏电感设计值和所述第一距离值,确定第二距离值的步骤。
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