CN112382486B - 一种环形绕组的直线式移相变压器、控制方法及应用 - Google Patents

一种环形绕组的直线式移相变压器、控制方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于变压器技术领域，公开了一种环形绕组的直线式移相变压器、控制方法及应用，原、副边采用对称结构且固定不动，铁芯上的绕组采用环形绕组，相应的两绕组内部连接后，将另一绕线端子引出，接在接线排上，接线排固定于接线盒后，将接线盒固定在变压器保护罩外部。本发明应用于整流时，原边通入三相交流电后，气隙中形成行波磁场，副边产生感应电势，由于同一侧绕组匝数相同且分布于直线上，具有较好的移相功能，理论上说可根据需求实现任意角度的移相；本发明应用于逆变时，原边通入三相桥式逆变系统输出的3×n相脉波，副边输出三相交流电。本发明嵌线简单，减小了端部漏抗，极大简化了移相变压器的结构，易于模块化。

Description

一种环形绕组的直线式移相变压器、控制方法及应用
技术领域
本发明属于变压器技术领域，尤其涉及一种环形绕组的直线式移相变压器、控制方法及应用。
背景技术
目前，在电力系统中，公用电网提供的是频率和电压固定的电能，但各种用电设备对电源的要求各不相同，将电网提供的电能经过合理的变换再供负载使用，会使负载工作在最佳状态从而取得更好的经济效益。电力变换的作用是将电网提供的电能转变为满足各种不同用电设备要求的电源。同时，经电力变换处理后电能的使用量在总发电量中的占比，已成为衡量国家经济社会发展与技术进步的重要因素。
但随着变压器的发展及普遍应用，大量工作在不同电压下的负载涌入电网，公用电网的谐波污染日趋严重，不但影响电网的稳定性，而且对自己的工作性能产生不利的影响。
移相变压器采用多重化技术，可以有效的减少输出电压的谐波，降低电网污染，提高输出电压波形的质量、改善输出性能，同时起到电气隔离的作用，避免单个负载出现故障对整个电网系统产生较大影响。
从铁心结构形式出发，目前移相变压器可分为隔离型、自耦型、圆形和直线式移相变压器四类。
隔离型移相变压器主要为轴向双分裂式结构，原副边绕组联结根据实际应用情况采取Y形、三角形、延边三角形、曲折形、多边形等方式的组合，为更好的抑制谐波，在设计变压器时应注意副边绕组的对称性。隔离型变压器可以有效的实现电气隔离，可靠性较高，但原副边的能量传递完全通过磁耦合实现，导致等效容量大，变压器体积较大。
自耦型移相变压器常用的为T形、星形、多边形和之字形等绕组联结形式，变压器效率和制造工艺较隔离型移相变压器均有所提高，不足之处在于不能实现电气隔离。隔离型和自耦型移相变压器的铁心结构多采用心柱式，利用特定的绕组形式来实现某一角度的移相。当功率较大或相数较多时，变压器的体积和重量巨增，铁心利用率较低，同时绕组结构将十分复杂，导致加工难度大。
新型结构的圆形移相变压器，定子侧作为变压器原边，转子侧作为变压器副边，原边通入三相交流电后，气隙中形成旋转磁场，副边感应产生感应电势，由于同一侧绕组匝数相同且分布于同一圆周上，使得磁路与电路完全对称，圆形移相变压器具有较好的移相功能，但是圆形移相变压器的自身结构复杂，铁芯制造和线圈绕组绕线都比较复杂，同时圆形移相变压器不便于拓展，气隙磁场难以控制。
现有的直线式移相变压器采用长短距绕组，原副边铁心对称。原边通入三相交流电后，气隙中形成行波磁场，副边绕组产生感应电势，由于同一侧绕组匝数相同且分布于同一直线上，具有较好的移相功能，但现有的直线式移相变压器绕组结构为双层叠绕组形式，嵌线困难，匝数受到限制，端部漏抗较大。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有的隔离型和自耦型移相变压器的铁心结构多采用心柱式，利用特定的绕组形式来实现某一角度的移相。当功率较大或相数较多时，变压器的体积和重量巨增，铁心利用率较低，同时绕组结构将十分复杂，导致加工难度大。
(2)现有的圆形移相变压器的自身结构复杂，铁芯制造和线圈绕组绕线都比较复杂，同时圆形移相变压器不便于拓展，气隙磁场难以控制。
(3)现有的直线式变压器为长短距直线式移相变压器，原副边为对称结构，原副边采用双层叠绕组，该型结构，嵌线困难，匝数受到限制，端部漏抗较大。
解决以上问题及缺陷的难度为：
现有的四种移相变压器上述缺陷均是由结构性质决定的，相应缺陷无法从根本上解决。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种环形绕组的直线式移相变压器、控制方法及应用。
本发明是这样实现的，一种环形绕组的直线式移相变压器为原边输入为十二组六阶梯波电压，副边输出三相交流电的直线移相变压器。十二相侧和三相侧槽数为24槽，极对数为1，并联支路数均为1。
包括支撑底座，支撑底座的顶部为保护罩，保护罩内下部固定安装第一支撑板，所述第一支撑板的顶部固定安装有原边铁芯，所述原边铁芯上方为副边铁芯，所述副边铁芯的顶部固定安装有第二支撑板，第一第二支撑板的四个角安装有固定螺丝，且原副边铁芯均用固定螺丝安装在支撑板上。原副边外侧缠绕有环形绕组，引出至接线排上；接线排固定安装在接线盒内，接线盒固定在保护罩顶部。
进一步，所述原副边铁芯采用DW465-50硅钢片压制而成，绕组采用紫铜聚氨酯铜线无氧铜线。
进一步，所述保护壳的顶部安装有接线盒，使引出线之间及引出线与变压器外壳之间绝缘，同时起固定引出线的作用。所有接线均在保护壳内部完成。
进一步，所述保护壳的两侧外壁上分别开设有通风孔。
进一步，从变压器绕组结构看，原边包括有十二相，每相有一个线圈，分别为A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4；每相由两个导体元件组成，每个导体元件都绕过铁芯，形成一个环形，两个导体元件的距离为整距，其中A1、B1、C1线圈的一端接成公共点O1，A2、B2、C2线圈的一端接成公共点O2，A3、B3、C3线圈的一端接成公共点O3，A4、B4、C4线圈的一端接成公共点O4，公共点不引出；各个相的另一端对外引出，记为A1、 A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4。副边包括有三相：每条支路由两个元件导体组成，每个导体元件都绕过铁芯，形成一个环形，两个导体元件的距离为整距，分别记为a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、 c4；其中a1、a2、a3、a4线圈串联成a相，b1、b2、b3、b4线圈串联成b相，c1、c2、c3、c4线圈串联成c相，abc相一端接成公共点o，各个支路的另一端对外引出，记为a,b,c。
进一步，十二相侧时间排列上A1、A2、A3、A4依次滞后15电角度，B1、 B2、B3、B4依次滞后15电角度，C1、C2、C3、C4依次滞后15电角度；A1、 B1、C1依次滞后120电角度，A2、B2、C2依次滞后120电角度，A3、B3、 C3依次滞后120电角度，A4、B4、C4依次滞后120电角度。
进一步，十二相侧空间排列上，A1、A2、A3、A4相依次相差15机械角度， B1、B2、B3、B4相依次相差15机械角度，C1、C2、C3、C4相依次相差15 机械角度。
进一步，A1支路的首端记为A1，尾端记为X1；A2支路的首端记为A2，尾端记为X2；A3支路的首端记为A3，尾端记为X3；A4支路的首端记为A4，尾端记为X4；B1支路的首端记为B1，尾端记为Y1；B2支路的首端记为B2，尾端记为Y2；B3支路的首端记为B3，尾端记为Y3；B4支路的首端记为B4，尾端记为Y4；C1支路的首端记为C1，尾端记为Z1；C2支路的首端记为C2，尾端记为Z2；C3支路的首端记为C3，尾端记为Z3；C4支路的首端记为C4，尾端记为Z4；支路的一端X1、Y1、Z1线圈的一端接成公共点O1，X2、Y2、 Z2线圈的一端接成公共点O2，X3、Y3、Z3线圈的一端接成公共点O3，X4、 Y4、Z4线圈的一端接成公共点O4，公共点不引出；支路的另一端对外引出，记为A1、A2、A3、A4相依次相差15度，B1、B2、B3、B4相依次相差15度， C1、C2、C3、C4相依次相差15度。
进一步，三相侧时间排列上a、b、c依次滞后120电角度。
进一步，三相侧空间排列上a、b、c依次滞后120机械角度。
进一步，a支路的首端记为a，尾端记为x；b支路的首端记为b，尾端记为 y；c支路的首端记为c，尾端记为z；支路的一端x、y、z接成公共点o；支路的另一端对外引出，记为a、b、c，且互差120电角度。
本发明的另一目的在于一种环形绕组的直线式移相变压器的控制方法，所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法包括：
通过控制电路分别控制四组三相逆变电路中的多个IGBT；
同一组逆变器中，同一桥臂的开关管导通信号互差180电角度，不同桥臂对应的导通信号互差120电角度，各组逆变器中相对应的开关管导通信号依次滞后15电角度；
每一组逆变器的多个IGBT开关管，在接收到控制电路的开关信号后依次导通，每组逆变器输出依次相差120度的六阶梯波；
三相逆变器的输出连接直线式移相变压器的原边多套绕组，在变压器中进行叠加形成多阶梯波，三组多阶梯波在气隙中形成行波磁场，副边绕组从中感应出三相交流电。
进一步，整流时，原边通入三相交流电后，气隙中形成行波磁场，副边感应产生感应电势，同一侧绕组匝数相同且分布于直线上，根据需求实现任意角度的移相。
进一步，逆变时，原边通入三相桥式逆变系统输出的多相脉波，副边输出三相交流电。
本发明的另一目的在于一种应用所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法在12/3相多重叠加逆变系统、整流系统上的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
(1)本发明的原副边长度相等且固定不动，原边通入三相交流电后在气隙内产生行波磁场，副边导体产生感应电流，通过对控制电路与绕组接入位置的设计起到移相的作用，理论上可以实现更多的相数，极大简化了移相变压器的结构，减少了谐波；同时气隙可以做到极小，大大提高了功率。
(2)本发明设计过程简单，针对不同的移相角度，只需要改变槽数和绕组结构。
(3)本发明采用环形绕组后，减小了端部绕组，减少了铜线使用量，降低了绕组损耗，制造工艺简单，极易放线，极大程度上降低了变压器制造过程中绕组嵌线难度。
(4)本发明实用性强，结构简单，布线平整，散热效果好。
(5)本发明易于模块化，便与拓展，有效的解决电力电子器件的容量问题，适用于大功率逆变系统。
本发明应用于整流时，原边通入三相交流电后，气隙中形成行波磁场，副边感应产生感应电势，由于同一侧绕组匝数相同且分布于直线上，具有较好的移相功能，理论上说可根据需求实现任意角度的移相；本发明应用于逆变时，原边通入三相桥式逆变系统输出的多相脉波，副边输出三相交流电。本发明采用新型环形绕组大大减小了端部绕组，减少了绕组损耗，极大简化了移相变压器的结构，易于模块化。
对比的技术效果或者实验效果。
当相数和移相角度变化时，采用自耦型和隔离性变压器需要对变压器进行重新设计，过程复杂。采用圆形移相变压器铁芯制造和线圈绕组绕线都比较复杂，同时圆形移相变压器不便于拓展，气隙磁场难以控制。采用叠绕组直线移相变压器，端部漏抗较大。而采用环形绕组的直线式移相变压器后，可实现任意角度的移相，简化了变压器结构；只需要改变开槽数和绕线方式，设计过程简单；大大减少了气隙磁场干扰；加工方便，易于模块化，便于拓展叠加，能够适用于大功率场合。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的环形绕组的直线式移相变压器结构示意图。
图2是本发明实施例提供的十二相侧星形图。
图3是本发明实施例提供的十二相侧绕组分布图。
图4是本发明实施例提供的三相侧星形图。
图5是本发明实施例提供的三相侧绕组分布图。
图6是本发明实施例提供的直线移相变压器铁芯结构示意图。
图7是本发明实施例提供的12/3相直线式移相变压器三维绕组布置图。
图8是本发明实施例提供的12/3相直线式移相变压器二维绕组布置图。
图9是本发明实施例提供的12/3相直线式移相变压器接线盒端子分布图。
图10是本发明实施例提供的多重叠加逆变系统结构示意图。
图11是本发明实施例提供的12/3相直线式移相变压器原边绕组相位关系图。
图12是本发明实施例提供的额定负载时三相电压波形图。
图13是本发明实施例提供的额定负载时A相电压谐波分析。
图14是本发明实施例提供的70％负载时三相电压波形图。
图15是本发明实施例提供的70％负载时A相电压谐波分析示意图。
图16是本发明实施例提供的50％负载时三相电压波形图。
图17是本发明实施例提供的50％负载时A相电压谐波分析示意图。
图18是本发明实施例提供的30％负载时三相电压波形图。
图19是本发明实施例提供的30％负载时A相电压谐波分析示意图。
图20是本发明实施例提供的空载时三相电压波形图。
图21是本发明实施例提供的空载时A相电压谐波分析示意图。
图22是本发明实施例提供的系统性能指标随负载的变化曲线图。
图23是本发明实施例提供的输出电压性能指标随负载的变化曲线图。
图24是本发明实施例提供的多重叠加整流系统图。
图25是本发明实施例提供的三相输入电压图。
图26是本发明实施例提供的三相输入电流图。
图27是本发明实施例提供的一组三相绕组电压图。
图28是本发明实施例提供的十二个绕组电压图。
图29是本发明实施例提供的第一组三相绕组电流图。
图30是本发明实施例提供的十二个绕组电流图。
图31是本发明实施例提供的整流后输出电压。
图32是本发明实施例提供的A相输入电流频谱图。
图33是本发明实施例提供的三相输入电流各次谐波含量。
图34是本发明实施例提供的直流输出电压频谱图。
图35是本发明实施例提供的直流输出电压各次谐波含量数据图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种环形绕组的直线式移相变压器，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的环形绕组的直线式移相变压器的支撑底座1的顶部固定有保护罩2，保护罩2的顶部安装有接线盒3。保护罩2的两侧外壁上分别开设有通风孔4。
保护罩2内下部固定安装第一支撑板，第一支撑板上端通过螺丝固定有原边铁芯，所述原边铁芯上方设置有副边铁芯，所述副边铁芯的上端通过螺丝固定在第二支撑板下端；原边铁芯和副边铁芯外侧分别缠绕有环形绕组，环形绕组引出至接线排上，接线排固定安装在接线盒内。
从变压器绕组结构看，原边包括有十二相，每相有一个线圈，分别为A1、 A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4；每相由两个导体元件组成，每个导体元件都绕过铁芯，形成一个环形，两个导体元件的距离为整距，其中A1、B1、C1线圈的一端接成公共点O1，A2、B2、C2线圈的一端接成公共点O2，A3、B3、C3线圈的一端接成公共点O3，A4、B4、C4线圈的一端接成公共点O4，公共点不引出；各个相的另一端对外引出，记为A1、A2、A3、 A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4。副边包括有三相：每条支路由两个元件导体组成，每个导体元件都绕过铁芯，形成一个环形，两个导体元件的距离为整距，分别记为a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4；其中a1、a2、a3、a4线圈串联成a相，b1、b2、b3、b4线圈串联成b相，c1、c2、 c3、c4线圈串联成c相，abc相一端接成公共点o，各个支路的另一端对外引出，记为a,b,c。
在本发明中，十二相侧时间排列上A1、A2、A3、A4依次滞后15电角度， B1、B2、B3、B4依次滞后15电角度，C1、C2、C3、C4依次滞后15电角度； A1、B1、C1依次滞后120电角度，A2、B2、C2依次滞后120电角度，A3、 B3、C3依次滞后120电角度，A4、B4、C4依次滞后120电角度。
十二相侧空间排列上，A1、A2、A3、A4相依次相差15机械角度，B1、 B2、B3、B4相依次相差15机械角度，C1、C2、C3、C4相依次相差15机械角度。
在本发明中，A1支路的首端记为A1，尾端记为X1；A2支路的首端记为 A2，尾端记为X2；A3支路的首端记为A3，尾端记为X3；A4支路的首端记为 A4，尾端记为X4；B1支路的首端记为B1，尾端记为Y1；B2支路的首端记为 B2，尾端记为Y2；B3支路的首端记为B3，尾端记为Y3；B4支路的首端记为 B4，尾端记为Y4；C1支路的首端记为C1，尾端记为Z1；C2支路的首端记为 C2，尾端记为Z2；C3支路的首端记为C3，尾端记为Z3；C4支路的首端记为 C4，尾端记为Z4；支路的一端X1、Y1、Z1线圈的一端接成公共点O1，X2、 Y2、Z2线圈的一端接成公共点O2，X3、Y3、Z3线圈的一端接成公共点O3， X4、Y4、Z4线圈的一端接成公共点O4，公共点不引出；支路的另一端对外引出，记为A1、A2、A3、A4相依次相差15度，B1、B2、B3、B4相依次相差 15度，C1、C2、C3、C4相依次相差15度。
A1支路由1个线圈组成，其中导体元件1-13相连，组成一个线圈；线圈的首端1和尾端13引出，可得A1支路的首端A1和尾端X1；
A2支路由1个线圈组成，其中导体元件2-14相连，组成一个线圈；线圈的首端2和尾端14引出，可得A2支路的首端A2和尾端X2；
A3支路由1个线圈组成，其中导体元件3-15相连，组成一个线圈；线圈的首端3和尾端15引出，可得A3支路的首端A3和尾端X3；
A4支路由1个线圈组成，其中导体元件4-16相连，组成一个线圈；线圈的首端4和尾端16引出，可得A4支路的首端A4和尾端X4；
B1支路由1个线圈组成，其中导体元件9-21相连，组成一个线圈；线圈的首端9和尾端21引出，可得B1支路的首端B1和尾端Y1；
B2支路由1个线圈组成，其中导体元件10-22相连，组成一个线圈；线圈的首端10和尾端22引出，可得B2支路的首端B2和尾端Y2；
B3支路由1个线圈组成，其中导体元件11-23相连，组成一个线圈；线圈的首端11和尾端23引出，可得B3支路的首端B3和尾端Y3；
B4支路由1个线圈组成，其中导体元件12-24相连，组成一个线圈；线圈的首端12和尾端24引出，可得B4支路的首端B4和尾端Y4；
C1支路由1个线圈组成，其中导体元件17-5相连，组成一个线圈；线圈的首端17和尾端5引出，可得C1支路的首端C1和尾端Z1；
C2支路由1个线圈组成，其中导体元件18-6相连，组成一个线圈；线圈的首端18和尾端6引出，可得C2支路的首端C2和尾端Z2；
C3支路由1个线圈组成，其中导体元件19-7相连，组成一个线圈；线圈的首端19和尾端7引出，可得C3支路的首端C3和尾端Z3；
C4支路由1个线圈组成，其中导体元件20-8相连，组成一个线圈；线圈的首端20和尾端8引出，可得C4支路的首端C4和尾端Z4；
三相侧时间排列上a、b、c依次滞后120电角度。
在本发明中，三相侧空间排列上a、b、c依次滞后120机械角度。
在本发明中，a支路的首端记为a，尾端记为x；b支路的首端记为b，尾端记为y；c支路的首端记为c，尾端记为z；支路的一端x、y、z接成公共点o；支路的另一端对外引出，记为a、b、c，且互差120电角度。
a支路由4个线圈组成，其中导体元件1-13相连，组成第一个线圈；2-14 相连，组成第二个线圈，3-15相连，组成第三个线圈；4-16相连，组成第四个线圈，再把四个线圈按照顺序1-13-2-14-3-15-4-16首尾串联，从第一个线圈的首端1和第四个线圈的尾端16引出，可得a支路的首端a和尾端x；
b支路由4个线圈组成，其中导体元件9-21相连，组成第一个线圈；10-22 相连，组成第二个线圈，11-23相连，组成第三个线圈；12-24相连，组成第四个线圈，再把四个线圈按照顺序9-21-10-22-11-23-12-24首尾串联，从第一个线圈的首端9和第四个线圈的尾端24引出，可得c支路的首端c和尾端z；
c支路由4个线圈组成，其中导体元件17-5相连，组成第一个线圈；18-6 相连，组成第二个线圈，19-7相连，组成第三个线圈；20-8相连，组成第四个线圈，再把四个线圈按照顺序17-5-18-6-19-7-20-8首尾串联，从第一个线圈的首端17和第四个线圈的尾端8引出，可得b支路的首端b和尾端y。
本发明提供一种环形绕组的直线式移相变压器的控制方法，所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法包括：
通过控制电路分别控制四组三相逆变电路中的多个IGBT；
同一组逆变器中，同一桥臂的开关管导通信号互差180电角度，不同桥臂对应的导通信号互差120电角度，各组逆变器中相对应的开关管导通信号依次滞后15电角度；
每一组逆变器的多个IGBT开关管，在接收到控制电路的开关信号后依次导通，每组逆变器输出依次相差120度的六阶梯波；
三相逆变器的输出连接直线式移相变压器的原边多套绕组，在变压器中进行叠加形成多阶梯波，三组多阶梯波在气隙中形成行波磁场，副边绕组从中感应出三相交流电。
整流时，原边通入三相交流电后，气隙中形成行波磁场，副边感应产生感应电势，同一侧绕组匝数相同且分布于直线上，根据需求实现任意角度的移相。
逆变时，原边通入三相桥式逆变系统输出的多相脉波，副边输出三相交流电。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行说明。
实施例一：
本发明实施例提供的直线式移相变压器应用于12/3相多重叠加逆变系统，如图10所示，多重叠加逆变系统由控制电路、逆变电路、移相变压器和负载组成。
控制电路是24个控制信号组成，分别控制四组三相逆变电路中的24个 IGBT。同一组逆变器中，同一桥臂的开关管导通信号互差180电角度，不同桥臂对应的导通信号互差120电角度，各组逆变器中相对应的开关管导通信号依次滞后15电角度。逆变电路由4组三相半桥逆变器组成，每一组逆变器由6个 IGBT开关管组成，在接收到控制电路的开关信号后依次导通，每组逆变器输出依次相差120度的六阶梯波。4组三相逆变器的输出连接直线式移相变压器的原边12套绕组，在变压器中进行叠加形成24阶梯波，几近于正弦波，三组24阶梯波在气隙中形成行波磁场，副边绕组从中感应出三相交流电。
图12至图21为实施例一的仿真分析图，为不同负载工况下，直线式移相变压器副边输出三相电压及A相FFT分析，表1为主要性能指标随负载变化规律，图22和图23为与之对应的指标曲线。分析可知：
(1)空载时，逆变器输出为24阶梯波，谐波含量为9.05％；额定负载时，逆变系统输出的电压波形非常接近正弦波，输出电压谐波含量为3.31％，满足国家标准中小于5％的要求；输出电压谐波含量随负载减小而增大，空载时达到最大。这是因为绕组材料为感性，当有电流流过时，绕组起到分压和滤波的作用。负载越大，外接的阻抗的阻值就越小，绕组内的电流就越大，分压和滤波作用就越明显，对应的三相输出电压的基波幅值和谐波含量就越小。
(2)额定负载时，逆变系统直流母电电压为120V，一组逆变器中直流侧输入电流为2.235A，输出相电压幅值为189.8V，相电流幅值为3.482A，故效率为92.4％，其他负载工况时，基于直线式移相变压器的逆变系统效率均在90％以上，符合设计要求。
(3)三相不平衡运行将增加变压器的损耗，同时造成变压器零序电流过大，局部金属零件温升增高。不同负载下，直线式移相变压器副边绕组输出电压的三相不平衡度均远远小于2％，符合国家标准；
(4)随着负载的增加，电压调整率增加，额定负载时，电压调整率为3.46％，与心柱式及圆形结构相比，电压调整率较低，稳压性能较好。
表1主要性能指标随负载的变化
Figure GDA0003333968590000131
实施例二：本发明实施例提供的直线式移相变压器应用于3/12相多重叠加整流系统，如图24所示，多重叠加整流系统由三相电源、移相变压器、整流电路和负载组成。在原边三相侧通入三相电源。副边十二相侧可以得到互差15°的十二相电源，经整流滤波后得到直流电源。
下面结合仿真分析对本发明作进一步描述。
仿真
平板式移相变压器的原边三相输入电压、三相输入电流见图25与图26所示。
次边十二个绕组的电压如图27与图28所示。
次边十二个绕组中的电流如图29和图30所示。
对所得三相输入电流中进行FFT分析，其中A相输入电流频谱为图32，三相各次谐波含量如图33。
从图32和图33中数据可以得到，输入电流中主要谐波为11次和13次、 23次和25次谐波，因为原边采用短距绕组削弱了5次和7次谐波，所以输入电流谐波剩下次谐波。
计算各相输入电流的THD，经过计算得到
A相输入电流THD＝2.11％；
B相输入电流THD＝2.06％；
C相输入电流THD＝2.08％。
同样的，对整流输出电压也进行FFT分析，得到其频谱图和各次各次谐波含量如图34和图35：
从图35中数据可以看出，输出直流电压中的主要谐波为12次和24次，满足十二相整流直流输出只含有12K次谐波。计算其纹波系数γ＝1.48％。
同时可以得到，基于环形直线式移相变压器的十二相整流装置能在没有滤波装置的情况下输出平稳的直流，同时输入电流谐波含量较小，低于普通的十二脉波整流器，其集消除输入谐波和提供高质量电源为一身，不需要外加额外的补偿和滤波装置，就能够很好的解决整流装置普遍存在的矛盾——提供平稳，脉动小的输出直流电压的同时，输入电流还能有较少的谐波含量。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环形绕组的直线式移相变压器，其特征在于，所述环形绕组的直线式移相变压器包括：
支撑底座；
所述支撑底座的顶部固定有保护罩，所述保护罩内下部固定安装第一支撑板，所述第一支撑板上端通过螺丝固定有原边铁芯，所述原边铁芯上方设置有副边铁芯，所述副边铁芯的上端通过螺丝固定在第二支撑板下端；
第一第二支撑板的四个角安装有固定螺丝，且原副边铁芯均用固定螺丝安装在支撑板上；
原副边外侧缠绕有环形绕组，引出至接线排上；接线排固定安装在接线盒内，接线盒固定在保护罩顶部；
所述原边铁芯外侧的环形绕组有十二相，每相有对应线圈；每相由两个导体元件组成，每个导体元件都绕过铁芯，形成环形，两个导体元件的距离为整距；
所述副边铁芯外侧的环形绕组有三相，每相由多个线圈串联而成，每个线圈由两个导体元件组成，两个导体元件的距离为整距，每个导体元件都绕过铁芯，形成环形；
所述原边铁芯外侧的环形绕组十二相在时间排列上，A1、A2、A3、A4依次滞后15电角度，B1、B2、B3、B4依次滞后15电角度，C1、C2、C3、C4依次滞后15电角度；A1、B1、C1依次滞后120电角度，A2、B2、C2依次滞后120电角度，A3、B3、C3依次滞后120电角度，A4、B4、C4依次滞后120电角度；
所述边铁芯外侧的环形绕组在空间排列上，A1、A2、A3、A4相依次相差15机械角度，B1、B2、B3、B4相依次相差15机械角度，C1、C2、C3、C4相依次相差15机械角度；
A1、A2、A3、A4相依次相差15度，B1、B2、B3、B4相依次相差15度，C1、C2、C3、C4相依次相差15度。
2.如权利要求1所述的环形绕组的直线式移相变压器，其特征在于，所述副边铁芯外侧的环形绕组在时间排列上，a、b、c依次滞后120电角度；
所述副边铁芯外侧的环形绕组在空间排列上，a、b、c依次滞后120机械角度；
所述副边铁芯外侧的环形绕组a支路、b支路、c支路的互差120电角度。
3.如权利要求1所述的环形绕组的直线式移相变压器，其特征在于，所述原副边铁芯采用硅钢片压制而成，绕组采用紫铜聚氨酯铜线无氧铜线；
所述环形绕组引出至接线排上，所述接线排固定安装在接线盒内，所述接线盒安装在保护罩的顶部。
4.如权利要求1所述的环形绕组的直线式移相变压器，其特征在于，所述保护罩的两侧外壁上分别开设有通风孔。
5.一种环形绕组的直线式移相变压器的控制方法，其特征在于，所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法包括：
通过控制电路分别控制四组三相逆变电路中的多个IGBT；
同一组逆变器中，同一桥臂的开关管导通信号互差180电角度，不同桥臂对应的导通信号互差120电角度，各组逆变器中相对应的开关管导通信号依次滞后15电角度；
每一组逆变器的多个IGBT开关管，在接收到控制电路的开关信号后依次导通，每组逆变器输出依次相差120度的六阶梯波；
三相逆变器的输出连接直线式移相变压器的原边多套绕组，在变压器中进行叠加形成多阶梯波，三组多阶梯波在气隙中形成行波磁场，副边绕组从中感应出三相交流电。
6.如权利要求5所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法，其特征在于，整流时，原边通入三相交流电后，气隙中形成行波磁场，副边感应产生感应电势，同一侧绕组匝数相同且分布于直线上，根据需求实现任意角度的移相。
7.如权利要求5所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法，其特征在于，逆变时，原边通入三相桥式逆变系统输出的多相脉波，副边输出三相交流电。
8.一种应用如权利要求5～7任意一项所述环形绕组的直线式移相变压器的控制方法在12/3相多重叠加逆变系统、整流系统上的应用。
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