CN113161132A - 一种组合式绕组变压器、调节方法以及数据关系分析方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种组合式绕组变压器，可以根据不同场景，不同电力要求，自由变换输出电压。本发明包括铁芯、低压绕组和高压绕组，所述低压绕组和高压绕组同心式套装在铁芯上，低压绕组和高压绕组之间有绝缘筒及撑条；高压绕组为轴向十分裂绕组，每个分裂线圈间通过绝缘垫块隔开。本发明的有益效果是：将高压绕组通过十分裂的形式进行多种排列组合，计算出每种排列组合工况下的短路阻抗，不同的接线方式容易实现多工况下短路阻抗的计算，为变压器设计制造提供一种新方案。

Description

一种组合式绕组变压器、调节方法以及数据关系分析方法

技术领域

本申请涉及变压器技术领域，是一种组合式绕组变压器、调节方法以及数据关系分析方法。

背景技术

变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。

随着新能源工程在全世界范围内的建设与发展，分裂变压器得到了广泛使用。由于分裂变压器具有一机多能、节省制造成本和缩小占地面积等优点，在光伏发电、电力机车和智能电源等领域得到了青睐。

分裂变压器中，高压绕组分裂成额定容量相等的两部分或几部分。高压分裂绕组的线圈组成了多端口电气网络，线圈间没有电的联系，仅有较弱的磁的联系，且均可单独运行，或在额定电压下同时运行。由于高压绕组分裂后大大增加了分裂绕组间的短路阻抗，同时也增加了低压绕组与高压绕组各分裂部分间的短路阻抗，很大程度上限值了网络的短路电流。因此分裂变压器短路阻抗的准确计算是十分重要的，若短路阻抗的平衡性较差，各分裂绕组间感应出环流会影响变压器的稳定运行。

发明内容

本申请提供了一种组合式绕组变压器、调节方法以及数据关系分析方法，以解决电力工程在日常施工中不能根据场所变换输出电压的问题。该装置价格便宜、结构简单、操作简易、能够大规模应用于电力工程中的各个场所。

第一方面，本申请提供种组合式绕组变压器，包括主铁芯、副铁芯、低绕线组，高绕线组，其中：

所述高绕线组包括线圈、接线柱、绝缘件和接线柱板；

所述低绕线组设置在所述主铁芯上，作为输入电压端；

所述高绕线组设置在所述副铁芯上，作为输出电压端；

若干个所述线圈绕在所述副铁芯上，每两个线圈中间设有一个绝缘件；所述接线柱板固定连接在若干个所述线圈上；每个线圈中间对应在接线柱板的位置上设有两个接线柱，两个所述接线柱上设有导线，导线连接着线圈的输入端和输出端。

可选的，所述组合式绕组变压器为三相变压器。

可选的，所述高绕线组上有十个线圈。

可选的，所述绝缘件为隔电条。

可选的，所述隔电条的宽度大于所述线圈的缠绕金属丝直径。

可选的，所述主铁芯和所述副铁芯的材料为硅钢合金。

第二方面，本申请提供了一种第一方面所述一种变压器的调节方法，其特征在于，所述方法包括：

获取低绕线组的流入电压U1和低绕线组的线圈匝数N1；

获取高绕线组所要的输出电压U2；

根据电磁感应原理，U1/U2＝N1/N2，计算出可调绕线圈匝数N2，N2＝U2*N1/U1；

获取每个线圈上绕线圈匝数n_x，x为线圈数量；

根据N2确定所要接入线圈对应的接线柱。

可选的，N2＝a₁*n₁+a₂*n₃+a₃*n₃+......+a_x*n_x，其中a₁,a₂,a₃......a_x为0或1；0代表对应线圈的不接入，1代表对应线圈的接入。

第三方面，本申请提供了一种组合式绕组变压器数据关系分析方法，所述方法包括：

采用第一方面所述变压器获取在若干个电力施工现场的工作电压数值；

调节所述组合式绕组变压器的变压数值为若干个所述电力施工现场的工作电压数值；

同一电压下，根据第二方面所述的调节方法接入不同组合的线圈；

计算若干个所述电力施工现场的短路阻抗值；

分析在不同的电力施工现场的工作电压数值、不同组合的线圈的分布与短路阻抗值的关系。

本申请提供一种组合式绕组变压器，可以根据不同场景，不同施工要求，自由变换输出电压。本发明的一种组合式绕组变压器包括铁芯、低压绕组和高压绕组，所述低压绕组和高压绕组同心式套装在铁芯上，低压绕组和高压绕组之间有绝缘筒及撑条；高压绕组为轴向十分裂绕组，每饼及每个分裂线圈间通过绝缘垫块隔开。本发明的有益效果是：将高压绕组通过十分裂的形式进行多种排列组合，计算出每种排列组合工况下的短路阻抗，不同的接线方式容易实现多工况下短路阻抗的计算，为变压器设计制造提供一种新方案。综上所述，本发明的有益效果在于：操作方便，结构简单，可自由变换输出电压，适用各种电力施工现场。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种组合式绕组变压器结构示意图。

图2为一种十线圈组合式绕组三相变压器结构示意图。

具体实施方式

本申请提供一种组合式绕组变压器，可以根据不同场景，不同施工要求，自由变换输出电压。本发明的有益效果在于：操作方便，结构简单，可自由变换输出电压，适用各种电力施工现场。

参见图1，本申请为一种组合式绕组变压器，包括主铁芯1、副铁芯2、低绕线组3和高绕线组4。所述低绕线组3设置在所述主铁芯1上，作为输入电压端；所述高绕线组4设置在所述副铁芯2上，作为输出电压端。

此四个组件为常规变压的部件，当变压器一次侧施在主铁芯1上的低绕线组3输入电压U1，流过电流为I1,则该电流在铁芯中会产生交变磁通，使低绕线组3和高绕线组4发生电磁联系，根据电磁感应原理，交变磁通穿过这两个绕组就会感应出电动势，其大小与绕组匝数以及主磁通的最大值成正比，绕组匝数多的一侧电压高，绕组匝数少的一侧电压低，当变压器二次侧开路，即变压器空载时，一二次端电压与一二次绕组匝数成正比，即U1/U2＝N1/N2,U2为副铁芯2上的高绕线组4的输出电压，同时初级与次级频率保持一致，从而实现电压的变化。

所述高绕线组4包括线圈41、接线柱42、绝缘件43和接线柱板44；若干个所述线圈41绕在所述副铁芯2上，每两个线圈41中间设有一个绝缘件43；所述接线柱板44固定连接在若干个所述线圈41上；每个线圈41中间对应在接线柱板44的位置上设有两个接线柱42，两个所述接线柱42上设有导线，导线连接着线圈41的输入端和输出端。

此高绕线组4的结构发明为本申请的核心，是能够实现多种调节方式的最关键方案。多个线圈41为串联形式连接，通过用导线连接接线柱42的方式，实现将线圈41的绕线计入高绕线组4的匝数。

所述接线柱42全部设置在接线柱板44上。其中位于接线柱板44的最上端和最下端各有一个接线柱42，此两个接线柱42的导线连接着变压器的电压输出端，另一端连接绕在这两个当接线柱42上。使用时，就将此两个上下端头接线柱42的导线分别连入对应线圈41即可；当不使用此两个上下端头接线柱42的导线时，中间没有形成导电通路，即为断连；当十个线圈41全部工作时，所有接线柱42全部连接即可，电流由最上方接线柱流入，最下方接线柱流出。

线圈41为饼式线圈，所串订的线因没有拉紧而呈圈状堆积在针眼周围，导线一根一根绕起来，导线彼此互相绝缘。

在另一种实施例中，所述组合式绕组变压器为三相变压器。电力工业中，输配电都采用三相制。变换三相交流电电压，则用三相变压器。参见图2，可以设想，把三个单相变压器拼合在一起，便组成了一个三相变压器，各相磁通都经过中间铁心。此方案为常用电力工业需求的设计。

在实际应用过程中，由于三相磁通对称(各相磁通幅值相等，相位互差120°)，所以通过中间铁心的总磁通为零，故中间铁心柱可以取消。这样，实际制作时，通常把三个铁心柱排列在同一平面。这种三相变压器比三个单相变压器组合效率高，成本低，体积小，因此应用广泛。原副边可以根据实际需要连接成星形或三角形。原边与三相电源连接，副边和三相负载连接，构成三相电路。

在另一种实施例中，所述高绕线组4上有十个线圈41。参见图2在各种电力工况中，需要多种电压的输出规格，所以采用十个线圈41的串联方式。可根据实际情况对线圈41运行数量进行灵活组合。一个高绕线组4上设有10层线圈41，一个线圈41单独工作时，第一层线圈41到第十层线圈41随机一个接入电路，共有十种工况；两个线圈41同时工作时，第一层线圈41和第二层线圈41接入电路，第一层线圈41和第三层线圈41接入电路…以此类推共有

种工况；三个线圈同时工作时，第一层线圈41,第二层线圈41和第三层线圈41接入电路，第一层线圈41,第二层线圈41和第四层线圈41接入电路…以此类推共有

种工况…十个线圈41同时工作时，有

种工况；以此类推，所有工况加和共计为

种。

在具体操作分中，所述接线柱板44上共有20个接线柱42，中间九对，上下各一个，每对接线柱对应着一个线圈41流入电流与流出电流两端。只有一个线圈41工作时，十个线圈41，任意一个接入电路，有十种情况，如第五层线圈41单独工作时，将上下两个接线柱42上的导线摘下并分别连接到中间九对接线柱42的第四对左侧和第五对接线柱42的右侧，其余接线柱全部断开连接。

两个线圈41共同工作时，如第一层线圈41和第七层线圈41接入电路时，将前六对接线柱左端拧开，与下一对的右端相连，将最下方接线柱42上的导线拧下连接到第七对的右接线柱上，其余接线柱断开。

以此类推，当十个线圈41全部工作时，所有接线柱42全部连接即可，电流由最上方接线柱42流入，最下方接线柱42流出。

在一般施工情况下，十个线圈41的匝数可设为一样多，额定电流工作下，高压侧也就是组合式线圈41，十个全接入时电压值是6000V就可以达到施工要求，只接入一个时，电压是600V左右，既可满足各种工况的变压需求。对实际问题时，可以通过调节外线圈接入电路的个数，调整阻抗的大小，接入不同个数时阻抗是不一样大的，接入形式多，阻抗值就多，变压器设计时，阻抗是很重要的一个参数，可以根据这类形式得到的阻抗值为变压器设计做参考。

在另一种实施例中，所述绝缘件43为隔电条。

在另一种实施例中，所述隔电条的宽度大于所述线圈41的缠绕金属丝直径。所述隔电条的内边固定连接在所述副铁芯2上，这样可以完全防止所述线圈41各层之间的上金属丝相连接。

在另一种实施例中，所述主铁芯1和所述副铁芯2的材料为硅钢合金。含硅量0.5％-4.8％的铁硅合金，是电工领域使用的一种软磁材料。硅钢合金的主要品质特性有铁损伯、磁通密度、硬度、平坦度、厚度均匀性、涂膜种类及冲片性等。使用硅钢合金，可以提高本方案的使用寿命，减少维护成本。

本申请提供了一种变压器的调节方法，应用于此组合式绕组变压器。此方法为：

获取低绕线组3的流入电压U1和低绕线组3的线圈匝数N1；

获取高绕线组4所要的输出电压U2；

根据电磁感应原理，U1/U2＝N1/N2，计算出可调绕线圈匝数N2，N2＝U2*N1/U1；

获取每个线圈41上绕线圈匝数nx，x为线圈数量；

根据N2确定所要接入线圈41对应的接线柱42。

参看图1，在电力施工中，因为不同场景需要不同的输出电压U2，所以在电流恒定不变的情况下，需要根据场景中供给的输入电压U1和低绕线组3的线圈匝数N1，来计算出所要高绕线组42的线圈数量N2。进而根据所要线圈匝数N2，来调节本方案接入所需线圈41的总匝数，从而接入相应的所述接线柱42。

在另一种实施例中，得到了所要的线圈匝数N2后，通过公式N2＝a₁*n₁+a₂*n₃+a₃*n₃+......+a_x*n_x，其中a₁,a₂,a₃......a_x为0或1；0代表对应线圈41的不接入，1代表对应线圈41的接入。

其中x为线圈数量，nx是第x层线圈41的匝数，通过此公式来计算应该接入具体的哪层线圈41。在实际操作中，计算出的理论值，与实际需要的输出电压U2有一定的偏差，还应根据具体情况，适当微调，来精准得到需求电压。

本申请提供了一种组合式绕组变压器数据关系分析方法，通过获取不同工况下的短路阻抗数值与工作电压关系，并分析两者之间的数据关系，对分析各种施工现场的短路阻抗数值分布，有极大的参考价值。具体方法为：

采用上述变压器获取在若干个电力施工现场的工作电压数值；

调节所述组合式绕组变压器的变压数值为若干个所述电力施工现场的工作电压数值；

同一电压下，根据上述调节方法接入不同组合的线圈；

计算若干个所述电力施工现场的短路阻抗值；分析在不同的电力施工现场的工作电压数值与短路阻抗值的关系。

本方案可以作为实验室中的仿真模拟，通过在调节不同工况下的电压值，计算出电压对于短路阻抗值的影响。对变压器进行电磁场计算，包括边界条件设置，网格划分，激励添加，求解器设定等，得出磁场能量。添加激励时，不同工况下对低压侧线圈施加激励大小不同，由于高压线圈串联，应保证高压线圈感应电流为额定值，保证安匝平衡，计算出相应的短路阻抗值。

基于短路阻抗计算公式进行求解，对求解出来的短路阻抗分布进行整理。全穿越短路阻抗值大小与铭牌对比，误差小于2％视为磁场计算结果较为精确。以十线圈组合式绕组为例，线圈1-10分别接入电路时，其短路阻抗值变化为抛物线，线圈5、6对应的工况下短路阻抗值最小，线圈1、10对应工况下短路阻抗值最大。通过对比电压分布和接入线圈41的分布，获取其中的短路阻抗值，来了解两者对于短路阻抗值的影响，进而帮助在现实中不同电力施工现场的应用。

本领域技术人员在考虑说明书和实施例公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。

Claims (9)

1.一种组合式绕组变压器，其特征在于，包括主铁芯(1)、副铁芯(2)、低绕线组(3)，高绕线组(4)，其中：

所述高绕线组(4)包括线圈(41)、接线柱(42)、绝缘件(43)和接线柱板(44)；

所述低绕线组(3)设置在所述主铁芯(1)上，作为输入电压端；

所述高绕线组(4)设置在所述副铁芯(2)上，作为输出电压端；

若干个所述线圈(41)绕在所述副铁芯(2)上，每两个线圈(41)中间设有一个绝缘件(43)；所述接线柱板(44)固定连接在若干个所述线圈(41)上；每个线圈(41)中间对应在接线柱板(44)的位置上设有两个接线柱(42)，两个所述接线柱(42)上设有导线，导线连接着线圈(41)的输入端和输出端。

2.根据权利要求1所述的一种组合式绕组变压器，其特征在于，所述组合式绕组变压器为三相变压器。

3.根据权利要求2所述的一种组合式绕组变压器，其特征在于，所述高绕线组(4)上有十个线圈(41)。

4.根据权利要求1所述的一种组合式绕组变压器，其特征在于，所述绝缘件(43)为隔电条。

5.根据权利要求4所述的一种组合式绕组变压器，其特征在于，所述隔电条的宽度大于所述线圈(41)的缠绕金属丝直径。

6.根据权利要求1所述的一种组合式绕组变压器，其特征在于，所述主铁芯(1)和所述副铁芯(2)的材料为硅钢合金。

7.一种采用权利要求1至6中任意一项所述一种变压器的调节方法，其特征在于，所述方法包括：

获取低绕线组(3)的流入电压U1和低绕线组(3)的线圈匝数N1；

获取高绕线组(4)所要的输出电压U2；

根据电磁感应原理，U1/U2＝N1/N2，计算出可调绕线圈匝数N2，N2＝U2*N1/U1；

获取每个线圈(41)上绕线圈匝数n_x，x为线圈数量；

根据N2确定所要接入线圈(41)对应的接线柱(42)。

8.根据权利要求7所述的变压器的调节方法，其特征在于，

N2＝a₁*n₁+a₂*n₃+a₃*n₃+......+a_x*n_x，其中a₁,a₂,a₃......a_x为0或1；0代表对应线圈(41)的不接入，1代表对应线圈(41)的接入。

9.一种组合式绕组变压器数据关系分析方法，其特征在于，所述方法包括：

采用权利要求1至6中任意一项所述变压器获取在若干个电力施工现场的工作电压数值；

调节所述组合式绕组变压器的变压数值为若干个所述电力施工现场的工作电压数值；

同一电压下，根据权利要求8所述的调节方法接入不同组合的线圈(41)；

计算若干个所述电力施工现场的短路阻抗值；

分析在不同的电力施工现场的工作电压数值、不同组合的线圈(41)的分布与短路阻抗值的关系。

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