CN114664536A - 整流和谐波治理变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整流和谐波治理变压器，包括：铁芯、绕制在铁芯上的用于整流的整流绕组、用于谐波治理的谐波治理绕组，整流绕组包括网侧原边绕组、与网侧原边绕组对应的阀侧副边绕组，谐波治理绕组包括谐波治理原边绕组、与谐波治理原边绕组对应的谐波治理副边绕组。本发明将整流与消谐作用的变压器合二为一，能够大大降低了制造成本和使用成本。该整流变压器能够降低谐波含量，提高电网系统的供电质量，方案的应用提高了系统效率和可靠性的同时也将带来巨大的经济效益。

Description

整流和谐波治理变压器

技术领域

本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种整流和谐波治理变压器。

背景技术

整流变压器与整流元件把电网的三相交流电，变换为用户所需的具有一定相数的直流电。由于其主要为电铁、电解、化工、电石炉等非线性负荷供电，另外加上由于整流元件的单向阻断作用，引起整流变压器交变磁场波形的畸变，即使电网电压为理想的正弦波，整流装置从交流电网中取用的电流也是非正弦的。非正弦的交流电不仅输入整流装置，也同时会由整流装置反馈到交流电网中，使交流系统内各点的电压波形产生畸变，畸变的电网电压反过来影响整流装置从交流电网中取用的电流的波形。电力系统中谐波含量严重超标，主要有以下危害：增加变压器等供电设备的附加损耗，使设备过热，降低了设备的效率和利用率；造成电容器因过热、过电压等发生故障而不能正常运行。经研究和实践证明，交流电网电压波形畸变量的大小，与整流装置馈入电网的谐波电流的频率即谐波次数有直接关系。为了有效地减轻整流装置的谐波对电网的污染，就有必要采取措施限制整流装置注入电网的谐波电流的频率。

现有技术多为在整流变压器阀侧母线上接多种类型滤波器或采用两台六相十二脉波整流变压器并联输出为十二相二十四脉波 (即增加脉波数)等方法，这些方法不但成本较高且工程实践困难，故综上所述急需解决现况.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种整流和谐波治理变压器，将整流与消谐作用的变压器合二为一，能够大大降低了制造成本和使用成本。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是提供一种整流和谐波治理变压器，包括：铁芯、绕制在铁芯上的用于整流的整流绕组、用于谐波治理的谐波治理绕组，整流绕组包括网侧原边绕组、与网侧原边绕组对应的阀侧副边绕组，谐波治理绕组包括谐波治理原边绕组、与谐波治理原边绕组对应的谐波治理副边绕组。

优选的是，整流绕组与铁芯为同心式排列，谐波治理绕组与铁芯为同心式排列，阀侧副边绕组、网侧原边绕组沿着铁芯由内到外径向排列，谐波治理副边绕组、谐波治理原边绕组沿着铁芯由内到外径向排列。

优选的是，整流绕组、谐波治理绕组沿着铁芯轴向排列，谐波治理绕组位于整流绕组上方。

优选的是，网侧原边绕组为角形联结。

优选的是，网侧原边绕组包括至少两个网侧原边分裂绕组，阀侧副边绕组包括至少两个阀侧副边分裂绕组，各个阀侧副边分裂绕组分别与各个网侧原边分裂绕组相对应，其中，各个网侧原边分裂绕组、谐波治理原边绕组并联输入，各个阀侧副边分裂绕组、谐波治理副边绕组电气上相互独立。

优选的是，各个阀侧副边分裂绕组沿着铁芯轴向排列，各个网侧原边分裂绕组沿着铁芯轴向排列。

优选的是，阀侧副边分裂绕组为偶数个，其中一半数量的阀侧副边分裂绕组采用星形联结，其余阀侧副边分裂绕组采用角形联结，星形联结的阀侧副边分裂绕组与角形联结的阀侧副边分裂绕组的线电压有效值相等，谐波治理副边绕组采用星形联结。

优选的是，阀侧副边分裂绕组的同名端线电压的相位差为2 π/12。

优选的是，网侧原边分裂绕组与阀侧副边分裂绕组分裂的数量、电抗高度相对应。

优选的是，铁芯采用高导磁冷轧取向硅钢片，铁芯的叠片方式采用45°角全斜五级步进叠片，铁芯为无穿孔螺杆铁芯，并采用拉板及绑扎结构进行固定。

优选的是，谐波治理绕组的容量为变压器总容量的25～30％。

本发明的整流和谐波治理变压器有益效果是：谐波治理绕组可消除整流装置交流网侧的谐波电流中残留约10％的5、7、17、 19次非特征谐波电流，故无需在具有整流作用的变压器阀侧母线上接多种类型滤波器或采用两台六相十二脉波整流变压器并联输出为十二相二十四脉波(即增加脉波数)等方法，从而减少具有整流作用的变压器的占地面积和降低工程整体造价。本发明将整流与消谐作用的变压器合二为一，能够大大降低了制造成本和使用成本。该整流变压器能够降低谐波含量，提高电网系统的供电质量，方案的应用提高了系统效率和可靠性的同时也将带来巨大的经济效益。

本发明的整流和谐波治理变压器是一种环保节能型产品，具有受热冲击能力强、过载能力大、无可燃性树脂、难燃以及紧急过负载能力强，修理维护方便，对湿度、灰尘不敏感，不开裂，性能安全可靠的特点。

附图说明

图1是本发明实施例2中变压器的结构简图；

图2是本发明实施例2中变压器的正视图；

图3是本发明实施例2中变压器的侧视图；

图4是本发明实施例2中变压器的原边接线图；

图5是本发明实施例2中变压器的副边接线图。

图中：1-铁芯；2-谐波治理副边绕组；3-谐波治理原边绕组； 4-第一网侧原边分裂绕组；5-第二阀侧副边分裂绕组；6-第一阀侧副边分裂绕组；7-第二网侧原边分裂绕组；8-整流绕组；9-谐波治理绕组。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

实施例1

本实施例提供一种整流和谐波治理变压器，包括：铁芯、绕制在铁芯上的用于整流的整流绕组、用于谐波治理的谐波治理绕组，整流绕组包括网侧原边绕组、与网侧原边绕组对应的阀侧副边绕组，谐波治理绕组包括谐波治理原边绕组、与谐波治理原边绕组对应的谐波治理副边绕组。

本实施例的整流和谐波治理变压器有益效果是：谐波治理绕组可消除整流装置交流网侧的谐波电流中残留约10％的5、7、17、 19次非特征谐波电流，故无需在具有整流作用的变压器阀侧母线上接多种类型滤波器或采用两台六相十二脉波整流变压器并联输出为十二相二十四脉波(即增加脉波数)等方法，从而减少具有整流作用的变压器的占地面积和降低工程整体造价。

实施例2

如图1～3所示，本实施例提供一种整流和谐波治理变压器，包括：铁芯1、绕制在铁芯1上的用于整流的整流绕组8、用于谐波治理的谐波治理绕组9，整流绕组8包括网侧原边绕组、与网侧原边绕组对应的阀侧副边绕组，谐波治理绕组9包括谐波治理原边绕组3、与谐波治理原边绕组3对应的谐波治理副边绕组2。本实施例中的变压器为三相变压器，且为多分裂的绕组结构。

优选的是，整流绕组8与铁芯1为同心式排列，谐波治理绕组9与铁芯1为同心式排列，阀侧副边绕组、网侧原边绕组沿着铁芯1由内到外径向排列，谐波治理副边绕组2、谐波治理原边绕组3沿着铁芯1由内到外径向排列。

优选的是，整流绕组8、谐波治理绕组9沿着铁芯1轴向排列，谐波治理绕组9位于整流绕组8上方。

优选的是，网侧原边绕组为角形(D)联结。励磁电流中以 3n次谐波为主的高次谐波电流在网侧原边绕组角形(D)联结接成三角形条件下，可在网侧原边绕组内形成环流，不致注入公共的高压网侧中去，如果变压器网侧电网中含3n次谐波，则该3n 次谐波仍在三角形内形成环流，使磁通成为正弦波，阀侧电动势及电流均为正弦波，3n次谐波电流在负载中不会出现，实现了3n 次谐波的流通，因此，与现有技术网侧原边绕组接成星形(Y)联结相比，有利于抑制高次谐波电流，减少变压器的电能损耗，保证供电波形的质量。

优选的是，网侧原边绕组包括至少两个网侧原边分裂绕组，阀侧副边绕组包括至少两个阀侧副边分裂绕组，各个阀侧副边分裂绕组分别与各个网侧原边分裂绕组相对应，其中，各个网侧原边分裂绕组、谐波治理原边绕组3并联输入，各个阀侧副边分裂绕组、谐波治理副边绕组2电气上相互独立。

具体的，本实施例中的网侧原边分裂绕组包括第一网侧原边分裂绕组4、第二网侧原边分裂绕组7，阀侧副边分裂绕组包括与第一网侧原边分裂绕组4对应的第一阀侧副边分裂绕组6、与第二网侧原边分裂绕组7对应的第二阀侧副边分裂绕组5，如图4所示，其中，原边为三个支路，第一网侧原边分裂绕组4、第二网侧原边分裂绕组7、谐波治理原边绕组3并联输入，如图5所示，副边为三路输出，第一阀侧副边分裂绕组6、第二阀侧副边分裂绕组5、谐波治理副边绕组2电气上相互独立。第一阀侧副边分裂绕组6、第二阀侧副边分裂绕组5、谐波治理副边绕组2电气上不联结。具体的，本实施例中的变压器为12脉波的6相整流变压器，当然，变压器可以设置4个网侧原边分裂绕组，实现24脉波的12相整流变压器。

两组用于整流的阀侧副边分裂绕组负载调节非同时同步调节，而是独立调节。即两组阀侧副边分裂绕组整流负载可以分别独立工作，也可以同时工作，互相不干扰。

优选的是，各个阀侧副边分裂绕组沿着铁芯1轴向排列，各个网侧原边分裂绕组沿着铁芯1轴向排列。

具体的，本实施例中的第一阀侧副边分裂绕组6、第一网侧原边分裂绕组4沿着铁芯1由内到外径向排列，第二阀侧副边分裂绕组5、第二网侧原边分裂绕组7沿着铁芯1由内到外径向排列；第一阀侧副边分裂绕组6、第二阀侧副边分裂绕组5沿着铁芯1 轴向排列，第一网侧原边分裂绕组4、第二网侧原边分裂绕组7 沿着铁芯1轴向排列，第一阀侧副边分裂绕组6位于第二阀侧副边分裂绕组5的上方，第一网侧原边分裂绕组4位于第二网侧原边分裂绕组7的上方。

优选的是，阀侧副边分裂绕组为偶数个，其中一半数量的阀侧副边分裂绕组采用星形(y)联结，其余阀侧副边分裂绕组采用角形(d)联结，使得星形联结的阀侧副边分裂绕组与角形联结的阀侧副边分裂绕组的线电压有效值相等，谐波治理副边绕组2采用星形(y)联结。所以阀侧副边分裂绕组线圈匝数选择时，应使两组线圈的匝数比接近

满足行业标准对阀侧电压的要求并尽可能降低两组阀侧副边分裂绕组间的环流。

具体的，本实施例中第一阀侧副边分裂绕组6采用星形(y) 联结，第二阀侧副边分裂绕组5采用角形(d)联结，两组输出用于整流，使得第一阀侧副边分裂绕组6与第二阀侧副边分裂绕组5 的线电压有效值相等，谐波治理副边绕组2采用星形(y)联结，用于谐波治理。所以阀侧副边分裂绕组线圈匝数选择时，应使第一阀侧副边分裂绕组6、第二阀侧副边分裂绕组5线圈的匝数比接近

满足行业标准对阀侧电压的要求并尽可能降低两组阀侧副边分裂绕组间的环流。

优选的是，阀侧副边分裂绕组的同名端线电压的相位差为2 π/12(电角度为30°)，实现了输入多重化，这就形成每周期含有12脉波的6相整流系统。

所谓阀侧副边分裂绕组的同名端线电压是指阀侧副边分裂绕组的不同侧名称相同的两相之间的电压，如：第二阀侧副边分裂绕组5输出线电压Ua2b2对应第一阀侧副边分裂绕组6输出线电压Ua3b3即为同名端线电压；第二阀侧副边分裂绕组5输出线电压Ua2c2对应第一阀侧副边分裂绕组6输出线电压Ua3c3；第二阀侧副边分裂绕组5输出线电压Ub2c2对应第一阀侧副边分裂绕组 6输出线电压Ub3c3。

谐波治理绕组9通过相关排列可等效按常规变压器绕组间的阻抗计算，短路电抗X计算公式如下：

式中：IW—谐波治理绕组安匝数，ΣDr—谐波治理绕组漏磁等效面积(cm2)，ρ—洛氏系数，Kx—电抗修正系数，Et—匝电势，(V/匝)，Hk—谐波治理绕组两绕组的平均电抗高(cm)；

其中，ΣDr∝绕组间的距离，它对短路电抗X的影响远远超过ρ和Kx；在设计整流和谐波治理变压器时，可通过调整各绕组之间的距离大小和其它参数(IW、Et、Hk等)(详见《电力变压器设计手册》)来实现式。

优选的是，网侧原边分裂绕组与阀侧副边分裂绕组分裂的数量、电抗高度相对应。

谐波治理原边绕组3、谐波治理副边绕组2的容量及高度按等效阻抗近似为零设计，从而使局部安匝趋于平衡，可有效降低因绕组结构即绕组因位置不同而造成漏抗存在差异而导致阻抗不匹配的问题引起环流发热等等，即第一阀侧副边分裂绕组6、第二阀侧副边分裂绕组5可带数量不等的负载，负载调节非同时同步调节，而是独立调节。即第一阀侧副边分裂绕组6、第二阀侧副边分裂绕组5整流负载可以分别独立工作，也可以同时工作，互相不干扰，互不影响。

优选的是，铁芯1采用高导磁冷轧取向硅钢片，铁芯1的叠片方式采用45°角全斜五级步进叠片，铁芯1为无穿孔螺杆铁芯 1，并采用拉板及绑扎结构进行固定，有效地降低了空载电流、激磁电流、磁滞损耗及噪声。

优选的是，谐波治理绕组9的容量为变压器总容量的 25～30％。谐波治理绕组9的等效阻抗设计近似为零。则其任何次谐波等值阻抗也为零，这可通过合理调整变压器的各个绕组的结构和布局来实现，保证各次谐波阻抗基本为零，即可实现良好的滤波效果。

本实施例的整流和谐波治理变压器有益效果是：谐波治理绕组9可消除整流装置交流网侧的谐波电流中残留约10％的5、7、 17、19次非特征谐波电流，故无需在具有整流作用的变压器阀侧母线上接多种类型滤波器或采用两台六相十二脉波整流变压器并联输出为十二相二十四脉波(即增加脉波数)等方法，从而减少具有整流作用的变压器的占地面积和降低工程整体造价。本实施例将整流与消谐作用的变压器合二为一，能够大大降低了制造成本和使用成本，特别是将多个分裂绕组分布于同一个铁芯1上，提高了铁芯1利用率，降低了变压器的损耗，经济效益显著；同时土建的施工量将大大减少，加快了工期并且降低了成本；该整流变压器能够降低谐波含量，提高电网系统的供电质量，方案的应用提高了系统效率和可靠性的同时也将带来巨大的经济效益。

本实施例的整流和谐波治理变压器是一种环保节能型产品，具有受热冲击能力强、过载能力大、无可燃性树脂、难燃以及紧急过负载能力强，修理维护方便，对湿度、灰尘不敏感，不开裂，性能安全可靠的特点，特别适用于负荷波动范围大以及污秽潮湿的恶劣环境。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种整流和谐波治理变压器，其特征在于，包括：铁芯、绕制在铁芯上的用于整流的整流绕组、用于谐波治理的谐波治理绕组，整流绕组包括网侧原边绕组、与网侧原边绕组对应的阀侧副边绕组，谐波治理绕组包括谐波治理原边绕组、与谐波治理原边绕组对应的谐波治理副边绕组。

2.根据权利要求1所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，整流绕组与铁芯为同心式排列，谐波治理绕组与铁芯为同心式排列，阀侧副边绕组、网侧原边绕组沿着铁芯由内到外径向排列，谐波治理副边绕组、谐波治理原边绕组沿着铁芯由内到外径向排列。

3.根据权利要求1所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，整流绕组、谐波治理绕组沿着铁芯轴向排列，谐波治理绕组位于整流绕组上方。

4.根据权利要求1所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，网侧原边绕组为角形联结。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，网侧原边绕组包括至少两个网侧原边分裂绕组，阀侧副边绕组包括至少两个阀侧副边分裂绕组，各个阀侧副边分裂绕组分别与各个网侧原边分裂绕组相对应，其中，各个网侧原边分裂绕组、谐波治理原边绕组并联输入，各个阀侧副边分裂绕组、谐波治理副边绕组电气上相互独立。

6.根据权利要求5所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，各个阀侧副边分裂绕组沿着铁芯轴向排列，各个网侧原边分裂绕组沿着铁芯轴向排列。

7.根据权利要求5所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，阀侧副边分裂绕组为偶数个，其中一半数量的阀侧副边分裂绕组采用星形联结，其余阀侧副边分裂绕组采用角形联结，星形联结的阀侧副边分裂绕组与角形联结的阀侧副边分裂绕组的线电压有效值相等，谐波治理副边绕组采用星形联结。

8.根据权利要求5所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，阀侧副边分裂绕组的同名端线电压的相位差为2π/12。

9.根据权利要求5所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，网侧原边分裂绕组与阀侧副边分裂绕组分裂的数量、电抗高度相对应。

10.根据权利要求1～4、6～9任意一项所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，铁芯采用高导磁冷轧取向硅钢片，铁芯的叠片方式采用45°角全斜五级步进叠片，铁芯为无穿孔螺杆铁芯，并采用拉板及绑扎结构进行固定。

11.根据权利要求1～4、6～9任意一项所述的整流和谐波治理变压器，其特征在于，谐波治理绕组的容量为变压器总容量的25～30％。

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