CN204857403U - 一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器 - Google Patents
一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器，高压采用Y形接法的三相输入绕组，低压采用延边三角形接法的多相输出绕组，低压绕组分成三个大组，其中每个大组包括9个移相绕组，其移相角分别为+26.67°、+20°、+13.33°、+6.67°、0°、-6.67°、-13.33°、-20°、-26.67°，各移相绕组角度差6.67°；每相由若干个功率单元串联而成；高压绕组也分成三个大组，高压绕组和低压绕组均采用饼式线圈结构；二次侧三相共81个绕组，低压套管在油箱侧壁出线。本实用新型采用多重化整流技术设计，实现了单机变压器的54脉波整流，使系统的输入电流谐波大幅减小，输入电流的基数增大，进而达到提高系统输入功率因数的目的；其结构合理，制造工艺简单，抗短路能力强，经济指标好，绝缘可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及变压器技术领域，尤其涉及一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器。
背景技术
高压变频调速技术中的一项重要技术是多重化整流技术，它采用隔离变压器将多个低压模块叠加(串联)而形成高压输出，主要是由多个功率单元和控制单元组成，每个功率单元由多绕组隔离变压器的一个三相绕组供电，这种多绕组的隔离变压器其二次线圈互相存在一个相位差，实现了输入多重化，由此可消除各单元产生的谐波对电网的污染，该隔离变压器是高压变频器中不可缺少的重要元件，其制造技术也是这种完美无谐波高压变频器调速装置的技术构成之一。
专利申请号为201110176569.X(申请日为2011年6月28日)的中国专利公开了一种“三相48脉波整流变压器”，“由两台阀侧输出绕组移相的24脉波整流变压器组成”，严格意义上说，其是一种变压器组,没能实现单机的多脉波整流。专利申请号为200910040675.8(申请日为2009年6月30日)的中国专利公开了“一种36脉波大功率变频整流变压器”，实现了单机36脉波整流，这也是国内目前公开的已实现的最大脉波整流的变压器。理论上，脉波数越多，整流电压波纹越小，谐波也越小，但变压器移相单元就越多，绕组需要分段越多，所占空间越大，越复杂，因此设计制造的难度也就越高。
以往国产大功率交流变频调速系统中使用的国产变压器基本都是干式整流变压器，前述的36脉波整流变压器也属于干式整流变压器，由于使用环境恶劣，干式整流变压器容易吸潮损坏，而油浸式整流变压器可以满足各种环境的稳定运行。目前国内运行的进口大功率交流变频调速系统中使用的油浸式变频变压器大部分是进口产品，本实用新型通过研发大功率高压变频装置用油浸式变频变压器，首次实现了油浸式54脉波变频变压器的国产化、产品化和系列化，可完全替代此类进口产品。
发明内容
本实用新型提供了一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器，采用多重化整流技术设计，实现了单机变压器的54脉波整流，使系统的输入电流谐波大幅减小，且输入电流的基数增大，进而达到提高系统输入功率因数的目的；其结构合理，制造工艺简单，抗短路能力强，经济指标好，绝缘可靠性高；经试验证明本实用新型所述变压器的半穿越阻抗及低压侧绕组电流不平衡率＜2％，保证了变压器的安全可靠运行。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器，高压采用Y形接法的三相输入绕组，低压采用延边三角形接法的多相输出绕组，低压绕组分成三个大组，其中每个大组包括9个移相绕组，其移相角分别为+26.67°、+20°、+13.33°、+6.67°、0°、-6.67°、-13.33°、-20°、-26.67°，各移相绕组角度差6.67°；每相由若干个功率单元串联而成，三相低压输出相邻之间互差6.67°，该9个移相绕组由三相不同时序脉冲控制触发可控硅IGBT得到正负各27脉波；高压绕组也分成三个大组，高压绕组和低压绕组均采用饼式线圈结构；二次侧每相输出27绕组，三相共81个绕组，低压套管在油箱侧壁出线，共81个套管。
所述每相功率单元为9个，三相共27个功率单元。
所述二次绕组分为基本绕组和移相绕组，延边三角形连接方式为正序接法或逆序接法。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)采用多重化整流技术设计，实现54脉波整流，使系统的输入电流谐波大幅减小，且输入电流的基数增大，进而达到提高系统输入功率因数的目的；
2)结构合理，高压绕组采用Y形接法，高压对应低压分成三个大组，绕成饼式线圈结构；低压绕组同样采用饼式结构，具有散热性能好，抗短路能力强等优点；
3)把变频器中的高压分解成多组电压叠加，使功率器件可选用低压大电流的器件，降低变频器件成本，简化制造工艺，提高变频器可靠性；
4)经试验证明本实用新型所述变压器的半穿越阻抗及低压侧绕组电流不平衡率＜2％，保证了变压器的安全可靠运行。
附图说明
图1是本实用新型的54脉波整流变原理框图。
图2是本实用新型的工作原理方框图。
图3是图2中分相功率单元的串联图。
图4是本实用新型的结构示意图。
图5是本实用新型中54脉波矢量图。
图6是本实用新型低压引线接线原理图。
图7是本实用新型高压接线示意图。
图8a-图8i是本实用新型±26.67°、±20°、±13.33°、±6.67°、0°矢量合成的移相相角示意图。
图9是本实用新型输出套管布置示意图。
图中：101.变压器102.功率单元103.二次绕组104.移相绕组105.基本绕组106.高压绕组107.套管108.铁心
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
见图4，是本实用新型的结构示意图，本实用新型一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器101，高压采用Y形接法的三相输入绕组，低压采用延边三角形接法的多相输出绕组，低压绕组分成三个大组，其中每个大组包括9个移相绕组，其移相角分别为+26.67°、+20°、+13.33°、+6.67°、0°、-6.67°、-13.33°、-20°、-26.67°，各移相绕组角度差6.67°；每相由若干个功率单元102串联而成，三相低压输出相邻之间互差6.67°，该9个移相绕组104由三相不同时序脉冲控制触发可控硅IGBT得到正负各27脉波；高压绕组106也分成三个大组，高压绕组106和低压绕组均采用饼式线圈结构；二次侧每相输出27绕组，三相共81个绕组，低压套管在油箱侧壁出线，共81个套管107。
所述每相功率单元102为9个，三相共27个功率单元102。
所述二次绕组103分为基本绕组105和移相绕组104，延边三角形连接方式为正序接法或逆序接法。
本实用新型一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器101可以实现三个功能：一是将输入高压变成为低压，从而可以用低压的电力电子器件直接逆变而无须串联；二是实现高压和低压间以及低压各绕组间的相互绝缘，这样各低压单元的输出可以直接串联而无须担心短路和环流的问题；三是通过将低压各绕组移相，达到移相多重化整流的目的，使输入电流谐波急剧减小，极大地降低了变频器对电网的干扰。
见图1，是本实用新型的54脉波整流变原理框图；本实用新型54脉波整流变压器101专门为模块化、多重化、高压变频器交直调速系统配套研发，为了得到所需的工作高电压，变压器多个功率单元102串联组成，本实用新型中由每相9个功率单元102，三相共27个功率单元102组成，该27个功率单元102在变压器101上共有三相输入绕组。
见图2，是本实用新型的工作原理方框图；本实用新型中变压器101高压侧采用Y接法，为三相输入绕组；低压采用多重化延边三角形接法，目的在于降低变频器工作电压，降低输入电流的谐波部分，变压器101的二次绕组103共分为三个大组，分别命名为A组、B组、C组，每组内包括9个移相绕组4，其移相角度分别为+26.67°+20°+13.33°+6.67°0°-6.67°-13.33°-20°-26.67°，各移相绕组相差6.67°，每相由9个功率单元串联组成。
本实用新型变压器阀侧出头多，为方便接线均放置于外线柱，一次绕组置于内线柱。一次绕组抽头无分接。三相变频器变压器具有三组绕组，三组绕组间工作电压即为变频器的相间电压，各单元接入变频器为串联，移相角应按顺序逐步变化并与变频器一致，以减小单元电压梯度。绕组按同名端起绕，如内三角形导线为单根线，延边可采用双根导线。单根与双根变换处焊抽头。
见图3，是图2中分相功率单元的串联图；变压器101低压侧每相需要9组二次绕组103，三相输出共有27个二次绕组103构成54脉波，相邻相之间互差6.67°，该9个二次绕组103由三相不同时序脉冲控制触发可控硅，得到正负各27个脉波，从而获得54脉波。
见图4，是本实用新型的结构示意图；本实用新型中变压器101高压侧采用Y接法，因变压器阀侧出头多，为方便接线，高压绕组106放在内线柱，靠近铁心108侧，二次绕组103放置于外线柱，套装在高压绕组106外侧，高压绕组106分为三部分，为上中下排列方式，每部分之间用绝缘板隔开，高压引线及分接线从中引出；阀侧二次绕组103也分为三大部分，每部分共九个绕组，从上到下的移相角度排序分别为+26.67°+20°+13.33°+6.67°0°-6.67°-13.33°-20°-26.67°，各移相绕组104顺序相差6.67°，三部分绕组排列方式相同。
图5是本实用新型中54脉波矢量图；见图6，是本实用新型低压引线接线原理图；见图7，是本实用新型高压接线示意图；本实用新型二次绕组103共分为三大组，每组内为9个绕组，其中每个二次绕组103又分为移相绕组104和基本绕组105，通过绕组匝数的据算调整来输出不同角度的电压，对应的高压绕组106也分为3大组，这样有利于变压器101输出负载的平衡和阻抗电压的平衡。基本绕组105采用三角形，移相绕组104在各三角形的顶点延伸出来，延边三角形连接方式为正序接法或逆序接法，可以实现二次电压比一次电压超前一定角度。根据需要超前的角度值、一次输入电压及需要的二次电压值可以计算出二次基本绕组、移相绕组与一次绕组的匝数比。
见图8a-图8i，是本实用新型±26.67°、±20°、±13.33°、±6.67°、0°矢量合成的移相相角示意图；在电网三相电压的基础上，为获得均匀分布多脉波阀侧电压，即需要每相阀侧电压在120°内均匀分布展开。为此利用Y,d11与Yd1两种接线组别，达到相互移相60°。再利用付边三角形接线向两边延边移相得到需要的相位角。按照接线组别定义，顺时针移相为+，逆时针移相为-。本实用新型中，54个脉波的移相角间隔为：360°÷18＝6.67°。具体移相角度分别为+26.67°、+20°、+13.33°、+6.67°、0°、-6.67°、-13.33°、-20°、-26.67°。
见图9，是本实用新型输出套管107布置示意图。变压器二次侧每相输出共54个绕组，三相共81个绕组，低压套管在油箱侧壁出线，共81个套管107。
本实用新型一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器101，每个功率单元102要求变压器输出的电压尽量一致，变压器的半穿越阻抗不平衡率一定要控制在2％以内。
本实用新型通过对绝缘结构的电场数值计算、波过程计算，确定合理、优化、经济的主绝缘结构、纵绝缘结构；众所周知，变压器在运行中，除了承受长期工作电压以外，还要承受短时过电压，即内部操作过电压和外部雷电冲击过电压。其中，内部操作过电压对变压器的主绝缘影响大，而外部雷电冲击过电压主要影响变压器的纵绝缘。变压器的主纵绝缘的大小，决定了变压器产品的经济性。所以要想设计出经济指标好、制造工艺简单、绝缘可靠性高的产品，就必须弄清变压器绝缘结构在过电压作用下的电场分布和电位梯度。本实用新型在设计计算的过程中，应用计算机软件进行绝缘结构的电场计算，研究的重点是高中压绕组主空道内的电场和端部电场。油纸绝缘结构的击穿电压，不仅与绝缘油间隙的几何形状结构、尺寸有关，而且还与电极及接地部分的形状及其相互之间的位置和距离有关。因此，为了正确地选用绝缘结构，了解其中最大场强的部位，并计算出这些部位的电场强度值是非常重要的。高中压绕组主空道的电场，可按同心圆柱电极计算，是均匀电场。但不能忽视电极表面对电场的影响，尤其是高压绕组表面，由于电压高，段间存在油隙，加之扁导线的棱角及撑条或垫块等因素，会使均匀电场畸变，增加了局部场强，所以用一个大于1的系数来进行修正。
Claims (3)
1.一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器，高压采用Y形接法的三相输入绕组，低压采用延边三角形接法的多相输出绕组，其特征在于，低压绕组分成三个大组，其中每个大组包括9个移相绕组，其移相角分别为+26.67°、+20°、+13.33°、+6.67°、0°、-6.67°、-13.33°、-20°、-26.67°，各移相绕组角度差6.67°；每相由若干个功率单元串联而成，三相低压输出相邻之间互差6.67°，该9个移相绕组由三相不同时序脉冲控制触发可控硅IGBT得到正负各27脉波；高压绕组也分成三个大组，高压绕组和低压绕组均采用饼式线圈结构；二次侧每相输出27绕组，三相共81个绕组，低压套管在油箱侧壁出线，共81个套管。
2.根据权利要求1所述的一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器，其特征在于，所述每相功率单元为9个，三相共27个功率单元。
3.根据权利要求1所述的一种大功率高压变频装置用油浸式54脉波变频变压器，其特征在于，所述二次侧绕组分为基本绕组和移相绕组，延边三角形连接方式为正序接法或逆序接法。
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