CN215342240U - 一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器，该三相变压器由铁芯和绕组构成，所述铁芯包括心柱、旁轭、以及连接心柱与旁轭的铁轭；其中旁轭用于为三相不平衡磁通提供磁分路；所述绕组分别绕接于三根心柱。本实用新型为实现三相电压可独立调节，构造了变压器的三相四柱和三相五柱拓扑结构，和现有的技术相比，本实用新型具有结构简单、三相电压可独立调节的特点。本实用新型实现了变压器三相电压的独立调节，能够促进三相变压器在电网中的应用。

Description

一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器技术领域，具体涉及一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器，适用于输配电系统的交流电压变换。

背景技术

在电网配电侧，常采用三个单相变压器组合成的三相变压器，实现高压到低压的交流电压变换。相较于“组合式”三相变压器，三相有载调压变压器具有体积小、成本低、效率高等优点，在电网中得到越来越广泛的使用。

然而，传统的三相有载调压变压器为三相三柱式，缺点是进行单相调压时，会改变该相磁通，进而影响另外两相磁通的大小以及电压，无法实现各相电压的独立调节。目前，尚未有专利或论文以实现各相独立调压为目标，围绕变压器展开研究。

因此，本实用新型提出了一种应用于配电网的可每相独立调压的三相四柱和三相五柱变压器，通过将变压器铁芯的拓扑结构设计为三相四柱式和三相五式，为三相不平衡磁通提供旁路通道，最大程度减小单相磁通变化对另外两相磁通的影响，使得各相电压可独立调节。

发明内容

本实用新型目的是提供一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器，能够在三相电压不平衡时，为变压器铁芯中产生的不平衡磁通提供磁通通路，进而避免单相调压时，调压相相电压变化对其他相电压的影响，实现各相电压的独立调节。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器，包括：

铁芯，所述铁芯包括心柱、旁轭、以及连接心柱与旁轭的铁轭；其中，旁轭用于为三相不平衡磁通的提供磁分路。

以及绕组，所述绕组分别绕接于三根心柱。

具体的说，三相四柱变压器的铁芯包括三根心柱和一根旁轭，三相五柱变压器的铁芯包括三根心柱、两根旁轭。

进一步地，提供可每相独立调压的三相变压器的旁轭大小设计方法，包括如下步骤：

步骤1：基于三相四柱和三相五柱变压器的三相电压可调节范围，得到三相电流变化范围；

步骤2：基于三相电流变化范围计算三相磁通变化范围，根据三相磁通变化范围，计算磁通三相不平衡量；

步骤3：根据三相磁通变化范围、磁通三相不平衡量，计算旁轭的最小横截面积。

进一步地，所述三相磁通的计算公式如下，以a相为例：

其中，Φ_a为a相磁通；N₁为a相原编绕组匝数；N₂为a相副编绕组匝数；i_a1为a相原编电流；i_a2为a相副编电流；R_eq,a为a相的等效磁阻。

进一步地，所述磁通三相不平衡量的计算公式如下：

Φ_p＝Φ_a+Φ_b+Φ_c

其中，Φ_p为磁通三相不平衡量；Φ_a为a相磁通；Φ_b为b相磁通；Φ_c为c相磁通。

进一步地，所述旁轭的最小横截面积的计算步骤如下：

步骤1：计算旁轭的磁动势U_m，计算公式如下：

U_m＝R_m·Φ_p

其中，Φ_p为磁通三相不平衡量；μ为旁轭的磁导率；l为旁轭的高度；S为旁轭的横截面积；R_m为旁轭磁阻；

步骤2：计算旁轭的每周期有功功率损耗，所述有功功率损耗包括磁滞损耗和涡流损耗：

旁轭单位体积的每周期磁滞损耗P_b、涡流损耗P_f的计算公式如下：

其中，α、β是旁轭材质的系数；f为工作频率；B_m为旁轭的磁感应密度。

旁轭的每周期有功功率损耗为P₀，计算公式如下：

P₀＝K₀·P_c·V＝K₀·P_c·S·l

其中，P_c为旁轭单位体积的每周期有功功率损耗；K₀是旁轭材质、结构型式及制造工艺水平的系数，对于冷轧硅钢片，取K₀＝1.3，对于热轧硅钢片，取K₀＝1.0；V为旁轭的体积；

步骤3：基于旁轭的磁动势、单位体积的每周期有功功率损耗的计算公式，计算旁轭的最小横截面积，计算公式为：

其中，S_min为旁轭的最小横截面积；Φ_p,_max为磁通最大三相不平衡量；U_m,M为旁轭磁动势的最大约束；P_0,M为旁轭的每周期有功功率损耗的最大约束。

有益效果：本实用新型采用可每相独立调压的三相变压器拓扑结构，适用于电网配电侧的电压变换，变压器铁芯的旁轭设计，可为三相不平衡磁通提供磁通路。由于旁轭一般为铁磁材料，其磁导率极高，同时旁轭大小设计方法实现了对旁轭横截面积的优化设计，可在保证旁轭磁阻足够小的同时，降低旁轭的制造成本。由于旁轭磁阻足够小，当有较大的三相不平衡磁通流过旁轭时，旁轭磁势较小。因此，在实际情况中，在变压器单相独立调压时，产生的三相不平衡磁通、旁轭磁势的变化可忽略不计，不对其他各相的磁通产生影响，实现了变压器的三相可独立调压。

附图说明

图1：三相四柱变压器铁芯拓扑结构图；

图2：三相五柱变压器铁芯拓扑结构图；

图3：三相四柱变压器磁路示意图；

图4：三相五柱变压器磁路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是三相四柱变压器，图2是三相五柱变压器。

本实用新型实施例提供一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器，如图1和图2所示，本实用新型包括铁芯1和绕组2；所述铁芯1包括心柱10、旁轭11以及连接心柱、旁轭的铁轭12；其中，旁轭11用于为三相不平衡磁通提供磁分路，此分路对于三相不平衡磁通来说是低磁阻的。

优选的是，所述三相四柱变压器的铁芯1包括三根心柱10和一根旁轭11，所述三相五柱变压器的铁芯1包括三根心柱10、两根旁轭11。

以三相四柱变压器为例，在三相变压器正常运行时，ABC相的磁通相量和，即为三相不平衡磁通，三相不平衡磁通将流入旁轭形成磁回路，得到三相四柱变压器的磁路图，如图3所示。当调高A相电压时，A相磁势和A相磁通亦增大，由于A相磁通增大，三相不平衡磁通的大小将变化。此时，由于三相不平衡磁通流入旁轭，旁轭必定会产生磁势，进而影响BC相的磁通大小，但是，因旁轭一般采用铁磁材料制造，其磁导率极高，同时，本实用新型提供的一种旁轭大小设计方法，对旁轭的横截面积进行优化，进而保证旁轭磁阻足够小。由于旁轭的磁阻足够小，三相不平衡磁通变化所导致的旁轭磁动势变化也足够小，可以忽略不计，因此，旁轭磁动势变化对BC相磁通的影响可以忽略不计，从而实现三相独立调压。

在满足每相独立调压性能的前提下，尽可能节省旁轭成本，计算出优化的旁轭最小横截面积。

具体的说，所述可每相独立调压的三相变压器的旁轭大小设计方法，包括如下步骤：

步骤1：基于三相四柱和三相五柱变压器的三相电压可调节范围，得到三相电流变化范围；

步骤2：基于三相电流变化范围计算三相磁通变化范围，根据三相磁通变化范围，计算磁通三相不平衡量；

步骤3：根据三相磁通变化范围、磁通三相不平衡量，计算旁轭的最小横截面积。

进一步地，所述三相磁通的计算公式如下，以a相为例：

其中，Φ_a为a相磁通；N₁为a相原编绕组匝数；N₂为a相副编绕组匝数；i_a1为a相原编电流；i_a2为a相副编电流；R_eq,a为a相的等效磁阻。

进一步地，所述磁通三相不平衡量的计算公式如下：

Φ_p＝Φ_a+Φ_b+Φ_c

其中，Φ_p为磁通三相不平衡量；Φ_a为a相磁通；Φ_b为b相磁通；Φ_c为c相磁通。

进一步地，所述旁轭的最小横截面积的计算步骤如下：

步骤1：计算旁轭的磁动势U_m，计算公式如下：

U_m＝R_m·Φ_p

其中，Φ_p为磁通三相不平衡量；μ为旁轭的磁导率；l为旁轭的高度；S为旁轭的横截面积；R_m为旁轭磁阻；

步骤2：计算旁轭的每周期有功功率损耗。所述有功功率损耗包括磁滞损耗和涡流损耗：

旁轭单位体积的每周期磁滞损耗P_b、涡流损耗P_f的计算公式如下：

其中，α、β是旁轭材质的系数；f为工作频率；B_m为旁轭的磁感应密度；P_f为磁滞损耗；

旁轭的每周期有功功率损耗为P₀，计算公式如下：

P₀＝K₀·P_c·V＝K₀·P_c·S·l

其中，P_c为旁轭单位体积的每周期有功功率损耗；K₀是旁轭材质、结构型式及制造工艺水平的系数，对于冷轧硅钢片，取K₀＝1.3，对于热轧硅钢片，取K₀＝1.0；V为旁轭的体积；

步骤3：基于旁轭的磁动势、单位体积的每周期有功功率损耗的计算公式，计算旁轭的最小横截面积，计算公式为：

其中，S_min为旁轭的最小横截面积；Φ_p,max为磁通最大三相不平衡量；U_m,M为旁轭的最大约束磁动势最大约束；P_0,M为旁轭的最大约束的每周期有功功率损耗。

本实用新型的效果验证：为验证本实用新型一种应用于配电网的可每相独立调压的变压器的三相独立调压效果，对1600KVA的室内变压器进行验证，在一次侧输入200V/50HZ的三相电，二次侧带载。降低A相一次侧电压95％，B相输出电压变化小于0.2％，C相输出电压变化小于0.3％；降低B相一次侧电压95％，A相输出电压变化小于0.6％，C相输出电压变化小于0.1％；降低C相一次侧电压95％，A相输出电压变化小于0.4％，B相输出电压变化小于0.5％，试验效果很好。

以上对本实用新型实施例所提供的一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器。进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。

Claims (2)

1.一种应用于配电网的可每相独立调压的三相变压器，其特征在于，

三相变压器由铁芯和绕组构成；所述铁芯包括心柱、旁轭、以及连接心柱与旁轭的铁轭；其中旁轭用于为三相不平衡磁通提供磁分路；所述绕组分别绕接于三根心柱。

2.根据权利要求1所述的可每相独立调压的三相变压器，其特征在于，三相变压器包括三相四柱变压器和三相五柱变压器。

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