CN2248379Y - 星形一多三角形接线平衡变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种星形－多三角形接线平衡变压器，它采用普通三相铁芯，原边绕组为Y接可引出中性接地点，其特征在于次边由三至四个△接三相绕组组成，在每一△接中，各相绕组的归算漏抗按同一值匹配，三相绕组分布均匀，绝缘要求低，次边的铜材料利用率可达92.35％，特别适用于牵引变电所、工频电炉等需要单相或两相交流负载平衡供电的场合。

Description

星形—多三角形接线平衡变压器

本实用新型涉及一种电力变压器，尤其涉及三相—两相平衡变压器。

铁路和工矿企业的交流牵引供电多采用两相电压制式，采用三相或单相变电压器供电时形成不对称负载，不对称负载会向系统反送大量负序电流(功率)，影响电力系统的安全运行和经济运行。理论和实践均表明，采用三相—两相平衡(对称)变压器接线是减轻和消除负序不良影响以及保证正常、安全供电的有力措施。目前，国内外电力变压器厂生产的三相——两相变压器有Scott接法，LeBlanc接法、Kübler接法、Woodbridge接法及其变形接法等。其中Scott接法材料利用率最高，达92.82％，但其不足之处是制造工艺要求特殊，且无原边中性接地点和三次谐波激磁通路，因此在应用中受到很大限制；LeBlanc和Kübler接法虽然有原边中性接地点和三次谐波激磁通路，但前者材料利用率只有80.38％且绝缘要求高，后者制造工艺要求特殊，生产成本上升；Woodbridge(变形)接法则须增设自耦变压器(AT)，结构复杂，使整体固定投资增大。

本实用新型的目的是提供一种星形—多三角形接线平衡变压器，它改变了现有三相—两相平衡变压器的接线方式，使变压器的综合性能提高且实际制造成本降低。

本实用新型由以下技术方案实现：在不改变现有变压器外部结构的基础上，采用普通三相铁芯，绕组一次侧为Y接，并可抽出中性接地点，次边由两组大小相同的大△接三相绕组和两组大小可不等的小△接三相绕组组成，两组大△接中，同一相绕组按同名端两端并联，另外两个接线端子引出两相对称电压中的一相，两并联绕组再与两组小△接三相绕组的同一相顺同名端串联，供两相对称电压的另一相。次边两组小△接绕组可合并成一组，每相绕组匝数为原来两个小△绕组每相匝数之和。次边两组大小相同的大△接三相绕组的两个同相并联绕组可合并为一，其匝数不变，容量增大一倍，归算的等值漏抗降低一倍。当对应对称两相电压的虚拟匝数均为ω₂时，大△接每相绕组的匝数为 ，两小△接每相绕组匝数之和为

。为简单，两组小△接绕组可合并成一组，每相绕组匝数为 并可提供11.6kV三相对称电压。

本实用新型还可应用于两相—三相供电场合，将两相对称电压变换为三相对称电压。

本实用新型与既有Scott、LeBlanc、Kübler、Woodbridge等四种接法平衡变压器一样，都能完成三相—两相电压、电流的对称变换，其效果与优点比较见表1。

                既有技术与本实用新型效果比较    表1

表1中，材料利用率应是铜(绕组)、铁(铁芯)利用率的综合指标，其中铜的利用率有原边和次边之别，在两端口负载相同情况下，总有一边是100％，表中所列的是较小一边的情况。铁的利用率与所采用的铁芯型式及绕组在铁芯上的均匀度有关，除Scott变压器由于铁芯特殊(用单相组合或三相特殊铁芯)使铁的利用率低于90％外，其余均达90％以上，但本实用新型使得普通三相铁芯上的绕组匝数均匀分布，这是其它接线型式无法比拟的，铁的利用率更高。

另外，LeBlanc接法的变形是将原边改为Y接，虽然可获得接地中性点，但无△绕组为3次谐波激磁电流提供通路；若另加△绕组或将△绕组与次边一绕组合并，其特殊性将增加工艺复杂程度。Kübler接法的变形是改变次边△绕组的大小，Woodbridge接法也可设计成自耦Woodbridge接法，它将外接自耦变压器(俗称AT)移入三相铁芯内(称改进型Woodbridge接法)，但二者的工艺都较复杂。

此外，本实用新型在令k＝1(或k＝0)时，小△接输出11.6kV三相对称电压，可用于额定电压为10kV(最大11kV)级别的地区电源或电气化铁道的非牵引三相电源。

本实用新型的各种变形接法能够覆盖目前应用的所有原边Y形接法的平衡变压器。

综上所述，本实用新型具有原边可大电流接地、绝缘要求低、可提供3次谐波通路、三相铁芯绕组分布均匀、材料(容量)利用率高、制造工艺简单(类似于三绕组变压器)、成本低廉等综合优点。

本实用新型的附图说明：

图1为本实用新型的基本接法方式图；

图2为本实用新型的简化接法方式图。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述：

本实用新型采用普通三相铁芯，其绕组接法的基本实施方式如图1所示，其中(1)、(2)、(3)为同名端标志，原、次边绕组一一对应。图1中，原边为普通三相绕组，A、B、C三相电压U_A、U_B、U_C由端子(2)、(3)、(1)引入，每相绕组匝数为ω₁，可提供接地中性点；次边接线由3～4个△接的三组绕组组成。当原边施以三相对称电压时，次边(4)(4＇)、(5)(5＇)端子输出大小相等、相位相差90°的两相电压，构成两相对称系。设次边供电端口的虚拟匝数为ω₂，则次边接线中，两大小相同的大△接给出端子(5)和(5＇)，每相绕组匝数均为

；两大小可不同的小△接给出端子(4)和(4＇)，每相绕组匝数分别为

和

，k∈[0，1]为实数。一般为简单起见，取k=1或k=0，这样，次边将由3个△接(两大一小△接)绕组组成，见图2。

当次边供电端口(4)(4＇)和(5)(5＇)的电压为U_α、U_β且分别输出负载电流 、

时，原边三相电流向量变换关系为 $\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{I_A}\\ \stackrel{.}{I_B}\\ \stackrel{.}{I_C}\end{array}\right]=\frac{K_T}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{ccc}{\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& -1& \sqrt{3}\\ {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& 2& 0\\ {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& -1& -\sqrt{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{I_0}\\ \stackrel{.}{I_{\mathrm{\α}}}\\ \stackrel{.}{I_{\mathrm{\β}}}\end{array}\right]--\left(1\right)$ 式中，K_T为次边端口(4)(4＇)电压U_α与原边线电压之比(变比)，d为非零实数， 为0序电流分量，恒为零。相应次边与原边三相电压向量变换关系为 $\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{U_0}\\ \stackrel{.}{U_{\mathrm{\α}}}\\ \stackrel{.}{U_{\mathrm{\β}}}\end{array}\right]=\frac{K_T}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{ccc}{\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}\\ -1& 2& -1\\ \sqrt{3}& 0& -\sqrt{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{U_A}\\ \stackrel{.}{U_B}\\ \stackrel{.}{U_C}\end{array}\right]--\left(2\right)$

其中，₀为0序电压分量，原边三相电压对称时它为零。

由式(1)易见，当I_β=I_α时，原边将不产生负序电流，而当原边施以对称电压时，由式(2)易见，次边端口(5)(5＇)的电压向量为_β=j_α，从而完成电压、电流向量对称系的变换。设U_α＝U_β＝U_s，次边绕组容量为 $S_s=\frac{4}{3}{I}_{\mathrm{\α}}{U}_s(1-\frac{1}{\sqrt{3}})+\frac{2}{3}{I}_{\mathrm{\α}}{U}_s\frac{1}{\sqrt{3}}+\frac{2}{\sqrt{3}}\·\frac{U_s}{3}\sqrt{I_{\mathrm{\α}}^2+9I_{\mathrm{\β}}^2}$ 次边绕组(铜材)利用率为 ${\mathrm{\η}}_s=\frac{U_s(I_{\mathrm{\α}}+I_{\mathrm{\β}})}{S_s}$ 若令t＝I_β/I_α(称为端口负载比)，则 ${\mathrm{\η}}_s=\frac{3\sqrt{3}(1+t)}{4\sqrt{3}-2+2\sqrt{1+9t^2}}----\left(3\right)$ 当t＝1即两端口负载相等时，η_s=92.35％。

设U_A＝U_B＝U_C=U_P，则原边绕组容量可由式(1)求得为 $S_P=\frac{2U_s{I}_{\mathrm{\α}}}{3}(1+\sqrt{1+3t^2})$ 同样可求得其(铜材)容量利用率为 ${\mathrm{\η}}_P=\frac{U_s(I_{\mathrm{\α}}+I_{\mathrm{\β}})}{S_P}$ $=\frac{3(1+t)}{2(1+\sqrt{1+3t^2})}---\left(4\right)$ 显然，当次边两端口负载相等，即t＝1时，η_P＝100％。

各绕组容量按t＝1(即I_α＝I_β＝I_s)条件设计，原边三相绕组相同，均为2U_sI_s/3或 $U_P{I}_P(I_P=I_A=I_B=I_C=2K_T{I}_s/\sqrt{3},$ $U_P=U_s/\left(\sqrt{3}{K}_T\right)).$ 次边两小△接按对应绕组的容量之和计算，图1中标以(3)为同名端的和为

，另两个相同，均为 ；两大△接相同，标以(3)同名端的绕组容量为

，另两个的容量为

。在每个△接中归算到各个绕组的等值漏抗均应相同。

本实用新型的一个变形是将两大△接中的标以(3)的两并联想绕组合并为一个绕组，其容量为原来每个绕组的2倍，归算到它的(等值)漏抗为原来每个绕组的1/2，其余不变。

实施中尚可按两相—三相变压器使用，它将二相对称电源变为三相对称电源，可称为逆星形一多三角形接线平衡变压器。

Claims (1)

1.一种星形—多三角形接法平衡变压器，绕组一次侧为Y接，并可抽出中性接地点，其特征在于次边由两组大小相同的大△接三相绕组和两组大小可不等的小△接三相绕组组成，两组大△接中，同一相绕组按同名端两端并联，另外两个接线端子引出两相对称电压中的一相，两并联绕组再与两组小△接三相绕组的同一相顺同名端串联，供两相对称电压的另一相；次边两组小△接绕组可合并成一组，每相绕组匝数为原来两个小△绕组每相匝数之和；次边两组大小相同的大△接三相绕组的两个同相并联绕组可合并为一，其匝数不变。