CN2328088Y - 三相变两相平衡变压器 - Google Patents

Abstract

三相变两相平衡变压器由两组侧绕组1、2和三相侧a相柱第一与第二原绕组3与4和b相柱第一与第二原绕组5与6绕制在两相三柱式铁芯上构成,绕组3构成三相侧A相,绕组4与5相串联构成B组,绕组4与6相串联构成C组,其中绕组4为B相与C相所共用。该变压器主要用于电气化铁路做牵引供电变压器,也可进行两相变三相而做所用或地区供电变压器,三相侧有中性点可以接地,尤其适合于我国高压输电系统中性点接地的运行方式。

Description

三相变两相平衡变压器

本实用新型涉及一种电力变压器，特别是一种将对称的三相电力系统变换为电压互为90°电角度的两相系统或者是进行反变换的三相变两相平衡变压器。

目前，国内外电气化铁路牵引供电系统通常采用两相制，一相接上行线，一相接下行线。由于采用普通Y/△型电力变压器供电，将产生很大的负序电流，给三相电力系统带来很大的不良影响，因此许多国家电气化铁路采用了平衡变压器供电。其中国外生产的平衡变压器有斯科特(Scott)型、李勃伦克(Le Blanc)型和伍德桥(Wood-brige)型，我国生产的有阻抗匹配平衡变压器。平衡变压器的特点是低压侧两相电压之间互为90°电角度，当两相负荷电流相等时，高压侧三相电流既平衡，又对称；当两相负荷电流不相等时，高压侧三相电流仍平衡，但不对称，不过其对称性大大优于Y/△电力变压器，斯科特平衡变压器高压侧没有中性点接地，高压绕组要按全绝缘(线电压)设计，使成本升高，特别是不适合于我国高压输电系统中性点接地的运行方式，但由于低压侧两相之间没有电气联系，它既可用于直供或BT供电方式，也可用于AT供电方式，目前在日本、南朝鲜和欧美一些国家采用，我国郑州至武昌电气化铁路也采用斯科特平衡变压器。李勃伦克平衡变压器高压则为三角形接线，消除了激磁电流三次谐波的影响，但由于三角形回路电流为不平衡系，因此，任何运行情况都存在较大的环流，增加了附加损耗，另外高压侧无中性点接地，高压绕组须按全绝缘设计，使成本增加，目前在我国台湾和少数国家采用。伍德桥平衡压器高压侧中性点可以直接接地，高压绕组可以按分级绝缘(相电压)设计，在低压侧有三角形回路，但低压绕组互相有电气联系，两引出线没有公共点，只能用于AT供电方式，目前在日本采用。我国生产的阻抗匹配平衡变压器高压侧中性点可直接接地，低压侧有三角形回路，两相回路有公共点可接铁轨，但低压侧绕组有电气联系，B相绕组复杂，阻抗匹配困难，只能用于直供和BT供电方式。我国提出的Y/＞/接线平衡变压器，高压侧中性点可直接接地，低压侧有三角形回路，低压侧绕组两相之间没有电气联系，它既可用于BT供电方式，也可用于AT供电方式，其铁心利用率高，但绕组材料利用率不高，目前未见厂家研制。

针对现有技术存在的上述缺陷，本实用新型的目的，乃是为电气化铁路的牵引供电提供一种现有三种供电方式中任何一种供电方式的且可提高供电电能质量的三相变两相平衡变压器，乃是将斯科特平衡变压器高压侧引出中性点接地，使其适合于我国高压输电系统中性点接地的运行方式，同时使其高压绕组可按分级绝缘设计，降低制造成本。

本实用新型的解决方案如下。它仍然具有绕组匝数分别为W_a、W_b的两相侧绕组1、2，变压器采用两相三柱式铁芯，两边相铁芯柱截面积相等，中间不绕制绕组的铁芯柱截而积为两边相柱截面的

倍。而其特征之处在于，三相侧具有绕组匝数分别为、W_A1和w_A2的a相柱第一原绕组3和第二原绕组4，绕组匝数分别为W_B1和W_C1的b相柱第一原绕组5和第二原绕组6：绕组l、3、4绕在一边铁芯柱上，绕组2、5、6绕在另一边铁芯柱上；绕组3构成三相侧A相，绕组4与5尾尾串联构成三相侧B相，绕组4与6尼首串联构成三相侧C相，其中绕组4为B相与C相所共用，绕组3与4的尾首连接点为接地点或称中性点O。

具有上述结构的本实用新型，其绕组布置和线径选择原则及阻抗计算方法均与一般电力变压器相同。其中a、b两相电磁容量相等，安匝数各自平衡．绕组布置为：绕组1、2布置在中间层，绕组3和4分别布置在a相柱最外层和最内层，绕组5和6分别布置在b相柱的最外层和最内层，或者5和6对换位置。各绕组按经济电流密度和动、热稳定要求选择线径。a相柱上每两个绕组之间即绕组1与3之间、绕组1与4之间和绕组3与4之间的短路阻抗分别为Z_1-3、Z_1-4和Z_3-4，b相柱上每两个绕组之间即绕组2与5之间、绕组2与6之间和绕组5与6之间的短路阻抗分别为Z_2-5,Z_2-6和Z_5-6，各个短路阻抗值均统一折算到绕组3的匝数W_A1，各个短路抗的设计原则为：2Z_2-3+6Z_1-2=6Z_1-3+3Z_5-6,4Z_1-2=Z_1-3+3Z_2-5,Z_2-5=Z_2-6，这样就可以保证两相侧四个引出端互相短接时，从三相侧看进的三相短路阻抗相等以及中性点O接地时没有零序电流流入大地。

下面结合附图和实施例对本实用新型加以进一步说明。

附图为本实用新型的接线原理图，参见附图，这种变压器各绕组匝数的选取原则为：W_A1∶W_a=K, $W_{A2}:W_a=\frac{1}{2}K,W_{B1}{:W}_b=W_{C1}:W_b=\frac{\sqrt{3}}{2}K,$ W_a=W_b。式中K为已知条件给出的三相侧相电压与两相侧相电压之比。其接线方式保证了 $\stackrel{.}{E_a}=j\stackrel{.}{E_b}$ 。以变压器两相侧电流 $\stackrel{.}{I_b}=I_b$ 为参考相量，

的正方向超前

90°电角度，则变压器三相侧与两相侧电流矩阵方程为： $\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{{\mathrm{\Ι}}_{\mathrm{\&Agr;}}}\\ \stackrel{.}{{\mathrm{\Ι}}_{\mathrm{\&Bgr;}}}\\ \stackrel{.}{{\mathrm{\Ι}}_{\mathrm{\&KHgr;}}}\end{array}\right]=\frac{1}{\mathrm{\&Kgr;}}\left[\begin{array}{cc}\frac{2}{3}& 0\\ -\frac{1}{3}& \frac{\sqrt{3}}{3}\\ -\frac{1}{3}& -\frac{\sqrt{3}}{3}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{I_a}\\ \stackrel{.}{I_b}\end{array}\right]$ 上式符合三相变两相平衡变压器的电流矩阵方程基原则，当 $\stackrel{.}{I_a}=\stackrel{.}{j{I}_b}$ 时，

既平衡，又对称：当 $\stackrel{.}{I_a}\≠j\stackrel{.}{I_b}$ 时，保持平衡。

这种变压器a相芯柱上每两个绕组之间的短路阻抗设计原则为 $\frac{3}{4}{Z}_{1-3}+\frac{1}{4}(Z_{1-4}-Z_{3-4})=Z_K$ 式中Z_K为已知条件给的两相侧两相同时短路时，从三相侧看进的每相短路阻抗。b相芯柱上每两个绕组之间的短路阻抗设计原则为 $Z_{5-6}=\frac{1}{3}(2Z_{3-4}+6Z_{1-3}-6Z_{1-4}),Z_{2-5}=Z_{2-6}=\frac{1}{3}(4Z_{1-3}-Z_{1-4}),$ 这样就能保证从三相侧看进的每相短路阻抗相等以及中性点O接地时没有零序电流流入大地．详细论述将发表于《变压器》杂志．

本实用新型主要用于电气化铁路做牵引变压器，或者进行两相变三相逆变换做所用变或地区供电变压器，也可用于两个单相负荷的工厂或矿山用户。其特点是两相侧a相和b相绕组简单，互相独立，无电气联系，用于直供或BT供电方式，有公共点可接铁轨；本实用新型还可用于AT供电方式。变压器高压侧中性点可以直接接地，在两相侧任意对称或不对称负载情况下，中性点接地无零序电流流过，适合于我国高压输电系统中性点接地的运行方式，高压绕组绝缘可按相电压设计，降低了成本：高压侧三相激磁电流中的三次谐波电流分量是一组对称的负序电流，不会流过中性点形成零序电流，所以不会对邻近的通讯线路产生电磁干扰，其性能优于目前国内外现有的斯科特平衡变压器。

Claims (3)

1．一种三相变两相平衡变压器，具有绕组匝数分别为W_a、W_b的两相侧绕组(1)、(2)，变压器铁芯采用两相三柱式铁芯，两边铁芯柱截面积相等，中间铁芯柱截面积为两边铁芯柱的

倍。其特征在于：

A)三相侧具有绕组匝数分别为W_A1和W_A2的a相柱第一原绕组(3)和a相柱第二原绕组(4)，绕组匝数分别为W_B1和W_C1的b相柱第一原绕组(5)和b相柱第二原绕组(6)；绕组(1)、(3)、(4)绕在三柱铁芯的一边柱上，绕组(2)、(5)、(6)、绕在三柱铁芯的另一边柱上；绕组(3)构成三相侧的A相，绕组(4)与(5)尾尾相连构成三相侧的B相，绕组(4)与(6)尾首相连构成三相侧的C相，其中绕组(4)为B、C两相所共用；

B)在一边铁芯柱上绕组(1)与(3)之间、绕组(1)与(4)之间和绕组(3)与(4)之间具有短路阻抗分别为Z_1-3、Z_1-4和Z_3-4；在另一边铁芯柱上绕组(2)与(5)之间。绕组(2)与(6)之间和绕组(5)与(6)之间具有短路阻抗分别为Z_2-5、Z_2-6和Z_5-6；各短路阻抗值均已统一折算到绕组匝数W_A1，各短阻抗的选取原则为： $\frac{3}{4}{Z}_{1-3}+\frac{1}{4}(Z_{1-4}-Z_{3-4})=Z_K,$ 2Z_3-4+6Z_1-3=6Z_1-4+3Z_5-6,4Z_1-3=Z_1-4+3Z_2-5,Z_2-5=Z_2-6。式中Z_K为已知条件给出的当绕组(1)和(2)同时短路后从三相侧看进去的每相阻抗。

2．如权利要求1所述的变压器，其特征在于，各绕组的匝数选取原则为：W_A1∶W_a=K, $W_{A2}:W_a=\frac{1}{2}K,w_{B1}:W_b=W_{C1}:W_b=\frac{\sqrt{3}}{2}K,$ W_a=W_b。式中K为已知条件给出的三相侧相电压与两相侧相电压之比。

3．如权利要求1所述的变压器，其特征在于，短路阻抗Z_1-3、Z_1-4、Z_3-4、Z_2-5、Z_2-6和Z_5-6的数值采用忽略电阻后的纯电抗数值。

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