CN2340073Y - 一种三相－两相平衡变压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三相－两相平衡变压器,它采用普通三相铁芯,原边绕组为Y接可引出中性接地点,次边由三个V接绕组叠放而成,其一端连成公共接地端,另两端与接地端构成两相对称的供电端口。两供电端口的等值漏抗相同,原边三相绕组漏抗分布均匀,绝缘要求低,次边的铜材料利用率为87.23%,其综合性能有所提高,主要用于牵引变电所、工频电炉等需要单相或两相交流负载平衡供电的场合。

Description

一种三相-两相平衡变压器

本实用新型涉及电力变压器的设计制造技术领域，尤其涉及三相-两相变压器内部绕组接线技术领域。

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，且无法实现原边中性点大电流接地，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，但前者次边铜材料利用率只有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三相-两相平衡变压器，它能有效地提高平衡变压器的综合性能，降低制造成本。

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，原边绕组为星形接法，并可抽出中性接地点，次边有公共接地端3′，输出两个供电端口，它由三个V形绕组叠加构成。V形绕组1′、4和4、3′输出一个供电端口，在绕组4、3′适当位置抽头，将两V形绕组3′、5,5、6和一个V形绕组6、2′依次叠放输出另一供电端口，另一种等效接线是将两个V形绕组3′、5,5、2′和一个V形绕组2′、6依次叠放输出另一供电端口。两供电端口的等值漏抗相同，原边三相绕组漏抗分布均匀，绝缘要求低，次边的铜材料利用率为87.23％。

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。

表1中，铜的利用有原边和次边之别，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，其余均较高，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。

既有技术与本实用新型效果比较    表1

另外，Kübler接法的变形是改变次边Δ绕组的大小，Woodbrige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。

综上所述，本实用新型具有原边可大电流接地、绝缘要求低、接线简炼、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为本实用新型的另一种等效接线图。

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，其中原边同名端标志为1、2、3，次边同名端标志为1′、1″、2′、3′,1与1′、1″,2与2′,3与3′分别对应，4、5、6为次边其他端子标号。

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由原边端子1、2、3引入，每相绕组匝数为ω₁，可提供接地中性点；当原边施以三相对称电压时，次边供电端1′、3′和2′、3′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似匝数为ω₂，则次边接线中，绕组1′4的匝数为

，绕组5、3′的匝数为

，绕组4、5的匝数为 $(\frac{1}{\sqrt{3}}-\frac{1}{3}){\mathrm{\ω}}_2$ ，绕组5、6的匝数为

，绕组6、2′的匝数为

当次边供电端口1′、3′和3′、2′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 $\left[\begin{array}{c}\stackrel{.}{I_A}\\ {\stackrel{\·}{I}}_B\\ \stackrel{\·}{I_C}\end{array}\right]=\frac{K_T}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{ccc}{\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& \sqrt{3}& -1\\ {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& 0& 2\\ {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& -\sqrt{3}& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{I_O}\\ \stackrel{\·}{I_{\mathrm{\α}}}\\ \stackrel{\·}{I_{\mathrm{\β}}}\end{array}\right]--\left(1\right)$ 式中，K_γ为次边端口1′、3′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 $\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_0\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\α}}\\ {\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\frac{K_T}{\sqrt{3}}\left[\begin{array}{ccc}{\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}& {\left(d\sqrt{3}{K}_T\right)}^{-1}\\ \sqrt{3}& 0& -\sqrt{3}\\ -1& 2& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_A\\ {\stackrel{\·}{U}}_B\\ {\stackrel{\·}{U}}_C\end{array}\right]---\left(2\right)$ 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2′、3′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，成为两相对称电压。

设U_α=U_β=U_S，令t=I_β/I_α(称为端口负载比)即次边绕组容量为 $S_s=U_s{I}_{\mathrm{\α}}(\frac{2}{\sqrt{3}}-\frac{1}{3}+\frac{1}{3}\sqrt{1+t^2}+t)$ 次边绕组(铜材)利用率为 ${\mathrm{\η}}_s=\frac{U_s(I_{\mathrm{\α}}+I_{\mathrm{\β}})}{S_s}$ $=$ $\frac{3\sqrt{3}(1+t)}{6-\sqrt{3}+\sqrt{3}\sqrt{1+t^2+3\sqrt{3}t}}---\left(3\right)$ 当t=1即两端口负载相等时，η_S=87.23％。

设U_A=U_B=U_C=U_P，则原边绕组容量可由式(1)求得为 $S_p=\frac{2U_s{I}_{\mathrm{\α}}}{3}(t+\sqrt{3+t^2})$ 同样可求得其(铜材)容量利用率为 ${\mathrm{\η}}_p=\frac{U_s{I}_{\mathrm{\α}}}{3}(t+\sqrt{3+t^2})$ $=\frac{3(1+t)}{2(t+\sqrt{3+t^2})}---\left(4\right)$ 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_PI_P(I_P=I_A=I_B=I_C=2K_TI_S/

,U_P=U_S/(

K_T))。

次边绕组1′、4的容量为U_SI_S/

，绕组4、5的容量为U_SI_S

，绕组5、3′的容量为U_SI_S

/3，绕组1、6的容量为U_SI_S/3，绕组6、2′的容量为2U_SI_S/3。两供电端口的等效漏抗相同。

图2绕组5、6和6、2′分别与图1中的绕组6、2′及5、6对应。

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。

Claims (2)

1、一种三相-两相平衡变压器，采用普通三相铁芯，原边绕组为星形接法，并可抽出中性接地点，其特征在于三个V形绕组叠加构成次边两个供电端口，并有一公共接地端(3′)，V形绕组(1′)(4)和(4)(3′)输出一个供电端口，在绕组(4)(3′)上抽头，两个V形绕组(3′)(5)、(5)(6)和一个V形绕组(6)(2′)依次叠放输出另一供电端口。

2、根据权利要求1所述的三相-两相平衡变压器，其特征在于两个V形绕组(3′)(5)、(5)(2′)和一个V形绕组(2′)(6)依次叠放输出另一供电端口。

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