一种磁集成混合式配电变压器制造技术

本发明专利技术公开一种磁集成混合式配电变压器。其主电路包括主变压器、串联隔离变压器、变流器单元，铁芯结构由铁心柱、铁轭、漏磁铁芯构成。主变压器由二次绕组、一次绕组、控制绕组采用层式绕组绕制在主变铁芯柱上而成；串联隔离变压器由阀侧绕组、网侧绕组采用饼式绕组叠绕在隔离变铁芯柱上而成。阀侧绕组及控制绕组均采用星型中性点引出接法，分别接入变流器单元电压输出端及电流输出端。一次绕组与控制绕组之间及阀侧绕组与网侧绕组之间布置漏磁铁芯，实现了变压器与变流器输出连接电感的磁集成设计。主变压器与串联隔离变压器共用中部铁轭，实现主变压器与串联隔离变压器的弱耦合集成，各绕组采用移相布置方式，有效提高铁磁材料的利用率。

A magnetically integrated hybrid distribution transformer

The invention discloses a magnetic integrated hybrid distribution transformer. The main circuit consists of the main transformer, the series isolation transformer and the converter unit. The core structure consists of the core column, the iron yoke and the magnetic flux leakage core. The main transformer is made up of two times winding, primary winding and control winding by layer winding. It is made up of the main transformer core column. The series isolation transformer is made up of the side winding of the valve and the winding of the net side by winding the cake winding on the isolated core. The valve side windings and control windings all use star type neutral point extraction connection method, respectively access the converter unit voltage output and current output end. A leakage core is arranged between the primary winding and the control winding, and between the valve side winding and the net side winding, which realizes the magnetic integration design of the output inductance of the transformer and the converter. The main transformer and the series isolation transformer share the central yoke to realize the weak coupling between the main transformer and the series isolation transformer. Each winding adopts phase-shifting layout, which effectively improves the utilization ratio of ferromagnetic materials.

【技术实现步骤摘要】
一种磁集成混合式配电变压器
本专利技术涉及一种磁集成混合式配电变压器，属于变压器

技术介绍
近年来，配电网的智能化升级改造进程不断加快，传统配电变压器虽然结构简单、运行可靠、经济性好，但其可控性差，已无法适应配电网未来的发展趋势，为此，新型可控配电变压器的研究逐渐成为当下的研究热点。在这种背景下，ABB研究所、UniversityofZielonaGóra、InstitutoSuperiorTécnico的科技工作者提出了混合式配电变压器的概念。所谓混合式配电变压器是通过对传统配电变压器进行改进设计，然后将全控型电力电子装置接入其中而实现的一类新型可控配电变压器。与传统配电变压器相比，混合式配电变压器不仅具备传统配电变压器高效可靠的优点，而且能大大提升传统配电变压器的可控性，因此十分适合未来配电网智能化的发展需求。但目前关于混合式配电变压器的研究尚不完善，系统中包含大量的分立磁件，诸如主变压器、串联隔离变压器、变流器输出连接电感等。分立磁件过多必将增大系统整体的铁芯体积，使得装置整体的结构十分复杂，从而不仅会造成较大的损耗，而且会导致铁磁材料的大量浪费。为简化系统中分立磁件的数目，提高铁磁材料利用率，相关报道提出将隔离变压器拆分布置、绕组等匝排布以实现混合式配电变压器主变压器与隔离变压器的解耦磁集成设计。以及将变流器输出连接电感等匝拆分反向串联绕制在变压器铁心柱上以实现变压器与变流器输出连接电感的磁集成设计。虽然相关报道称能实现系统中各分立磁件的磁集成一体化设计，并且不改变混合式配电变压器的控制性能，但铁芯结构及绕组布置方式十分复杂，而且通过反向串联实现漏电感替代输出连接电感时，绕组匝数过多，线圈体积较大，从而对其实用性造成影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种结构简单的磁集成混合式配电变压器，在不改变原有分立磁件系统基本控制功能的前提下，实现系统中各分立磁件的集成一体化设计。从而有效减小系统中分立磁件的数目与装置的总体积，提高铁磁材料的利用率。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：该配电变压器的主电路包括主变压器、串联隔离变压器、变流器单元，主变压器及串联隔离变压器包括铁芯结构及绕组；所述铁芯结构包括铁心柱、铁轭及漏磁铁芯；铁心柱包括3个平行排列的纵向主变铁心柱以及3个依次衔接的横向隔离变铁心柱，铁轭包括一个横向放置的下部铁轭、一个横向放置的中部铁轭以及4个平行排列的纵向衔接铁轭，漏磁铁芯包括4个平行排列的纵向控制绕组漏磁铁芯以及3个平行排列的纵向阀侧绕组漏磁铁芯；绕组包括主变压器绕组和串联隔离变压器绕组，其中，主变压器绕组每相包括设置于对应相主变铁心柱上的控制绕组、一次绕组以及二次绕组，串联隔离变压器绕组每相包括设置于对应相隔离变铁心柱上的网侧绕组以及阀侧绕组；各主变铁心柱分别与下部铁轭以及中部铁轭相连，各衔接铁轭分别与中部铁轭以及隔离变铁心柱对应端部相连，配电变压器的主变铁心柱以及隔离变铁心柱通过共用中部铁轭形成2个主变压器窗口以及3个串联隔离变压器窗口；控制绕组漏磁铁芯设置在2个主变压器窗口内的每相一次绕组与控制绕组之间，等效于使用漏电感替代了原变流器的输出连接电感，实现电流输出连接电感与主变压器的磁集成设计，阀侧绕组漏磁铁芯设置在3个串联隔离变压器窗口内的每相阀侧绕组与网侧绕组之间，实现电压输出连接电感与串联隔离变压器的磁集成设计；变流器单元与每相控制绕组以及阀侧绕组相连。所述一次绕组与同相网侧绕组串联，各相网侧绕组采用星形中性点接地方式接入电网；二次绕组采用三相四线制方式为负载供电；各相控制绕组及阀侧绕组采用带中性点的星型接线方式分别与变流器单元相连。所述变流器单元包括3个电流控制桥臂、3个电压控制桥臂、1个零序桥臂及直流母线电容；变流器输出连接电感集于变压器之后，控制绕组的三相首端直接与电流控制桥臂的3个中点对应相连，阀侧绕组的三相首端直接与电压控制桥臂的3个中点对应相连，控制绕组及阀侧绕组的中性点引出后分别与零序桥臂中点相连，所有桥臂均与直流母线电容并联。主变压器每相绕组(即一次绕组、二次绕组及控制绕组)采用层式线圈同心绕制在本相主变铁心柱上，从该铁心柱向外依次为二次绕组、一次绕组、控制绕组；串联隔离变压器每相绕组(即网侧绕组及阀侧绕组)采用饼式线圈同心叠绕在本相隔离变铁心柱上，且每相网侧绕组及阀侧绕组的叠放次序无要求。所述主变铁心柱与隔离变铁心柱通过各铁轭衔接在一起。具体而言，主变铁心柱的下端与下部铁轭相连，上端与中部铁轭相连；隔离变铁心柱的左、右端依次与4个衔接铁轭的上端相连，其中相邻隔离变铁心柱的连接端共用1个衔接铁轭，4个衔接铁轭的下端与中部铁轭相连，从而使主变压器与串联隔离变压器能够共用中部铁轭，实现二者的弱耦合集成。所述主变压器绕组和串联隔离变压器绕组之间采用移相布置方式，以避免中部铁轭出现峰值磁通叠加的工况，从而提高铁磁材料的利用率。具体布置方式为：主变压器绕组从左向右按A相、B相、C相的顺序依次布置在三个主变铁心柱上，串联隔离变压器绕组从左向右按C相、A相、B相的顺序依次布置在三个隔离变铁心柱上。所述铁芯结构的每级叠片采用硅钢片，其各铁轭与对应铁心柱以45度斜接缝阶梯搭接方式拼接，主变铁心柱的叠片级数大于隔离变铁心柱的叠片级数，下部铁轭及中部铁轭的叠片级数大于衔接铁轭的叠片级数。所述控制绕组漏磁铁芯(主变漏磁铁芯)与中部铁轭及下部铁轭之间留有可调气隙，阀侧绕组漏磁铁芯(隔离变漏磁铁芯)与中部铁轭及对应相隔离变铁心柱之间留有可调气隙；控制绕组为椭圆形或半椭圆形。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术通过设置漏磁铁芯、共用中部铁轭以及布置衔接铁轭等磁集成技术，实现了主变压器、串联隔离变压器、变流器输出连接电感的磁集成一体化设计，从而大大减少了混合式配电变压器中分立磁件的数目，减少了绕组匝数，简化了分立系统的结构。进一步的，本专利技术还通过绕组移相布置，可以错开磁通的峰值时刻，能有效减小中部铁轭的横截面积，从而提高铁磁材料的利用率。附图说明图1为磁集成混合式配电变压器主电路各部件的电路拓扑及连接关系示意图；其中：(a)主变压器与串联隔离变压器，(b)变流器，(c)滤波器。图2为磁集成混合式配电变压器绕组布置及铁芯主级叠片拼接方式示意图。图3为磁集成混合式配电变压器电磁本体三维图。图4为磁集成混合式配电变压器电磁本体三视图；其中：(a)主视图，(b)右视图，(c)俯视图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。应当理解，此处所述的实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。如图1所示，本专利技术所述磁集成混合式配电变压器，包括主变压器20(以下也可简称为主变)、串联隔离变压器21(以下也可简称为隔离变)、变流器22及滤波器32。如图1(a)所示，主变压器20的绕组包括A相一次绕组1a、B相一次绕组1b、C相一次绕组1c，A相二次绕组2a、B相二次绕组2b、C相二次绕组2c、A相控制绕组3a、B相控制绕组3b及C相控制绕组3c。A、B、C三相一次绕组各相首/末端子依次为A/X、B/Y、C/Z，A、B、C三相二次绕组各相首/末端子依次为a2/x2、b2/y2、c2/z2，A、B、C三相控制绕组各相首/末端子依次为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁集成混合式配电变压器，其特征在于：包括铁芯结构、绕组及变流器(22)；所述铁芯结构包括铁心柱、铁轭及漏磁铁芯；铁心柱包括3个主变铁心柱以及3个依次衔接的隔离变铁心柱，铁轭包括下部铁轭(17)、中部铁轭(16)以及4个衔接铁轭，漏磁铁芯包括4个控制绕组漏磁铁芯以及3个阀侧绕组漏磁铁芯；绕组包括主变压器绕组和串联隔离变压器绕组，主变压器绕组每相包括设置于对应主变铁心柱上的控制绕组、一次绕组以及二次绕组，串联隔离变压器绕组每相包括设置于对应隔离变铁心柱上的网侧绕组以及阀侧绕组；各主变铁心柱分别与下部铁轭(17)以及中部铁轭(16)相连，各衔接铁轭分别与中部铁轭(16)以及隔离变铁心柱对应端部相连，主变铁心柱以及隔离变铁心柱通过共用中部铁轭(16)形成2个主变压器窗口以及3个串联隔离变压器窗口；控制绕组漏磁铁芯设置在2个主变压器窗口内的每相一次绕组与控制绕组之间，阀侧绕组漏磁铁芯设置在3个串联隔离变压器窗口内的每相阀侧绕组与网侧绕组之间；变流器(22)与每相控制绕组以及阀侧绕组相连。

【技术特征摘要】
1.一种磁集成混合式配电变压器，其特征在于：包括铁芯结构、绕组及变流器(22)；所述铁芯结构包括铁心柱、铁轭及漏磁铁芯；铁心柱包括3个主变铁心柱以及3个依次衔接的隔离变铁心柱，铁轭包括下部铁轭(17)、中部铁轭(16)以及4个衔接铁轭，漏磁铁芯包括4个控制绕组漏磁铁芯以及3个阀侧绕组漏磁铁芯；绕组包括主变压器绕组和串联隔离变压器绕组，主变压器绕组每相包括设置于对应主变铁心柱上的控制绕组、一次绕组以及二次绕组，串联隔离变压器绕组每相包括设置于对应隔离变铁心柱上的网侧绕组以及阀侧绕组；各主变铁心柱分别与下部铁轭(17)以及中部铁轭(16)相连，各衔接铁轭分别与中部铁轭(16)以及隔离变铁心柱对应端部相连，主变铁心柱以及隔离变铁心柱通过共用中部铁轭(16)形成2个主变压器窗口以及3个串联隔离变压器窗口；控制绕组漏磁铁芯设置在2个主变压器窗口内的每相一次绕组与控制绕组之间，阀侧绕组漏磁铁芯设置在3个串联隔离变压器窗口内的每相阀侧绕组与网侧绕组之间；变流器(22)与每相控制绕组以及阀侧绕组相连。2.根据权利要求1所述一种磁集成混合式配电变压器，其特征在于：所述一次绕组与对应相网侧绕组串联，各相网侧绕组采用星形中性点接地方式接入电网；二次绕组采用三相四线制方式为负载供电；各相控制绕组及阀侧绕组采用带中性点的星型接线方式分别与变流器(22)相连。3.根据权利要求1或2所述一种磁集成混合式配电变压器，其特征在于：所述变流器(22)包括相互并联的电流控制桥臂、电压控制桥臂、零序桥臂及直流母线电容；控制绕组与电流控制桥臂的中点相连，阀侧绕组与电压控制桥臂的中点相连，控制绕组及阀侧绕组的中性点分别与零序桥臂中点相连。4.根据权利要求1所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁得亮，柳轶彬，梁阳，张明康，陈起旭，孙官华，贾培鑫，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61