一种星形－三角形接线三相变两相和三相变三相平衡变压器，铁心为三相柱式或三相壳式；一次侧三相绕组采用星形接线，其中性点允许接地；二次侧绕组由Ａ相绕组ａｄ和ｄｃ，Ｂ相绕组ｂａ，以及Ｃ相绕组ｅｂ和ｃｅ组成，采用三角形接线；绕组ａｄ、ｂａ、ｅｂ和ｃｅ依次相连构成一个闭合的三角形，其连接点依次为ａ、ｂ、ｅ、ｃ和ｄ；一次侧Ａ、Ｂ和Ｃ构成三相系统；二次侧引出ａ、ｅ和ｂ、ｄ构成两相系统；二次侧引出ｄ、ｅ和ｃ构成三相系统；二次侧绕组中，ａｄ和ｅｂ的匝数均为Ｗ↓［２］，ｂａ的匝数为Ｗ↓［３］，ｄｃ和ｃｅ的匝数均为Ｗ↓［４］；二次侧绕组的匝数关系为Ｗ↓［３］＝０．５（＊＋１）Ｗ↓［２］，Ｗ↓［４］＝０．５（＊＋１）Ｗ↓［２］。绕组短路阻抗需满足一定关系。本变压器结构简单，制造方便，适合于同时需要两相电源和三相电源的应用场合。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属电力变压器
具体涉及一种应用于电气化铁路或工频电炉等需要两相或单相供电电源及变电所用三相电源的三相变两相和三相变三相平衡变压器。
技术介绍
传统的输配电系统为三相系统。但许多用户需要两相或单相供电电源，这势必造成三相系统的不对称运行，产生较大的负序电流和零序电流分量，使电网供电质量下降，影响其他用户的正常供电。在电气化铁路牵引网中，采用两相电源，其不对称运行尤为严重。对于110kV及以上三相电网，变压器高压侧一般均采用中性点接地运行方式，以降低变压器电压绝缘水平。这就要求变压器负载所产生的高压侧中性点接地电流(零序电流)必须在允许值以内。在牵引变电所内需要三相供电电源。为降低成本，一般采用逆Scott变压器将变电所内两相电压(2×27.5kV)变换为三相电压(10.5kV或0.4kV)，变换出的三相电压只适合三相三线制。若需三相四线制电源，则需再采用一台三角形-星形接线变压器对三相电压加以变换。也有采用单相或三相变压器将27.5kV降为10.5kV或0.4kV的三相电压，但这属于不对称运行，增加了电网的负序电流。由于电气化铁路牵引变压器的两相负载为整流性负载，它将产生大量的谐波电流，使电网电压波形产生畸变，不仅对通信线路产生干扰，而且还严重影响其它用户的正常供电，造成谐波污染。抑制谐波电流的常规方法是在变压器两馈线(27.5kV)出线端加装无源L-C滤波器，以滤除三次谐波电流为主，兼做无功补偿，以提高电网功率因数。该滤波器需承受27.5kV的电压，电抗器的绝缘等级较高，电容器需由多个8.4kV或6.3kV单台电容器级联构成，增加了保护设备投资，并增大了故障几率，降低了运行可靠性。对于两相运行方式，减轻或消除负序电流和零序电流的重要方法是采用平衡变压器。国外变压器厂生产的平衡变压器采用Scott接线、LeBlanc接线或Woodbridge接线等多种形式。Scott接线变压器一次侧不能引出中性点接地，材料利用率也不高；LeBlanc接线变压器没有三角形回路，三次谐波电流不能流通；Woodbridge接线变压器需要两台所内自耦变压器，增加了设备投资，且这些变压器只能实现三相变两相的电压变换。国内研制的多功能平衡变压器，既能实现三相变两相的电压变换，也能实现三相变三相的电压变换。但该变压器以等值漏阻抗作为匹配参数，满足两相系统平衡条件和三相系统平衡条件即等值阻抗匹配关系不统一，阻抗匹配困难。该变压器二次侧有7个绕组，且部分绕组还需人为进行拆分，使绕组结构十分复杂，更增加了设计和制造难度，也增加了材料成本。YN/A三相变两相和三相变三相平衡变压器，其基本特征与多功能平衡变压器相似，当接入三相负载时，难以做到一次侧三相电流无零序分量。另外该变压器二次侧也有7个绕组，绕组结构同样复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种三相柱式或三相壳式铁芯结构的星形-三角形接线三相变两相和三相变三相平衡变压器，其绕组结构简单，制造方便，材料利用率高，特别适合于同时需要两相电源和三相电源的应用场合，如电气化铁路牵引变电所的主变压器和所用变压器的一体化设计，或同时需要三相无功补偿或滤波的主变压器。本专利技术的技术方案一种星形-三角形接线三相变两相和三相变三相平衡变压器，包括铁心、一次侧绕组和二次侧绕组，铁心为三相柱式或三相壳式；一次侧绕组由三相绕组AN、BN和CN组成，采用星形接线；二次侧绕组由A相绕组ad和dc，B相绕组ba，以及C相绕组eb和ce组成，采用三角形接线；绕组ad、ba、eb和ce依次相连构成一个闭合的三角形，其连接点依次为a、b、e、c和d；一次侧A、B和C构成三相系统，其中性点N允许接地；二次侧引出a、e和b、d构成两相系统；二次侧引出d、e和c构成三相系统；一次侧三相绕组的匝数均为W1；二次侧绕组中，ad和eb的匝数均为W2，ba的匝数为W3，dc和ce的匝数均为W4；二次侧绕组的匝数关系为W3=0.5(3+1)W2,W4=0.5(3-1)W2.]]>通过调整绕组之间距离，使之满足下列短路阻抗关系2ZKB12′=ZKA12′+ZKA13′+(63-11)ZKA23′---(1)]]>2ZKB12′=3ZKA12′+(2-3)ZKA13′-(2-3)ZKA23′]]>式中，ZKA12′为A相一次侧绕组AN与二次侧绕组ad之间的短路阻抗；ZKA13′为A相一次侧绕组AN与二次侧绕组dc之间的短路阻抗；ZKA23′为A相二次侧绕组ad与dc之间的短路阻抗；ZKB12′为B相一次侧绕组BN与二次侧绕组ba之间的短路阻抗；C相短路阻抗与A相短路阻抗完全相等；所有阻抗值均折算到匝数为W1的绕组一侧。式(1)可以利用多绕组变压器理论，磁势平衡方程，本专利技术的接线方式及对应的电路方程，一次侧中性点电流为零的平衡条件，以及两相系统互不影响的解耦条件导出。满足短路阻抗关系式之后，本平衡变压器具有以下性能①二次侧同时带两相负载和三相负载时，无论负载电流如何变化，一次侧三相电流中始终无零序分量；②二次侧两相负载对称且三相负载也对称时，一次侧三相电流也对称，既无零序分量，也无负序分量；③二次侧两相出线端短路时，从一次侧各相看去的全短路阻抗相等；一次侧三相出线端对中性点短路时，从二次侧两相看去的全短路阻抗相等；④两相系统实现完全解耦，即一相电流或负荷的变化，不会影响另一相电压的变化。式(1)具有普适意义。该式说明，通过调整各对绕组之间的短路阻抗值，使之满足平衡条件，则不管负载电流如何变化，总能保证一次侧电流中无零序分量，即保持电流平衡状态。由于需要考察和确定的量为短路阻抗，该值可以计算和测量，具有确定的物理意义，这给设计和制造带来了极大的方便。如果以绕组的等值漏阻抗作为设计依据，则对于三绕组变压器可通过计算或测量两两之间的短路阻抗得出各绕组的等值漏阻抗。对于双绕组变压器，由于两绕组的等值漏阻抗不能直接分离和计算，需要人为将二次侧的单个绕组分为两个串联的绕组，以构成三绕组变压器，再计算各绕组的等值漏阻抗。绕组的拆分具有一定的随意性，并增加了绕组布置空间，使得绕组的平均直径加大，铁心柱之间的中心距离随之增大，由此铜材和铁材增多，使制造成本上升。本平衡变压器不需要人为拆分绕组，最大限度地节省了空间布置，降低了制造成本。本专利技术的两相系统空载电压大小相等，相位互差90°，其空载电压大小为 本专利技术的三相系统d、e和c引出的空载电压大小相等，相位互差120°，其空载电压大小为Udc=Uec=Ude=3-16Ua]]>当Uae＝27.5kV时，三相输出电压为8.22kV。该电压仅为馈线电压的30％左右，可直接接入电压等级为8.5kV的滤波器，或动态无功补偿装置。从d、e和c三点也可接入三相变压器，将三相电压降为0.4kV的所用电电压。故此，本专利技术既能实现三相变两相的功能，也能实现三相变三相的功能。本专利技术的一次侧三相电流与二次侧两相负载电流和三相负载电流的关系如式(2)所示。IAIBIC=K163+3-3+本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种星形－三角形接线三相变两相和三相变三相平衡变压器，包括铁心、一次侧绕组和二次侧绕组，其特征在于：（Ａ）铁心为三相柱式或三相壳式；（Ｂ）一次侧绕组由三相绕组ＡＮ、ＢＮ和ＣＮ组成，采用星形接线；二次侧绕组由Ａ相绕组ａｄ和ｄｃ ，Ｂ相绕组ｂａ，以及Ｃ相绕组ｅｂ和ｃｅ组成，采用三角形接线；绕组ａｄ、ｂａ、ｅｂ和ｃｅ依次相连构成一个闭合的三角形，其连接点依次为ａ、ｂ、ｅ、ｃ和ｄ；一次侧Ａ、Ｂ和Ｃ构成三相系统，其中性点Ｎ允许接地；二次侧引出ａ、ｅ和ｂ、ｄ构成两相系统；二次侧引出ｄ、ｅ和ｃ构成三相系统；一次侧三相绕组的匝数均为Ｗ↓［１］；二次侧绕组中，ａｄ和ｅｂ的匝数均为Ｗ↓［２］，ｂａ的匝数为Ｗ↓［３］，ｄｃ和ｃｅ的匝数均为Ｗ↓［４］；二次侧绕组的匝数关系为Ｗ↓［３］＝０．５（＊＋１）Ｗ↓［２］，Ｗ↓［４］＝０．５（＊－１）Ｗ↓［２］。
【技术特征摘要】
1.一种星形-三角形接线三相变两相和三相变三相平衡变压器，包括铁心、一次侧绕组和二次侧绕组，其特征在于(A)铁心为三相柱式或三相壳式；(B)一次侧绕组由三相绕组AN、BN和CN组成，采用星形接线；二次侧绕组由A相绕组ad和dc，B相绕组ba，以及C相绕组eb和ce组成，采用三角形接线；绕组ad、ba、eb和ce依次相连构成一个闭合的三角形，其连接点依次为a、b、e、c和d；一次侧A、B和C构成三相系统，其中性点N允许接地；二次侧引出a、e和b、d构成两相系统；二次侧引出d、e和c构成三相系统；一次侧三相绕组的匝数均为W1；二次侧绕组中，ad和eb的匝数均为W2，ba的匝数为W3，dc和ce的匝数均为W4；二次侧绕组的匝数关系为W3=0.5(3+1)W2,W4=0.5(3-1)W2.]]>2.根据权利要求1所述的三相变两相和三相变三相平衡变压器，其特征在于通过调整绕组之间距离，使之满足下列短路阻抗关系2ZKB12′=ZKA12′+ZKB13′+(63-11)ZKB23′]]>2ZKB12′=3ZKA12′+(2-3)ZKA13′-(2-3)ZKA23′]]>式中，ZKA12′为A相一次侧绕组AN与二次侧绕组ad之间的短路阻抗；...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志文，王耀南，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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