星形-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器制造技术

一种星形－双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器，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；二次侧绕组采用双梯形接线，由Ａ相绕组ａｅ和ｆｃ，Ｂ相绕组ｂａ、ｆｅ和ｃｄ，以及Ｃ相绕组ｆｂ和ｄｅ组成；ａｅ、ｂａ、ｆｂ和ｆｅ构成一个闭合的倒置梯形，ｆｃ、ｃｄ、ｄｅ和ｆｅ构成另一个闭合的正置梯形，两个梯形以ｆｅ作为共同的底边；双梯形的两条长底边对应的顶点分别为ａ、ｂ、ｃ和ｄ，它们构成四相系统，其公共点为ｆｅ的中点ｏ；ａ、ｃ和ｂ、ｄ构成两相系统；ａｅ、ｆｃ、ｆｂ和ｄｅ的匝数均为Ｗ↓［２］，ｂａ和ｃｄ的匝数均为Ｗ↓［３］，ｆｅ的匝数为Ｗ↓［４］，且Ｗ↓［３］＝＊Ｗ↓［２］，Ｗ↓［４］＝（＊－１）Ｗ↓［２］。本变压器结构简单，材料利用率可达１００％，适合于四相输电系统或作为电气化铁路的ＡＴ供电系统。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属电力变压器
具体涉及一种应用于电气化铁道或工频电炉等需要四相或两相供电电源的三相变四相或三相变两相平衡变压器。
技术介绍
由于电力系统的发电机和电动机绝大多数采用三相电源供电，故变压器及输配电系统通常为三相制。但三相制中相与相之间的电压为线电压，其值为对地电压的倍，这就要求三相导线之间的空气绝缘距离较宽，造成架线走廊占用空间大，征地补偿费用高。同时由于三相导线不能对称布置在单柱杆塔的两侧，使得杆塔设计复杂，并增加了杆塔所用钢材。多相输电是一种提高功率密度的重要方法。已有的多相输电系统均为3的倍数相，但6相及以上多相输电系统由于结构复杂、故障组合类型显著增多，保护整定及设计困难等一系列原因，未获推广应用。四相输电系统既能提高输送密度，又能克服6相及以上输电系统的缺点，具有十分广阔的应用前景。实现四相输电系统的重大关键设备是三相变四相电力变压器或四相变三相电力变压器。在电气化铁道AT供电方式下，要求牵引变压器供电电压为55kV，变压器容量增加一倍，供电范围增大一倍。目前，可用于AT供电方式的平衡牵引变压器，国外有Scott接线、LeBlanc接线或Woodbridge接线等三相变两相平衡变压器。Scott接线平衡变压器铜材利用率为92.8％，铁芯材料利用率为87.9％，铜铁材综合利用率为81.6％。Scott接线变压器高压侧中性点不能接地，高压绕组要按全绝缘(线电压)设计，使成本升高；由于变压器高低压侧没有三角形回路，三次谐波电流不能流通，因此磁通及电压中含有三次谐波分量，影响电压波形，并给沿线通信带来干扰。另外，绕组和铁芯结构复杂，材料利用率不高。Scott变压器用于AT供电时，其两相侧绕组须按55kV绝缘设计。LeBlanc接线平衡变压器材料利用率为84.5％。高压侧为三角形接法，消除了三次谐波磁通的影响，但高压侧需按全绝缘设计，增加了成本。Woodbridge及其变形接线高压侧中性点可以直接接地，高压绕组可按分级绝缘(相电压)设计，在低压侧有三角形回路。但低压侧两相出线无公共点，故需增设两台容量为主变容量一半的自耦变压器(AT)，使整体固定投资增加。中国大陆目前用于电气化铁路的国产平衡牵引变压器主要有两种，即阻抗匹配平衡变压器和YN/A平衡变压器。阻抗匹配平衡变压器铜材利用率为91.95％。该变压器高压侧中性点可直接接地，低压侧有三角形回路，两相出线有公共点，可引出接铁轨，但该变压器阻抗匹配较困难，需人为将a相低压绕组进行拆分，以满足等值阻抗的匹配关系。b相两延边低压绕组需作上下交叉布置，既增加了一个径向主油道，又需要在绕组内部进行连线，使绕组结构复杂，可靠性降低。作交叉布置的绕组还要求耦合紧密，以降低两延边绕组间的相互影响。若b相两延边低压绕组仅作上下布置，则当两相系统中仅有一相有电流通过时，将造成严重的安匝不平衡。该变压器若用于AT供电设计或用作三相变四相平衡变压器，则A相或C相铁芯柱上各有3个绕组，而B相铁芯柱上将布置有7个绕组，即1个高压绕组，6个低压绕组，且6个低压绕组中的4个均需作交叉布置，使设计上难以实现。故该种变压器不适合于四相输电系统，也不适合于AT供电方式。YN/A平衡变压器铜材利用率在90.46％~91.57％之间变化，其基本特性和适用范围与阻抗匹配平衡变压器相似。另外，我国还提出一种四相铁芯柱结构的三相变四相电力变压器，其铜材利用率为92.8％。该变压器需要4个铁芯柱，6个铁轭(包括上下部分)，铁材消耗量较大。四相磁路中，每相的磁路需借助其他三相磁路闭合，增加了磁路长度，由此增大了空载损耗。四相磁路长度不相等，两个边相的磁路较长，两个中间相的磁路较短，四相磁阻不等，当各相施加对称空载电压时，各相空载电流也不相等。
技术实现思路
本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-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器，其绕组结构简单，制造方便，材料利用率为100％，特别适合于作为四相输电系统及AT供电系统的主变压器。本技术的技术方案一种星形-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器，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ae和fc，B相绕组ba、fe和cd，以及C相绕组fb和de组成，采用双梯形接线；绕组ae、ba、fb和fe依次相连构成一个闭合的倒置梯形，其连接点依次为a、b、f和e；绕组fc、cd、de和fe依次相连构成另一个闭合的正置梯形，其连接点依次为f、c、d和e；两个梯形形状完全相同，并以公共绕组fe作为共同的底边；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a、b、c和d构成四相系统，其公共点为fe的中点o；二次侧a、c和b、d构成两相系统；一次侧三相绕组的匝数均为W1；二次侧绕组中，ae、fc、fb和de的匝数均为W2；ba和cd的匝数均为W3；fe的匝数为W4；二次侧绕组的匝数关系为W3＝W2，W4＝(-1)W2。通过调整绕组之间轴向或径向距离，使本技术各对绕组之间的短路阻抗满足下列关系4ZKA12′-ZKA23′＝(3+)ZKB12′+(1-)ZKB13′+(5-9)ZKB23′+1.5(1-)ZKB24′(1)4ZKA12′-ZKA23′＝(3-)ZKB12′+(1+)ZKB13′+(-3)ZKB23′式中，ZKA12′为A相一次侧绕组AN与二次侧绕组ae之间的短路阻抗；ZKA23′为A相二次侧绕组ae与fc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；ZKB13′为B相一次侧绕组BN与二次侧绕组fe之间的短路阻抗；ZKB23′为B相二次侧绕组ba与fe之间的短路阻抗；ZKB24′为B相二次侧绕组ba与cd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，以及四相系统互不影响的解耦条件导出。满足短路阻抗关系式(1)之后，本技术具有以下性能①二次侧带四相(或两相)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；②二次侧四相(或两相)负载电流对称时，一次侧三相电流也对称，既无零序分量，也无负序分量；③二次侧四相(或两相)出线端对公共点短路时，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，从二次侧四相(或两相)看去的全短路阻抗相等。本技术的四相系统空载电压大小相等，相位互差90°，其空载电压大小为Uao=Ubo=Uco=Udo=1.5Uae]]>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Uac=2Uao=6Uae]]>Ubd=2Ubo=6Uae]]>本技术的一次侧三相电流与二次侧四相负载电流之间的关系如式(2)所示。IAIBIC=13K3+3-3+3-3-33-3-232323-233-3-3-3-3+33+3IaIbIcId---(2)]]>式中，K＝W1/W本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星形－双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器，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ａｅ和ｆｃ， Ｂ相绕组ｂａ、ｆｅ和ｃｄ，以及Ｃ相绕组ｆｂ和ｄｅ组成，采用双梯形接线；绕组ａｅ、ｂａ、ｆｂ和ｆｅ依次相连构成一个闭合的倒置梯形，其连接点依次为ａ、ｂ、ｆ和ｅ；绕组ｆｃ、ｃｄ、ｄｅ和ｆｅ依次相连构成另一个闭合的正置梯形，其连接点依次为ｆ、ｃ、ｄ和ｅ；两个梯形形状完全相同，并以公共绕组ｆｅ作为共同的底边；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、ｂ、ｃ和ｄ构成四相系统，其公共点为ｆｅ的中点ｏ；二次侧引出ａ、ｃ和ｂ、ｄ构成两相系统；一次侧三相绕组的匝数均为Ｗ↓［１］；二次侧绕组中，ａｅ、ｆｃ、ｆｂ和ｄｅ的匝数均为Ｗ↓［２］，ｂａ和ｃｄ的匝数均为Ｗ↓［３］，ｆｅ的匝数为Ｗ↓［４］；二次侧绕组的匝数关系为Ｗ↓［３］＝＊Ｗ↓［２］，Ｗ↓［４］＝（＊－１）Ｗ↓［２］。

【技术特征摘要】
1.一种星形-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器，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ae和fc，B相绕组ba、fe和cd，以及C相绕组fb和de组成，采用双梯形接线；绕组ae、ba、fb和fe依次相连构成一个闭合的倒置梯形，其连接点依次为a、b、f和e；绕组fc、cd、de和fe依次相连构成另一个闭合的正置梯形，其连接点依次为f、c、d和e；两个梯形形状完全相同，并以公共绕组fe作为共同的底边；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、b、c和d构成四相系统，其公共点为fe的中点o；二次侧引出a、c和b、d构成两相系统；一次侧三相绕组的匝数均为W1；二次侧绕组中，ae、fc、fb和de的匝数均为W2，ba和cd的匝数均为W3，fe的匝数为W4；二次侧绕组的匝数关系为W3＝W2，W4＝(-1)W2。2.根据权利要求1所述的三相变四相或三相变两相平衡变压器，其特征是通过调整绕组之间轴向或径向距离，使各对绕组之间的短路阻抗满足下列关系4ZKA12′-ZKA23′＝(3+)ZKB12′+(1-)ZKB13′+(5-9)ZKB23′+1.5(1-)ZKB24′4ZKA12′-ZKA23′＝(3-)ZKB12′+(1+)ZKB13′+(-3)ZKB23′式中，ZKA12′为A相一次侧绕组AN与二次侧绕组ae之间的短路阻抗；ZKA23′为A相二次侧绕组ae与fc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；ZKB13′为B相一次侧绕组BN与二次侧绕组fe之间的短路阻抗；ZK...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志文，
申请(专利权)人：张志文，
类型：实用新型
国别省市：43[中国|湖南]