一種雙向平衡變壓器的製作方法

2023-07-24 00:39:27

本實用新型涉及變壓器領域，特別涉及一種雙向平衡變壓器。

背景技術：

在三相電力系統中，要保證系統中的發電機、變壓器、電動機等電力主設備安全高效地運行，保持三相負荷的對稱和平衡是十分必要的。但是，在實際供電系統中，三相負荷很難做到完全地對稱和平衡，尤其是在以單相工頻交流電作為牽引動力的機車供電系統中，由於牽引負荷為兩相或單相不對稱的非線性負荷，且負荷波動範圍大，因此造成前級供電系統的三相負荷電流和三相電壓嚴重不平衡，按照數學理論，三相不平衡電流可分解為正序電流、負序電流、零序電流（包括諧波電流），其中負序電流和諧波電流會對電力系統的安全及供電質量造成極大的危害，具體如下：

一、負序電流的危害：

1、使得發電機或電動機定、轉子的鐵、銅耗大大增加並嚴重發熱，易灼傷定轉子，且產生二倍頻的附加振動力矩，使發電機或電動機的振動和噪聲大大增加，危及設備的安全運行和正常出力。

2、造成電力系統的三相電壓不平衡，從而引起以負序電量為啟動元件的多種保護髮生誤動作。

3、造成變壓器負荷大的一相線圈因過熱而縮短壽命甚至燒毀，同時還會出現磁路不平衡，大量漏磁經油箱壁閉合引起箱壁嚴重發熱，增加變壓器的損耗並危及變壓器的安全。

4.、增加供電線路的能量損失和電壓損失。

二、諧波電流及零序電流的危害：

1、可能使電力系統的繼電保護和自動裝置產生誤動和拒動，直接危及電網的安全運行。

2、增加各種電氣設備的損耗與發熱，使發電機或電動機振動和噪聲加劇，危及設備安全。

3、對周圍的通訊系統產生嚴重幹擾，破壞通訊信號的正常傳遞，甚至毀壞通訊設備。

4、使電網中發生諧波諧振的可能性大大增加，從而產生危害性極大的過電流和過電壓，威脅電網安全。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題在於針對電網中普遍存在三相負荷不平衡的狀況以及現有技術存在的弊端和不足，根據變壓器的電磁平衡原理，研製開發出了一種雙向平衡變壓器，使得電源側的三相電壓和三相電流的不平衡度大幅降低，大大減輕不平衡負荷電流分解出的負序電流對電力系統和有關電力設備的危害。

為此，本實用新型具體方案如下：

一種雙向平衡變壓器，包括平面三柱鐵芯，以及三個一次線圈A1、B1、C1和九個二次線圈a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3，所述平面三柱鐵芯包括第一芯柱、第二芯柱及第三芯柱，所述第一芯柱上依次繞制一個一次線圈A1和三個二次線圈a3、a2、a1，所述第二芯柱上依次繞制一個一次線圈B1和三個二次線圈b3、b2、b1，所述第三芯柱上依次繞制一個一次線圈C1和三個二次線圈c3、c2、c1，所述第一、第二和第三芯柱上還分別繞制有三個穩定線圈，所述三個穩定線圈分別位於各芯柱上的一次線圈A1、B1、C1和二次線圈a3、b3、c3之間且相互連接成三角形；所述三個一次線圈A1、B1、C1連接成星形，所述三個二次線圈c3、b2、a1交叉串聯為a相輸出繞組，三個二次線圈a3、c2、b1交叉串聯為b相輸出繞組，三個二次線圈b3、a2、c1交叉串聯為c相輸出繞組，所述a相輸出繞組、b相輸出繞組和c相輸出繞組連接成星形；且位於第一、第二和第三芯柱底端的三個二次線圈a1、b1、c1的繞制方向與其餘二次線圈a2、b2、c2、a3、b3、c3及三個一次線圈A1、B1、C1的繞制方向相反。

進一步，所述三個穩定線圈的容量為雙向平衡變壓器額定容量的30%。

進一步，所述三個一次線圈A1、B1、C1的匝數相同，所述九個二次線圈a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3的匝數相同且各為額定勵磁所需匝數的1/2。

本實用新型的有益效果如下：

本實用新型根據變壓器的電磁平衡原理，通過變壓器二次（負荷）側的二次線圈的特殊交叉布置與極性組合，並增加一組閉合三角形連接不輸出的穩定線圈繞組，將變壓器二次（負荷）側的一相或兩相不平衡電流均勻地感應到一次（電源）側的三相中，從而使得一次側的三相電壓和三相電流的不平衡度大幅降低，大大減輕不平衡負荷電流分解出的負序電流對電力系統和有關電力設備的危害。通過穩定繞組流通三次諧波電流以阻止三次諧波電流流入電網，有效防止三次諧波電流造成電網汙染、幹擾通訊信號的正常傳遞。同時，當一次（電源）側電壓出現不平衡時亦能通過電磁感應將一次側不平衡電壓平均分配到二次側的三相中，降低二次側輸出電壓的不平衡度，以提高負荷側的供電質量，起到雙向平衡的作用。本實用新型的雙向平衡變壓器可根據電壓等級和容量的不同，可將一次線圈和二次線圈的組成方式和連接方式互換；本實用新型較現有的平衡變壓器，結構更簡單，製造更便利，工藝更簡單，材料成本更低且具有更好的平衡效果。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2a為一次線圈接法原理圖，圖2b為穩定線圈接法原理圖，圖2c為二次線圈接法原理圖；

圖3a為一次（高壓）電壓向量圖，圖3b為一次（高壓）電流向量圖，圖3c為二次（低壓）電壓向量圖，圖3d為二次（低壓）電流向量圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。

參照圖1和圖2a-圖2c所示的一種雙向平衡變壓器，包括平面三柱鐵芯，以及三個一次線圈A1、B1、C1和九個二次線圈a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3，所述平面三柱鐵芯包括第一芯柱1、第二芯柱2及第三芯柱3，所述第一芯柱1上依次繞制一次線圈A1和三個二次線圈a3、a2、a1，所述第二芯柱2上依次繞制一次線圈B1和三個二次線圈b3、b2、b1，所述第三芯柱3上依次繞制一次線圈C1和三個二次線圈b3、b2、b1。

三個一次線圈A1、B1、C1按左繞向分別繞制在第一芯柱1、第二芯柱2及第三芯柱3上做星形（Y）連接，三個一次線圈A1、B1、C1的起頭引出接入電源（圖中的A、B、C接點），三個一次線圈A1、B1、C1的尾頭連接在一起形成星形中性點O（必要時中性點可引出），三個一次線圈A1、B1、C1組成雙向平衡變壓器電源輸入的一次側繞組。

所述第一、第二和第三芯柱1、2、3上分別按左繞向繞制有三個穩定線圈4、5、6，所述三個穩定線圈4、5、6分別位於各芯柱上的一次線圈A1、B1、C1和二次線圈a3、b3、c3之間，三個穩定線圈4、5、6的起尾頭依次相連，接成一個不輸出的閉合三角形，組成阻止三次諧波電流流入電網的穩定繞組。通常該穩定繞組的容量為雙向變壓器額定容量的30%。

九個二次線圈每三個線圈對應一相，三個二次線圈c3、b2、a1交叉串聯為a相輸出繞組，三個二次線圈a3、c2、b1交叉串聯為b相輸出繞組，三個二次線圈b3、a2、c1交叉串聯為c相輸出繞組，a相輸出繞組、b相輸出繞組和c相輸出繞組做星形（Y）連接，二次線圈a1、b1、c1的起頭引出接入負載（圖中的a、b、c接點），二次線圈a3、b3、c3的尾頭連接在一起形成中性點0（中性點0必要時可引出），組成雙向平衡變壓器的輸出的二次側繞組。

其中，二次線圈a1、b1、c1按左繞向繞制，其餘二次線圈a2、b2、c2、a3、b3、c3按右繞向繞制，形成特殊的極性組合。

其中，三個一次線圈A1、B1、C1的匝數相同，九個二次線圈a1、a2、a3、b1、b2、b3、c1、c2、c3的匝數相同，且各為額定勵磁所需匝數的1/2。

本實用新型的雙向平衡變壓器特別適用於低、中、高壓三相電壓不平衡或三相負載不平衡尤其是帶有單相機車牽引裝置的供電系統以及三次波諧波嚴重的供電系統。同時，本實用新型的雙向平衡變壓器可根據電壓等級和容量的不同，將上述一次側繞組和二次側繞組的組成方式和連接方式互換使用。

經實踐檢驗本實用新型的雙向平衡變壓器的平衡效果可參照圖3a-圖3d所示，參照圖3a的一次（高壓）電壓向量圖和圖3c的二次（低壓）電壓向量圖所示，當一次側相電壓不平衡率為:(300-240)/300 = 20% 時，二次側相電壓不平衡率為:(84.8-80)/84.8=5.6%，二次側線電壓不平衡率為:(153.8-140.6)/153.8=8.6%。

參照圖3b的一次（高壓）電流向量圖和圖3d的二次（低壓）電流向量圖所示，當二次側相電流不平衡率為:(300-240)/300=20%時，一次側相電流不平衡率為:(100-94.9)/100=5.1%。（各向量圖的數字不代表真實數字，僅說明比例關係）

以上所述，僅為本實用新型較佳具體實施方式，但本實用新型保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型披露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此本實用新型保護範圍以權利要求書的保護範圍為準。