星形一多三角形接線平衡變壓器的製作方法
2023-05-24 02:21:56
專利名稱：星形一多三角形接線平衡變壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力變壓器，尤其涉及三相—兩相平衡變壓器。
鐵路和工礦企業的交流牽引供電多採用兩相電壓制式，採用三相或單相變電壓器供電時形成不對稱負載，不對稱負載會向系統反送大量負序電流(功率)，影響電力系統的安全運行和經濟運行。理論和實踐均表明，採用三相—兩相平衡(對稱)變壓器接線是減輕和消除負序不良影響以及保證正常、安全供電的有力措施。目前，國內外電力變壓器廠生產的三相——兩相變壓器有Scott接法，LeBlanc接法、Kübler接法、Woodbridge接法及其變形接法等。其中Scott接法材料利用率最高，達92.82％，但其不足之處是製造工藝要求特殊，且無原邊中性接地點和三次諧波激磁通路，因此在應用中受到很大限制；LeBlanc和Kübler接法雖然有原邊中性接地點和三次諧波激磁通路，但前者材料利用率只有80.38％且絕緣要求高，後者製造工藝要求特殊，生產成本上升；Woodbridge(變形)接法則須增設自耦變壓器(AT)，結構複雜，使整體固定投資增大。
本實用新型的目的是提供一種星形—多三角形接線平衡變壓器，它改變了現有三相—兩相平衡變壓器的接線方式，使變壓器的綜合性能提高且實際製造成本降低。
本實用新型由以下技術方案實現在不改變現有變壓器外部結構的基礎上，採用普通三相鐵芯，繞組一次側為Y接，並可抽出中性接地點，次邊由兩組大小相同的大△接三相繞組和兩組大小可不等的小△接三相繞組組成，兩組大△接中，同一相繞組按同名端兩端並聯，另外兩個接線端子引出兩相對稱電壓中的一相，兩並聯繞組再與兩組小△接三相繞組的同一相順同名端串聯，供兩相對稱電壓的另一相。次邊兩組小△接繞組可合併成一組，每相繞組匝數為原來兩個小△繞組每相匝數之和。次邊兩組大小相同的大△接三相繞組的兩個同相併聯繞組可合併為一，其匝數不變，容量增大一倍，歸算的等值漏抗降低一倍。當對應對稱兩相電壓的虛擬匝數均為ω2時，大△接每相繞組的匝數為 ，兩小△接每相繞組匝數之和為 。為簡單，兩組小△接繞組可合併成一組，每相繞組匝數為 並可提供11.6kV三相對稱電壓。
本實用新型還可應用於兩相—三相供電場合，將兩相對稱電壓變換為三相對稱電壓。
本實用新型與既有Scott、LeBlanc、Kübler、Woodbridge等四種接法平衡變壓器一樣，都能完成三相—兩相電壓、電流的對稱變換，其效果與優點比較見表1。
既有技術與本實用新型效果比較表1
表1中，材料利用率應是銅(繞組)、鐵(鐵芯)利用率的綜合指標，其中銅的利用率有原邊和次邊之別，在兩埠負載相同情況下，總有一邊是100％，表中所列的是較小一邊的情況。鐵的利用率與所採用的鐵芯型式及繞組在鐵芯上的均勻度有關，除Scott變壓器由於鐵芯特殊(用單相組合或三相特殊鐵芯)使鐵的利用率低於90％外，其餘均達90％以上，但本實用新型使得普通三相鐵芯上的繞組匝數均勻分布，這是其它接線型式無法比擬的，鐵的利用率更高。
另外，LeBlanc接法的變形是將原邊改為Y接，雖然可獲得接地中性點，但無△繞組為3次諧波激磁電流提供通路；若另加△繞組或將△繞組與次邊一繞組合併，其特殊性將增加工藝複雜程度。Kübler接法的變形是改變次邊△繞組的大小，Woodbridge接法也可設計成自耦Woodbridge接法，它將外接自耦變壓器(俗稱AT)移入三相鐵芯內(稱改進型Woodbridge接法)，但二者的工藝都較複雜。
此外，本實用新型在令k＝1(或k＝0)時，小△接輸出11.6kV三相對稱電壓，可用於額定電壓為10kV(最大11kV)級別的地區電源或電氣化鐵道的非牽引三相電源。
本實用新型的各種變形接法能夠覆蓋目前應用的所有原邊Y形接法的平衡變壓器。
綜上所述，本實用新型具有原邊可大電流接地、絕緣要求低、可提供3次諧波通路、三相鐵芯繞組分布均勻、材料(容量)利用率高、製造工藝簡單(類似於三繞組變壓器)、成本低廉等綜合優點。
本實用新型的
圖1為本實用新型的基本接法方式圖；圖2為本實用新型的簡化接法方式圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步描述本實用新型採用普通三相鐵芯，其繞組接法的基本實施方式如圖1所示，其中(1)、(2)、(3)為同名端標誌，原、次邊繞組一一對應。圖1中，原邊為普通三相繞組，A、B、C三相電壓UA、UB、UC由端子(2)、(3)、(1)引入，每相繞組匝數為ω1，可提供接地中性點；次邊接線由3～4個△接的三組繞組組成。當原邊施以三相對稱電壓時，次邊(4)(4＇)、(5)(5＇)端子輸出大小相等、相位相差90°的兩相電壓，構成兩相對稱系。設次邊供電埠的虛擬匝數為ω2，則次邊接線中，兩大小相同的大△接給出端子(5)和(5＇)，每相繞組匝數均為 ；兩大小可不同的小△接給出端子(4)和(4＇)，每相繞組匝數分別為 和 ，k∈[0，1]為實數。一般為簡單起見，取k=1或k=0，這樣，次邊將由3個△接(兩大一小△接)繞組組成，見圖2。
當次邊供電埠(4)(4＇)和(5)(5＇)的電壓為Uα、Uβ且分別輸出負載電流 、 時，原邊三相電流向量變換關係為IA.IB.IC.=KT3(d3KT)-1-13(d3KT)-120(d3KT)-1-1-3I0.I.I.--(1)]]>式中，KT為次邊埠(4)(4＇)電壓Uα與原邊線電壓之比(變比)，d為非零實數， 為0序電流分量，恆為零。相應次邊與原邊三相電壓向量變換關係為U0.U.U.=KT3(d3KT)-1(d3KT)-1(d3KT)-1-12-130-3UA.UB.UC.--(2)]]>其中，0為0序電壓分量，原邊三相電壓對稱時它為零。
由式(1)易見，當Iβ=Iα時，原邊將不產生負序電流，而當原邊施以對稱電壓時，由式(2)易見，次邊埠(5)(5＇)的電壓向量為β=jα，從而完成電壓、電流向量對稱系的變換。設Uα＝Uβ＝Us，次邊繞組容量為Ss=43IUs(1-13)+23IUs13+23Us3I2+9I2]]>次邊繞組(銅材)利用率為s=Us(I+I)Ss]]>若令t＝Iβ/Iα(稱為埠負載比)，則s=33(1+t)43-2+21+9t2----(3)]]>當t＝1即兩埠負載相等時，ηs=92.35％。
設UA＝UB＝UC=UP，則原邊繞組容量可由式(1)求得為SP=2UsI3(1+1+3t2)]]>同樣可求得其(銅材)容量利用率為P=Us(I+I)SP]]>=3(1+t)2(1+1+3t2)---(4)]]>顯然，當次邊兩埠負載相等，即t＝1時，ηP＝100％。
各繞組容量按t＝1(即Iα＝Iβ＝Is)條件設計，原邊三相繞組相同，均為2UsIs/3或UPIP(IP=IA=IB=IC=2KTIs/3,]]>UP=Us/(3KT)).]]>次邊兩小△接按對應繞組的容量之和計算，圖1中標以(3)為同名端的和為 ，另兩個相同，均為 ；兩大△接相同，標以(3)同名端的繞組容量為 ，另兩個的容量為 。在每個△接中歸算到各個繞組的等值漏抗均應相同。
本實用新型的一個變形是將兩大△接中的標以(3)的兩並聯想繞組合併為一個繞組，其容量為原來每個繞組的2倍，歸算到它的(等值)漏抗為原來每個繞組的1/2，其餘不變。
實施中尚可按兩相—三相變壓器使用，它將二相對稱電源變為三相對稱電源，可稱為逆星形一多三角形接線平衡變壓器。
權利要求1.一種星形—多三角形接法平衡變壓器，繞組一次側為Y接，並可抽出中性接地點，其特徵在於次邊由兩組大小相同的大△接三相繞組和兩組大小可不等的小△接三相繞組組成，兩組大△接中，同一相繞組按同名端兩端並聯，另外兩個接線端子引出兩相對稱電壓中的一相，兩並聯繞組再與兩組小△接三相繞組的同一相順同名端串聯，供兩相對稱電壓的另一相；次邊兩組小△接繞組可合併成一組，每相繞組匝數為原來兩個小△繞組每相匝數之和；次邊兩組大小相同的大△接三相繞組的兩個同相併聯繞組可合併為一，其匝數不變。
專利摘要本實用新型涉及一種星形－多三角形接線平衡變壓器，它採用普通三相鐵芯，原邊繞組為Y接可引出中性接地點，其特徵在於次邊由三至四個△接三相繞組組成，在每一△接中，各相繞組的歸算漏抗按同一值匹配，三相繞組分布均勻，絕緣要求低，次邊的銅材料利用率可達92.35％，特別適用於牽引變電所、工頻電爐等需要單相或兩相交流負載平衡供電的場合。
文檔編號H01F30/06GK2248379SQ95242858
公開日1997年2月26日 申請日期1995年3月11日 優先權日1995年3月11日
發明者李群湛, 賀建閩 申請人:西南交通大學