基於相移技術的諧波抑制節能變壓器的製作方法

2023-05-06 17:12:41 1

專利名稱：基於相移技術的諧波抑制節能變壓器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於相移技術的諧波抑制節能變壓器，特別涉及一種基 於相移原理的具有諧波抑制、節能的電力變壓器。
背景技術：
在電力的生產、傳輸、轉換和使用的各個環節都會產生一些頻率為基波頻率 (在我國取工業用電頻率50Hz為基波頻率)整數倍的正弦波分量，又稱為高次 諧波。諧波的產生主要由下列幾個原因引起(1)輸配電系統產生諧波輸配電 系統中主要是電力變壓器產生諧波，由於變壓器鐵心的飽和，磁化曲線的非線性， 加上設計變壓器時考慮經濟性，其工作磁密選擇在磁化曲線的近飽和段上，這樣 就使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波。(2)用電設備產生的諧波如 晶閘管整流設備、變頻裝置、電弧爐、電石爐、氣體放電類電光源以及各式各樣 的家用電器。其中用電設備產生的諧波最多。
電力系統中諧波的危害是多方面的，概括起來有以下幾個方面 (1)對供配電線路的危害，(2)對電力設備的危害，(3)對用電設備的 危害，(4).影響電力測量的準確性，(5).諧波對人體有影響。
高次諧波對電力系統和用戶都產生了比較大的影響。而隨著非線性用戶的增 加，高次諧波將越來越嚴重，所以必須抑制電力系統的高次諧波。抑制電力系統 高次諧波的方法很多，常用的有以下幾種
(1) 增加換流裝置的相數或脈衝數
(2) 加裝動態無功補償裝置
(3) 加裝濾波裝置
增加換流裝置的橡樹無疑增加了設備的複雜性和設備的成本，降低了設備的 可靠性。
加裝動態無功補償裝置的方法是利用電力電子裝置實現的，由於電力電子器
件的容量小、成本高、可靠性低，且不同諧波源需要採用不同補償策略，再者還 可能引發系統的穩定問題，因此各國對此技術還保持著一定的謹慎態度。所以目 前的諧波抑制方法還是以加裝無源濾波裝置的靜態抑制方法為主。
無源濾波裝置是利用電感電容對諧波的諧振來消除諧波，諧振時諧迴路阻抗 很小，電流很大，損耗增加，而且會引起電抗器的振動和噪音。
很多獨立電力系統都有多個不同電壓等級的電網，各種電壓等級的電網為不 同的負載供電，各具特色。電力電子裝置的廣泛使用，往往會導致某一電壓等級 的電網中電能質量的下降，特別是諧波含量大。為了使某一電壓等級的電網中的 諧波不對其他電壓等級的電網造成影響，需要對諧波進行抑制或者隔離。清華大 學的王善銘發明了基於諧波倒相的具有諧波抑制功能的電力變壓器，它包括兩 臺容量、變比完全相同的獨立電力變壓器，由電感、電容串聯組成的諧波倒相電 路，並聯於電網兩端。該實用新型直接利用不同電壓等級電網之間本身就存在的 變壓器，加入諧波倒相電路，使得諧波得以抑制。但是由於必須採用兩臺相同容 量的變壓器，並加入諧波倒相電路使得成本較高。為了降低成本，簡化變壓器制 造工藝，提出了本實用新型。本實用新型利用不同電壓等級的電網之間本來存在 的變壓器，採用相移技術，使得諧波得以抑制，避免某一電網的諧波對其他電壓 等級電網的負載造成影響，實現相互隔離。本實用新型利用電網本身具有的電力 變壓器，僅僅在二次測繞組的聯結方式上採用了雙輸出的Z聯結，避免了不同 電壓等級的電網之間諧波的影響，具有結構簡單，設備少，成本低，可靠性高， 不存在大的諧振電流，以及變壓器自身雜散損耗小等優點。
發明內容
技術問題本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基於相移技術的諧波 抑制節能變壓器，利用該基於相移技術的諧波抑制節能變壓器削弱變壓器二次側 負荷中的諧波電流對一次側電網的影響。
技術方案為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是所述變壓 器的二次側繞組採用雙輸出的曲折形聯接，即將所述二次側繞組分成第一組繞組 (Al)和第二組繞組(A2)，第一組繞組(Al)包括第一相繞組(al)、第二相 繞組(bl)和第三相繞組(cl);第二組繞組(A2)包括第四相繞組(a2)、第
五相繞組(b2)和第六相繞組(c2);其中第一組繞組(Al)中的第一相繞組(al) 的上半部分尾端(ala)與第二相繞組(bl)的下半部分首端(blb)反接串聯組 成第一輸出相(all)，依次類推，得到第二輸出相(bll)和第三輸出相(cll)， 將所述第一相繞組(al)、第二相繞組(bl)、第三相繞組(cl)繞組的下半部分 尾端連在一起，引出第一中性線(nl);將第二組繞組(A2)中的第四相繞組(a2) 的上半部分尾端(a2a)和第六相繞組(c2)的下半部分首端(c2b)反接串聯組 成第四輸出相(a21)，依次類推，得到第五輸出相(b21)和第六輸出相(c21)， 將第四相繞組(a2)、第五相繞組(b2)、第六相繞組(c2)的下半部分尾端連在 一起，引出第二中性線(n2);第一輸出相繞組(all)的輸出電壓與第四輸出相 繞組(a21)的輸出電壓相角相差30度，第二輸出相繞組(bll)的輸出電壓與 第五輸出相繞組(b21)的輸出電壓相角相差30度，第三輸出相繞組(cll)的 輸出電壓與第六輸出相繞組(c21)的輸出電壓相角相差30度，第一輸出相繞組 (all)的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第四輸出相繞組 (a21)的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，第二輸出相繞組 (bll)的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第五輸出相繞組 (b21)的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，第三輸出相繞組 (cll)的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第六輸出相繞組 (c21)的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，每一個輸出在不同
鐵心柱上反串聯的匝數需要滿足^-J^A^，『2=(^-;)iV2， ^為上半部
、3 2
分的匝數，『2為下半部分匝數，A^為二次側繞組的額定等效匝數。 在本實用新型的一個優選實施例中，所述變壓器為三柱兩框結構。 在本實用新型的一個優選實施例中，所述一次側繞組和所述二次側繞組的輸
出容量、變比、繞向完全相同。
在本實用新型的一個優選實施例中，所述一次側繞組和所述二次側繞組的輸
出容量分別為所述變壓器額定容量的一半。
有益效果基於相移技術的諧波抑制節能變壓器能夠抑制3倍次諧波和消除
5、 7、 17、 19倍次諧波，同時可以削弱諧波電流和由此引起的一、二次側繞組
耦合磁通及一次側繞組環流，減小變壓器的雜散損耗，能夠極大的改善二次側諧波對其一次側電網造成的影響。以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。

圖1是基於相移技術的諧波抑制節能變壓器的二次側繞組聯結示意圖； 圖2是基於相移技術的諧波抑制節能變壓器電壓矢量圖； 圖3是基於相移技術的諧波抑制節能變壓器的二次側繞組每個輸出的上、 下(或內、夕卜)兩部分匝數與二次側額定匝數間的向量關係圖。
具體實施方式
圖1是基於相移技術的諧波抑制節能變壓器的二次側繞組聯結示意圖。所述 變壓器的一次側繞組採用三角形聯接，所述變壓器的二次側繞組採用雙輸出的曲 折形聯接，即將所述二次側繞組分成第一組繞組Al和第二組繞組A2，第一組 繞組Al包括第一相繞組al、第二相繞組bl和第三相繞組cl;第二組繞組A2 包括第四相繞組a2、第五相繞組b2和第六相繞組c2;其中第一組繞組A1中的 第一相繞組al的上半部分尾端ala與第二相繞組bl的下半部分首端blb反接串 聯組成第一輸出相all，依次類推，得到第二輸出相bll和第三輸出相cll，將 所述第一相繞組al、第二相繞組bl、第三相繞組cl繞組的下半部分尾端連在一 起，引出第一中性線nl;將第二組繞組A2中的第四相繞組a2的上半部分尾端 a2a和第六相繞組c2的下半部分首端c2b反接串聯組成第四輸出相a21，依次類 推，得到第五輸出相b21和第六輸出相c21，將第四相繞組a2、第五相繞組b2、 第六相繞組c2的下半部分尾端連在一起，引出第二中性線n2;第一輸出相繞組 all的輸出電壓與第四輸出相繞組a21的輸出電壓相角相差30度，第二輸出相繞 組bll的輸出電壓與第五輸出相繞組b21的輸出電壓相角相差30度，第三輸出 相繞組cll的輸出電壓與第六輸出相繞組c21的輸出電壓相角相差30度，第一 輸出相繞組all的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第四輸出 相繞組a21的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，第二輸出相繞 組bll的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第五輸出相繞組b21 的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，第三輸出相繞組cll的輸
出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第六輸出相繞組c21的輸出電 壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，每一個輸出在不同鐵心柱上反串聯
的匝數需要滿足formula see original document page 8為上半部分的匝數，『2為
下半部分匝數，iV2為二次側繞組的額定等效匝數。
所述變壓器為三柱兩框結構。
所述一次側繞組和所述二次側繞組的輸出容量、變比、繞向完全相同。 所述一次側繞組和所述二次側繞組的輸出容量分別為所述變壓器額定容量 的一半。
圖2為每一相輸出的電壓矢量圖，第一個輸出的電壓相角超前同相一次側電 壓15度，第二個輸出電壓相角滯後同相一次側電壓15度。
設變壓器的一次側和二次側的相電壓之比為C/le/t/2e， 一次側的額定分接匝數
為M，則二次側的額定匝數為A^-^"iV,，針對同相雙輸出相角之間的30度
移相，每個輸出的上下(或內外)兩部分匝數與二次側額定匝數滿足圖3所示的 向量圖。從而可以求得每個輸出的上(或內)部分匝數M和下(或外)部分匝
數
formula see original document page 8
設二次側的負載電流為/，對於二次側繞組在a相鐵心柱上產生的合成磁勢F
為
屍=屍ll +屍21 +屍12 +屍22
Fu表示a相第一個輸出上部分線圈產生的磁勢，F12表示c相第一個輸出下部分 線圈產生的磁勢，Fu表示a相第二個輸出上部分線圈產生的磁勢，F22表示b相 第二個輸出下部分線圈產生的磁勢。 sin(2洲
F21 = / R sin(2* + ! A;)
6
F12 = / 『2 sin(2一 - f
3 6
當諧波次數&5、 7、 17、 19時，合成磁勢F為0，高次諧波不能產生同時 交鏈一、二次側的主磁通，從而可以抑制二次側的諧波分量對一次側電網的影響。
權利要求1、一種基於相移技術的諧波抑制節能變壓器，其特徵在於所述變壓器的一次側繞組採用三角形聯接，所述變壓器的二次側繞組採用雙輸出的曲折形聯接，即將所述二次側繞組分成第一組繞組(A1)和第二組繞組(A2)，第一組繞組(A1)包括第一相繞組(a1)、第二相繞組(b1)和第三相繞組(c1)；第二組繞組(A2)包括第四相繞組(a2)、第五相繞組(b2)和第六相繞組(c2)；其中第一組繞組(A1)中的第一相繞組(a1)的上半部分尾端(a1a)與第二相繞組(b1)的下半部分首端(b1b)反接串聯組成第一輸出相(a11)，依次類推，得到第二輸出相(b11)和第三輸出相(c11)，將所述第一相繞組(a1)、第二相繞組(b1)、第三相繞組(c1)繞組的下半部分尾端連在一起，引出第一中性線(n1)；將第二組繞組(A2)中的第四相繞組(a2)的上半部分尾端(a2a)和第六相繞組(c2)的下半部分首端(c2b)反接串聯組成第四輸出相(a21)，依次類推，得到第五輸出相(b21)和第六輸出相(c21)，將第四相繞組(a2)、第五相繞組(b2)、第六相繞組(c2)的下半部分尾端連在一起，引出第二中性線(n2)；第一輸出相繞組(a11)的輸出電壓與第四輸出相繞組(a21)的輸出電壓相角相差30度，第二輸出相繞組(b11)的輸出電壓與第五輸出相繞組(b21)的輸出電壓相角相差30度，第三輸出相繞組(c11)的輸出電壓與第六輸出相繞組(c21)的輸出電壓相角相差30度，第一輸出相繞組(a11)的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第四輸出相繞組(a21)的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，第二輸出相繞組(b11)的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第五輸出相繞組(b21)的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，第三輸出相繞組(c11)的輸出電壓相角超前同相一次側繞組的側電壓15度，第六輸出相繞組(c21)的輸出電壓相角滯後同相一次側繞組的側電壓15度，每一個輸出在不同鐵心柱上反串聯的匝數需要滿足<![CDATA[ W 1= 23 N 2, ]]>
2、如權利要求1所述的基於相移技術的諧波抑制節能變壓器，其特徵在於,所述變壓器為三柱兩框結構。
3、 如權利要求1所述的基於相移技術的諧波抑制節能變壓器，其特徵在於， 所述一次側繞組和所述二次側繞組的輸出容量、變比、繞向完全相同。
4、 如權利要求1所述的基於相移技術的諧波抑制節能變壓器，其特徵在於， 所述一次側繞組和所述二次側繞組的輸出容量分別為所述變壓器額定容量的一 半。
專利摘要基於相移技術的諧波抑制節能變壓器涉及一種基於相移原理的具有諧波抑制、節能的電力變壓器。該變壓器的一次側繞組採用D聯結，二次側繞組採用雙輸出的Z聯結，即將所述二次側繞組分成第一組繞組(A1)和第二組繞組(A2)，第一組繞組(A1)包括第一相繞組(a1)、第二相繞組(b1)和第三相繞組(c1)；第二組繞組(A2)包括第四相繞組(a2)、第五相繞組(b2)和第六相繞組(c2)；基於相移技術的諧波抑制節能變壓器能夠抑制3倍次諧波和消除5、7、17、19倍次諧波，同時可以削弱諧波電流和由此引起的一、二次側繞組耦合磁通及一次側繞組環流，減小變壓器的雜散損耗，能夠極大的改善二次側諧波對其一次側電網造成的影響。
文檔編號H01F27/28GK201069694SQ20072004311
公開日2008年6月4日 申請日期2007年8月10日 優先權日2007年8月10日
發明者楊成峰, 林鶴雲, 健 郭 申請人:東南大學