專利名稱：星形一多三角形接線平衡變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(yè)的交流牽引供電多采用兩相電壓制式，采用三相或單相變電壓器供電時(shí)形成不對稱負(fù)載，不對稱負(fù)載會(huì)向系統(tǒng)反送大量負(fù)序電流(功率)，影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。理論和實(shí)踐均表明，采用三相—兩相平衡(對稱)變壓器接線是減輕和消除負(fù)序不良影響以及保證正常、安全供電的有力措施。目前，國內(nèi)外電力變壓器廠生產(chǎn)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(dá)92.82％，但其不足之處是制造工藝要求特殊，且無原邊中性接地點(diǎn)和三次諧波激磁通路，因此在應(yīng)用中受到很大限制；LeBlanc和Kübler接法雖然有原邊中性接地點(diǎn)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，后者制造工藝要求特殊，生產(chǎn)成本上升；Woodbridge(變形)接法則須增設(shè)自耦變壓器(AT)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使整體固定投資增大。
本實(shí)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(xiàn)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(shí)際制造成本降低。
本實(shí)用新型由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)在不改變現(xiàn)有變壓器外部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用普通三相鐵芯，繞組一次側(cè)為Y接，并可抽出中性接地點(diǎn)，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并聯(lián)，另外兩個(gè)接線端子引出兩相對稱電壓中的一相，兩并聯(lián)繞組再與兩組小△接三相繞組的同一相順同名端串聯(lián)，供兩相對稱電壓的另一相。次邊兩組小△接繞組可合并成一組，每相繞組匝數(shù)為原來兩個(gè)小△繞組每相匝數(shù)之和。次邊兩組大小相同的大△接三相繞組的兩個(gè)同相并聯(lián)繞組可合并為一，其匝數(shù)不變，容量增大一倍，歸算的等值漏抗降低一倍。當(dāng)對應(yīng)對稱兩相電壓的虛擬匝數(shù)均為ω2時(shí)，大△接每相繞組的匝數(shù)為 ，兩小△接每相繞組匝數(shù)之和為 。為簡單，兩組小△接繞組可合并成一組，每相繞組匝數(shù)為 并可提供11.6kV三相對稱電壓。
本實(shí)用新型還可應(yīng)用于兩相—三相供電場合，將兩相對稱電壓變換為三相對稱電壓。
本實(shí)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(yōu)點(diǎn)比較見表1。
既有技術(shù)與本實(shí)用新型效果比較表1
表1中，材料利用率應(yīng)是銅(繞組)、鐵(鐵芯)利用率的綜合指標(biāo)，其中銅的利用率有原邊和次邊之別，在兩端口負(fù)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。鐵的利用率與所采用的鐵芯型式及繞組在鐵芯上的均勻度有關(guān)，除Scott變壓器由于鐵芯特殊(用單相組合或三相特殊鐵芯)使鐵的利用率低于90％外，其余均達(dá)90％以上，但本實(shí)用新型使得普通三相鐵芯上的繞組匝數(shù)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(diǎn)，但無△繞組為3次諧波激磁電流提供通路；若另加△繞組或?qū)ⅰ骼@組與次邊一繞組合并，其特殊性將增加工藝復(fù)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(shè)計(jì)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(nèi)(稱改進(jìn)型Woodbridge接法)，但二者的工藝都較復(fù)雜。
此外，本實(shí)用新型在令k＝1(或k＝0)時(shí)，小△接輸出11.6kV三相對稱電壓，可用于額定電壓為10kV(最大11kV)級別的地區(qū)電源或電氣化鐵道的非牽引三相電源。
本實(shí)用新型的各種變形接法能夠覆蓋目前應(yīng)用的所有原邊Y形接法的平衡變壓器。
綜上所述，本實(shí)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、制造工藝簡單(類似于三繞組變壓器)、成本低廉等綜合優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型的
圖1為本實(shí)用新型的基本接法方式圖；圖2為本實(shí)用新型的簡化接法方式圖。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述本實(shí)用新型采用普通三相鐵芯，其繞組接法的基本實(shí)施方式如圖1所示，其中(1)、(2)、(3)為同名端標(biāo)志，原、次邊繞組一一對應(yīng)。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(shù)為ω1，可提供接地中性點(diǎn)；次邊接線由3～4個(gè)△接的三組繞組組成。當(dāng)原邊施以三相對稱電壓時(shí)，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(gòu)成兩相對稱系。設(shè)次邊供電端口的虛擬匝數(shù)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(shù)均為 ；兩大小可不同的小△接給出端子(4)和(4＇)，每相繞組匝數(shù)分別為 和 ，k∈[0，1]為實(shí)數(shù)。一般為簡單起見，取k=1或k=0，這樣，次邊將由3個(gè)△接(兩大一小△接)繞組組成，見圖2。
當(dāng)次邊供電端口(4)(4＇)和(5)(5＇)的電壓為Uα、Uβ且分別輸出負(fù)載電流 、 時(shí)，原邊三相電流向量變換關(guān)系為IA.IB.IC.=KT3(d3KT)-1-13(d3KT)-120(d3KT)-1-1-3I0.Iα.Iβ.--(1)]]>式中，KT為次邊端口(4)(4＇)電壓Uα與原邊線電壓之比(變比)，d為非零實(shí)數(shù)， 為0序電流分量，恒為零。相應(yīng)次邊與原邊三相電壓向量變換關(guān)系為U0.Uα.Uβ.=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(shí)它為零。
由式(1)易見，當(dāng)Iβ=Iα?xí)r，原邊將不產(chǎn)生負(fù)序電流，而當(dāng)原邊施以對稱電壓時(shí)，由式(2)易見，次邊端口(5)(5＇)的電壓向量為β=jα，從而完成電壓、電流向量對稱系的變換。設(shè)Uα＝Uβ＝Us，次邊繞組容量為Ss=43IαUs(1-13)+23IαUs13+23·Us3Iα2+9Iβ2]]>次邊繞組(銅材)利用率為ηs=Us(Iα+Iβ)Ss]]>若令t＝Iβ/Iα(稱為端口負(fù)載比)，則ηs=33(1+t)43-2+21+9t2----(3)]]>當(dāng)t＝1即兩端口負(fù)載相等時(shí)，ηs=92.35％。
設(shè)UA＝UB＝UC=UP，則原邊繞組容量可由式(1)求得為SP=2UsIα3(1+1+3t2)]]>同樣可求得其(銅材)容量利用率為ηP=Us(Iα+Iβ)SP]]>=3(1+t)2(1+1+3t2)---(4)]]>顯然，當(dāng)次邊兩端口負(fù)載相等，即t＝1時(shí)，ηP＝100％。
各繞組容量按t＝1(即Iα＝Iβ＝Is)條件設(shè)計(jì)，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(yīng)繞組的容量之和計(jì)算，圖1中標(biāo)以(3)為同名端的和為 ，另兩個(gè)相同，均為 ；兩大△接相同，標(biāo)以(3)同名端的繞組容量為 ，另兩個(gè)的容量為 。在每個(gè)△接中歸算到各個(gè)繞組的等值漏抗均應(yīng)相同。
本實(shí)用新型的一個(gè)變形是將兩大△接中的標(biāo)以(3)的兩并聯(lián)想繞組合并為一個(gè)繞組，其容量為原來每個(gè)繞組的2倍，歸算到它的(等值)漏抗為原來每個(gè)繞組的1/2，其余不變。
實(shí)施中尚可按兩相—三相變壓器使用，它將二相對稱電源變?yōu)槿鄬ΨQ電源，可稱為逆星形一多三角形接線平衡變壓器。
權(quán)利要求1.一種星形—多三角形接法平衡變壓器，繞組一次側(cè)為Y接，并可抽出中性接地點(diǎn)，其特征在于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并聯(lián)，另外兩個(gè)接線端子引出兩相對稱電壓中的一相，兩并聯(lián)繞組再與兩組小△接三相繞組的同一相順同名端串聯(lián)，供兩相對稱電壓的另一相；次邊兩組小△接繞組可合并成一組，每相繞組匝數(shù)為原來兩個(gè)小△繞組每相匝數(shù)之和；次邊兩組大小相同的大△接三相繞組的兩個(gè)同相并聯(lián)繞組可合并為一，其匝數(shù)不變。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種星形－多三角形接線平衡變壓器，它采用普通三相鐵芯，原邊繞組為Y接可引出中性接地點(diǎn)，其特征在于次邊由三至四個(gè)△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(dá)92.35％，特別適用于牽引變電所、工頻電爐等需要單相或兩相交流負(fù)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(yōu)先權(quán)日1995年3月11日
發(fā)明者李群湛, 賀建閩 申請人:西南交通大學(xué)