專利名稱：三相變四相電力變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電力變壓器，特別是一種將對稱的三相電力系統(tǒng)變換為電壓互為90。電角度的四相系統(tǒng)或者是進行反變換的三相變四相電力變壓器。
目前，國內(nèi)外交流輸電系統(tǒng)通常采用三相制。由于電力系統(tǒng)中的發(fā)電機與電動機均采用三相制，三相電力變壓器設(shè)計制造簡單方便，三相制輸電已經(jīng)成為傳統(tǒng)的輸電方式。但是在三相輸電線路中，相與相之間的電壓是相與地之間的電壓的3]]>倍，對三相導(dǎo)線之間空氣絕緣要求較高，使得三相導(dǎo)線布置的間距較寬，浪費架線走廊所占用的土地面積，占地補償費用較大。由于三相導(dǎo)線不能對稱地懸掛在單柱桿塔的兩側(cè)，使得桿塔設(shè)計復(fù)雜，并浪費桿塔鋼材。在國外，對6相、9相、12相、24相等多相輸電系統(tǒng)的研究已進行了二十多年。多相輸電是一種提高輸送功率密度的重要方法。已有的多相輸電系統(tǒng)的相數(shù)均是3的整數(shù)倍，實現(xiàn)三相與多相之間變換的電力變壓器制造方便。但是，為了避免多相輸電線路復(fù)雜的換位，必須將各相導(dǎo)線排列成正多邊形，這使得6相及以上多相導(dǎo)線的懸掛更加困難，桿塔結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，線路造價上升隨著線路相數(shù)的增加，多相輸電線路的故障組合類型迅速增加，這使故障的分析計算、繼電保護的設(shè)計及整定增加了難度；多相輸電系統(tǒng)中的斷路器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，相間過電壓倍數(shù)較高。由于上述缺點，六相及以上多相輸電方式?jīng)]有得到推廣應(yīng)用。
四相輸電系統(tǒng)是最接近于傳統(tǒng)三相的多相系統(tǒng)，它既具有多相輸電方式的優(yōu)點，又克服了多相輸電方式存在的缺點。實現(xiàn)四相輸電出的重大關(guān)鍵設(shè)備是三相交四相電力變壓器和反變換的四相變?nèi)嚯娏ψ儔浩?。在我國提出的三相變兩相阻抗匹配平衡平變壓器和Y／＞／一接線三相交兩相平衡變壓器的基礎(chǔ)上，采用在兩相側(cè)增加一套與原來相同的副繞組的接線方案，可以構(gòu)成三相交四相電力變壓器。但是，由于每相鐵芯柱上繞組數(shù)目較多，使得這兩種變壓器設(shè)計制造時難以達到各相參數(shù)平衡的要求。由于四相側(cè)繞組是曲折連接，使得這兩種變壓器的四相側(cè)繞組數(shù)目較多，不適合于四相側(cè)為高壓側(cè)的四相輸電系統(tǒng)，例如高壓側(cè)繞組不能帶分接頭調(diào)壓，高壓側(cè)繞組絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加制造生產(chǎn)成本。目前未見產(chǎn)家研制三相變四相電力變壓器。
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本實用新型的目的，乃是提供一種主要適用于四相輸電系統(tǒng)的三相變四相電力變壓器，同時使得其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，鐵芯和繞組材料利用率高。
本實用新型的解決方案如下。其特征之處在于具有等截面的四相鐵芯柱1、2、3、4。a相與c相鐵芯柱1和2布置在一側(cè)，b相與c相鐵心柱3和4布置在另一側(cè)，中間的上下兩個鐵軛既可以保留，也可以省去。三相側(cè)具有繞組匝數(shù)分別為Wa1和Wa2的a相柱第一原繞組5和a相柱第二原繞組6，繞組匝數(shù)分別為Wc1和Wc2的c相柱第一原繞組7和c相柱第二原繞組8，繞組匝數(shù)分別為Wb1和Wb2的b相柱第一原繞組9和b相柱第二原繞組10，繞組匝數(shù)分別為Wd1和Wd2的d相柱第一原繞組11和d相柱第二原繞組12，四相側(cè)具有繞組匝數(shù)分別為Wa3、Wc3、Wb3、Wd3的a、c、b、d相柱副繞組13、14、15、16；繞組5、6、13繞制在鐵芯柱1上，繞組7、8、14繞制在鐵芯柱2上，繞組9、10、15繞制在鐵芯柱3上，繞組11、12、16繞制在鐵芯柱4上，鐵芯柱1上的繞組與鐵芯柱2上的繞組對稱，鐵芯柱3上的繞組與鐵芯柱4上的繞組對稱；繞組5與7反相并聯(lián)而構(gòu)成三相側(cè)A相，繞組6與8反相并聯(lián)而構(gòu)成三相側(cè)B、C相的公共支路，繞組9與11反相并聯(lián)再和公共支路串聯(lián)構(gòu)成三相側(cè)B相，繞組10與12反相并聯(lián)再和公共支路串聯(lián)構(gòu)成三相側(cè)C相，三相側(cè)A、B、C相有公共接地點O；繞組13、14、15、16分別構(gòu)成四相側(cè)a、c、b、d相。
具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明裝置，其鐵芯截面選則原則、繞組布置、繞組線徑選擇原則及阻抗計算方法均與一般電力變壓器相同。其a、b、c、d四相的電磁容量相等，安匝數(shù)各自平衡。各相鐵芯柱按最大允許磁通密度選擇鐵芯截面。高壓繞組繞制在外層，低壓繞組繞制在內(nèi)層。各繞組按經(jīng)濟電流密度和動、熱穩(wěn)定要求選擇導(dǎo)線截面，各繞組的等值阻抗按多繞組變壓器阻抗計算方法進行計算，通過各繞組合理布置，做到四相側(cè)引出端互相短接時，從三相側(cè)看進去的A、B、C相短路阻抗相等。
本實用新型裝置以三相變四相作升壓變壓器和以四相變?nèi)嘧鹘祲鹤儔浩鳎饕米龈邏弘娏W(wǎng)實現(xiàn)四相交流輸電的重大關(guān)鍵設(shè)備。而以三相變四相降壓變壓器，則可用做電氣化鐵道AT(自耦變壓器)供電方式的牽引供電變壓器。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型加以進一步說明。


圖1為本實用新型裝置的鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為四相側(cè)采用星形連接的本實用新型裝置的接線原理圖。
圖3為四相側(cè)采用四邊形連接的本實用新型裝置的接線原理圖。
參見圖1，四相鐵芯柱截面積相等，a相鐵芯柱1與c相鐵芯柱2布置在一邊，b相鐵芯柱3與d相鐵芯柱4布置在另一邊。設(shè)計制造時，中間的上下兩個鐵軛既可以保留，也可以取消，不影響變壓器的正常運行。
參見圖2，四相側(cè)采用星形連接。這種接線方式的變壓器各繞組匝數(shù)的選取原則為Wa1Wa3=K1，Wa2=Wa1／2，Wb1=Wb2=3Wa1/2,]]>Wa1=Wc1，Wa2=Wc2，Wb1=Wb2=Wd1=Wd2，Wa3=Wb3=Wc3=Wd3。式中K1為已知條件給出的三相側(cè)相電壓與四相側(cè)相電壓之比。其接線方式保證了在三相側(cè)輸入三相對稱電壓A、B、C時，四相側(cè)輸出的四相電壓a、b、c、d大小相等，相位依次滯后90°電角度。四相側(cè)負荷大小與性質(zhì)相同時，輸出的四相電流 Ia、Ib、Ic、Id大小相等，相位依次滯后90°電角度。三相側(cè)電流與四相側(cè)電流的矩陣方程為 上式符合電力變壓器電流矩陣對稱變換的原則，三相側(cè)電流對稱時，四相側(cè)電流也對稱。
參見圖3，四相側(cè)采用四邊形連接。這種接線方式的變壓器各繞組匝數(shù)的選取原則為Wa1:Wa3=K2/2,]]>Wa2=Wa1／2，Wb1=Wb2=3Wa1/2,]]>Wa1=Wc1，Wa2=Wc2，Wb1=Wb2=Wd1=Wd2，Wa3=Wb3=Wc3=Wd3。式中K2為已知條件給出的三相側(cè)相電壓與四相側(cè)相電壓之比。其接線方式保證了在三相側(cè)輸入三相對稱電壓A、B、C時，四相側(cè)輸出的四相電壓a、b、c、d大小相等，相位依次滯后90°電角度。四相側(cè)負荷大小與性質(zhì)相同時，輸出的電四相電流 Ia、Ib、Ic、Id大小相等，相位依次滯后90°電角度。三相側(cè)電流與四相側(cè)電流的矩陣方程為 上式符合電力變壓器電流矩陣對稱變換的原則，三相側(cè)電流對稱時，四相側(cè)電流也對稱。
本實用新型裝置主要適用于高壓電力網(wǎng)實現(xiàn)四相交流輸電，在四相交流輸電系統(tǒng)中做為重大的關(guān)鍵設(shè)備。這兩種接線方式變壓器的特點是四相側(cè)各相繞組不是曲折連接，特別適合于四相側(cè)為高壓側(cè)的四相輸電系統(tǒng)，高壓側(cè)可以帶分接頭調(diào)壓，高壓側(cè)繞組數(shù)目最少，而且布置在不同的鐵芯柱上，使得絕緣簡單，節(jié)約絕緣成本及絕緣所占的空間；每相鐵芯柱上均為三繞組結(jié)構(gòu)，是不等相變換的最簡單形式，繞組的阻抗匹配關(guān)系容易得到滿足；綜合材料利用率高，不僅可以節(jié)約制造成本，還可以降低運行成本；鐵芯結(jié)構(gòu)簡單，并且可以分離成兩個獨立的部分，簡化了制造工藝，特別適合于大容量電力變壓器的制造。
本實用新型的三相變四相電力變壓器還可用于電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)做為牽引供電變壓器，既適用于AT供電系統(tǒng)，也適用于BT供電系統(tǒng)。
權(quán)利要求1．一種三相變四相電力變壓器，其特征在于(A)具有等截面的四相鐵芯柱a(1)、c(2)、b(3)、d(4)；(B)三相側(cè)具有繞組匝數(shù)分別為Wa1和Wa2的a相柱第一原繞組(5)和a相柱第二原繞組(6)，繞組匝數(shù)分別Wc1和Wc2的c相柱第一原繞組(7)和c相柱第二原繞組(8)，繞組匝數(shù)分別為Wb1和Wb2的b相柱第一原繞組(9)和b相柱第二原繞組(10)，繞組匝數(shù)分別為Wd1和Wd2的d相柱第一原繞組(11)和d相柱第二原繞組(12)。四相側(cè)具有繞組匝數(shù)分別為Wa1、Wc1、Wb1、Wd1的a相柱副繞組(13)、c相柱副繞組(14)、b相柱副繞組(15)，d相柱副繞組(16)。繞組(5)、(6)、(13)繞制在鐵芯柱(1)上，繞組(7)、(8)、(14)對稱繞制在鐵芯柱(2)上；繞組(9)、(10)、(15)繞制在鐵芯柱(3)上，繞組(11)、(12)、(16)對稱繞制在鐵芯柱(4)上；(C)繞組(5)和(7)反相并聯(lián)而構(gòu)成三相側(cè)A相，繞組(6)和(8)反相并聯(lián)而構(gòu)成三相側(cè)B相和C相的公共支路，繞組(9)和(11)反相并聯(lián)再和公共支路串聯(lián)而構(gòu)成三相側(cè)B相，繞組(10)和(12)反相并聯(lián)再和公共支路串聯(lián)而構(gòu)成三相側(cè)C相。繞組(13)、(14)、(15)、(16)分別構(gòu)成四相側(cè)a、c、b、d相；(D)三相側(cè)繞組A、B、C相具有公共接地點。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述變壓器，四相側(cè)采用星形連接，各繞組匝數(shù)的選取原則為Wa1Wa3=K1，Wa2=Wa1／2，Wb1=Wb2=3Wa1/2]]>，Wa1=Wc1，Wa2=Wc2，Wb1=Wb2=Wd1=Wd2，Wa3=Wb3=Wc3=Wd3，式中Kl為已知條件給出的三相側(cè)相電壓與四相側(cè)相電壓之比。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述變壓器，四相側(cè)采用四邊形連接，各繞組匝數(shù)的選原為Wa1:Wa3=K2/2,]]>Wa2=Wa1／2，Wb1=Wb2=3Wa1/2,]]>Wa1=Wc1，Wa2=Wc2，Wb1=Wb2=Wd1=Wd2，Wa3=Wb3=Wc3=Wd3，式中K2為已知條件給出的三相側(cè)相電壓與四相側(cè)相電壓之比。
專利摘要三相變四相電力變壓器由三相側(cè)a相柱第一與第二原繞組5與6、c相柱第一與第二原繞組7與8、b相柱第一與第二原繞組9與10、d相柱第一與第二原繞組11與12和四相側(cè)繞組13、14、15、16繞制在等截面四柱式鐵芯上構(gòu)成,繞組5與7反相并聯(lián)構(gòu)成三相側(cè)A相,繞組6與8反相并聯(lián)構(gòu)成三相側(cè)B、C相的公共支路,繞組9與11反相并聯(lián)再和公共支路串聯(lián)構(gòu)成三相側(cè)c相,繞組10與12反相并聯(lián)再和公共支路串聯(lián)構(gòu)成三相側(cè)c相,三相側(cè)A、B、C相有公共接地點O,繞組13、14、15、16分別構(gòu)成四相側(cè)a、c、b、d相。該變壓器主要用做高壓電力網(wǎng)實現(xiàn)四相交流輸電的重大關(guān)鍵設(shè)備,也可用做電氣化鐵道AT供電方式的牽引供電變壓器。
文檔編號H01F30/06GK2428848SQ00224779
公開日2001年5月2日 申請日期2000年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月11日
發(fā)明者劉光曄 申請人:劉光曄