专利名称：一种具有平衡功能的三相变压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种改进的三相变压器，属于变压器技术领域。
背景技术：
三相供电是非常广泛的供电形式，在实际应用中，由于与三相供电回路连接的电气设备的三相负载不可能完全达到一致，因此三相回路之间会发生不平衡现象。如果三相回路中的某一相负载增加，该相电流将大于其它两相，该相电压因此而产生较大的压降，这就造成相间电压与电流之间的不平衡，中性点将会偏移。这种不平衡会对各相连接的电气设备产生多种有害效应，比如感应电机的转矩减小，其效率因转差率的增加而降低，感应电机的绕组还可能过热、导致其使用寿命缩短，等等。如何减小供电回路中三相不平衡的问题一直是技术人员研究的课题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有变压器的缺陷而提供一种能够减少三相供电回路中相间电压和电流不平衡的三相变压器。
解决上述问题的技术方案是一种具有平衡功能的三相变压器，它由三柱铁芯和套于铁芯上的绕组组成，三个铁芯柱上分别绕有U、V、W三相绕组，每相绕组均由公共绕组和串联绕组组成，串联绕组的一端为相电压的输入端，另一端与公共绕组的一端连接，公共绕组的另一端为U、V、W三相连接中点，串联绕组与公共绕组的连接点为相电压的输出端，其改进之处是所述U、V、W三相绕组的连接方式相同，其中，U相公共绕组由两组线圈19、线圈20串联组成，线圈19套在U相铁芯柱上，另一线圈20套在W相铁芯柱上；V相公共绕组由两组线圈22、23串联组成，线圈22套在V相芯柱上，另一线圈23套在U相芯柱上；W相公共绕组由两组线圈25、26串联组成，线圈25套在W相芯柱上，另一线圈26套在V相芯柱上。
上述具有平衡功能的三相变压器，所述线圈19、线圈20的匝数相同，并按产生相反方向磁通的方式连接；线圈22、线圈23的匝数相同，并按产生相反方向磁通的方式连接；线圈25、线圈26的匝数相同，并按产生相反方向磁通的方式连接。
上述具有平衡功能的三相变压器，所述U相的串联绕组包含线圈12及线圈11，线圈12套在U相铁芯柱上，线圈11套于W相铁芯柱上，V相的串联绕组包含线圈15及线圈14，线圈15套在V相铁芯柱上，线圈14套于U相铁芯柱上；W相的串联绕组包含线圈18及线圈17，线圈18套在W相铁芯柱上，线圈17套于V相铁芯柱上，上述具有平衡功能的三相变压器，所述线圈12及线圈11具有相同的匝数，并按产生相反方向磁通的方式连接；所述线圈15及线圈14具有相同的匝数，并按产生相反方向磁通的方式连接；所述线圈18及线圈17具有相同的匝数，并按产生相反方向磁通的方式连接。
上述具有平衡功能的三相变压器，所述U、V、W三相绕组的公共绕组均分别由3组线圈串联组成，其中，U相为线圈19、线圈21及线圈20，所述线圈19、线圈21套在U相芯柱上，线圈20套在W相芯柱上，线圈19与线圈20按产生相反方向磁通的方式连接，线圈19与线圈21按产生相反方向磁通的方式连接；V相为线圈22、线圈23及线圈24，所述线圈22、线圈24套在V相芯柱上，线圈23套在U相芯柱上，W相为线圈25、线圈26及线圈27，所述线圈25、线圈27套在W相芯柱上，线圈26套在V相芯柱上，V相、W相的3组线圈的接法均与U相相同；所述线圈19、线圈21、线圈22、线圈24、线圈25、线圈27的匝数为N，线圈20、线圈23、线圈26的匝数为2N，N为正整数。
上述具有平衡功能的三相变压器，所述U、V、W三相绕组的串联绕组均分别由3组线圈串联组成，其中，U相为线圈10、线圈11及线圈12，所述线圈10、线圈12套在U相芯柱上，线圈11套在W相芯柱上，线圈10与线圈12按产生相同方向磁通的方式连接，线圈11与线圈10按产生相反方向磁通的方式连接；V相为线圈13、线圈14及线圈15，所述线圈13、线圈15套在V相芯柱上，线圈14套在U相芯柱上，W相为线圈16、线圈17及线圈18，所述线圈16、线圈18套在W相芯柱上，线圈17套在V相芯柱上，V相、W相的3组线圈接法均与U相相同，所述线圈10、线圈12、线圈13、线圈15、线圈16、线圈18的匝数为M，线圈11、线圈14、线圈17的匝数为2M，M为正整数。
采用这种结构的三相变压器，每一相的公共绕组和串联绕组不仅包括绕在该相铁芯柱上的线圈，还包括绕在另一相铁芯柱上的线圈，当某一相的电压和电流发生较大变化时，由于有串联线圈绕在另一相的铁芯柱上，就使得另一相的电压和电流也发生相应的变化，继而使得三相之间的电压和电流趋向平衡，减小相间电压、电流的变动，使三相线路上的电气设备受线路参数变动影响减至最低。这一点对大中型三相感应电动机特别重要，由于三相电压平衡，可有效防止转矩减少及感应电动机线圈过热的弊病，延长电机使用寿命。本实用新型适用于三相变压器，特别是各种三相自耦变压器。
图1是本实用新型的三相接线原理图；图2是本实用新型的三相接线结构示意图；图3为三相电压向量图；图4和图5分别是普通变压器和本实用新型变压器实测值的对比。
图中各标号为配电变压器1、配电板2、本申请中的平衡变压器3、负载4、负载5、负载6、普通变压器7、线圈10、线圈11、线圈12、线圈13、线圈14、线圈15、线圈16、线圈17、线圈18、线圈19、线圈20、线圈21、线圈22、线圈23、线圈24、线圈25、线圈26、线圈27。
具体实施方式
从图中可以看到，本实用新型为三相变压器，有三个铁芯柱，三相电源的U、V、W三相分别接绕在铁芯柱的线圈上。每相绕组均由公共绕组和串联绕组组成，串联绕组的一端为相电压的输入端，另一端与公共绕组的一端相连接，公共绕组的另一端为U、V、W三相并接在一起的中性点，串联绕组与公共绕组的串接点为各相电压的输出端，分别标注为u、v、w。
三相绕组的串联绕组和公共绕组均由2或3个线圈组成，它们分别套在不同的两个铁芯柱上，每相串联绕组和公共绕组绕在两个不同铁芯柱上的线圈的总匝数是相同的。
图1、2中显示的是三相绕组的串联绕组和公共绕组均由3个线圈组成的情况。
U相串联绕组包含线圈10、11、12，它们依次串联相连，线圈10与线圈11的同铭端钮相连接，线圈11与线圈12的同铭端钮相连接，其中线圈10、12绕在U相铁芯柱上，线圈11绕在W相铁芯柱上。线圈10、12的匝数为M，M为正整数，线圈11的匝数加倍，即2M。由于它们之间的连接均为同铭端钮(或异铭端)相连，使流过线圈10、线圈12的电流感应出与流经线圈11的电流所感应之磁通相反之磁通。
U相公共绕组包含线圈19、20、21，它们依次串联相连，线圈19与线圈20的同铭端钮相连接，线圈20与线圈21的同铭端钮相连接，其中线圈19、21绕在U相铁芯柱上，线圈20绕在W相铁芯柱上。线圈19、21的匝数为N，N为正整数，线圈20的匝数加倍，即2N。由于它们之间的连接均为同铭端钮(或异铭端)相连，使流过线圈19、线圈21的电流感应出与流经线圈20的电流所感应之磁通相反之磁通。
V相的串联绕组包括线圈13、14、15，它们依次串联相连，线圈13与线圈14的同铭端钮相连接，线圈14与线圈15的同铭端钮相连接，线圈13、15绕在V相铁芯柱上，线圈14绕在U相铁芯柱上，线圈13、15的匝数分别为M，线圈14的匝数为2M。由于它们之间的连接均为同铭端钮(或异铭端)相连，使流过线圈13、线圈15的电流感应出与流经线圈14的电流所感应之磁通相反之磁通。
V相的公共绕组包括线圈22、23、24，它们依次串联相连，线圈22与线圈23的同铭端钮相连接，线圈23与线圈24的同铭端钮相连接，线圈22、24绕在V相铁芯柱上，线圈23绕在U相铁芯柱上，线圈22、24的匝数分别为N，线圈23的匝数为2N。由于它们之间的连接均为同铭端钮(或异铭端)相连，使流过线圈22、线圈24的电流感应出与流经线圈23的电流所感应之磁通相反之磁通。本实用新型提供的一个实施例是M＝2，N＝30。
同样，W相的串联绕组包括线圈16、17、18，公共绕组包括线圈25、26、27，线圈16、18和线圈25、27分别绕在W相铁芯柱上，线圈17和26分别绕在V相铁芯柱上，它们的连接方式与上述U相和V相相同，为同铭端钮(或异铭端)相连接，线圈匝数也与上述U相和V相相同。
图3进一步说明了本实用新型的工作原理，向量图比较了两种变压器的工作原理。图中的向量、比如21a表示在额定运行时线圈21的电压向量，而20b表示在不平衡运行时线圈21的电压向量。
设普通变压器U相的额定输入电压为Uap、额定输出电压为uap(如图3所示)，若输入电压下降30％而降低为图3中的Uap，则输出电压将与输入电压成比例地降低，其值如图3中的ubp，这是由于大电流流经配电线102U时因电阻r而产生(参见图4)。虽然按照技术规范要求实际压降应在5％内，但为使下文向量图的说明更为清楚起见，乃将压降假定为30％。
变压器在运行时，若三相输入电压均为额定电压，输入电压将与现有变压器的运行情况相同，如图中U相的Ua及ua所示。从图中可以明确看到，输出电压ua是共用绕组线圈21、20、19之电压向量21a、20a、19a之向量和，而输入电压Ua是输出电压ua与串联绕组线圈12、11、10电压向量12a、11a、10a的向量和。
若U相输入电压下降30％时，U相输入电压及u相输出电压如图3中Ub及ub所示，从图中可以明确看出，输出电压ub是共用绕组线圈21、20、19之电压向量和21b、20b、19b之向量和，而输入电压Ub是输出电压ub与串联绕组线圈12、11、10之电压向量12b、11b、10b的向量和。
两者进行比较后可以发现，输入电压及输出电压的压降约为现有变压器压降的一半，亦即约15％，其原因就是因为线圈20、11系套在W相铁芯柱上，故经过线圈20、11之电压并不会受到U相输入电压之压降影响，如图3所示，由于实际压降在5％以内，故实际电压不平衡将限制在2.5％内。
本实用新型对于平衡三相负载的电流和电压有明显的作用，测试结果显示，在使用相同负载的情况下，如果采用通常的普通三相变压器，它的输入电压不平衡率为1％，分别为172.4V、171.6V、173V，单相输入电压间不平衡率为1.8％，分别为162.5V、161V、164V，单相输出电压不平衡率在2.5％以内，分别为93.8V、95.2V、92.8V。而使用本实用新型，它的输入电压不平衡率几乎为零，均为174.6V，单相输入电压间不平衡率亦为零，均为163.4V，单相输出电压不平衡率在1.6％以内，分别为93.5V、95V、94.5V。与此同时，中性点电流也有变化，使用通用变压器的中性点电流为28A，而使用本实用新型的中性点电流远小于该值，仅为5.5A，说明本实用新型确实具有平衡三相电压、电流的功能。
权利要求1.一种具有平衡功能的三相变压器，它由三柱铁芯和套于铁芯上的绕组组成，三个铁芯柱上分别绕有U、V、W三相绕组，每相绕组均由公共绕组和串联绕组组成，串联绕组的一端为相电压的输入端，另一端与公共绕组的一端连接，公共绕组的另一端为U、V、W三相连接中点，串联绕组与公共绕组的连接点为相电压的输出端，其特征在于所述U、V、W三相绕组的连接方式相同，其中，U相公共绕组由两组线圈[19]、[20]串联组成，线圈[19]套在U相铁芯柱上，另一线圈[20]套在W相铁芯柱上；V相公共绕组由两组线圈[22]、[23]串联组成，线圈[22]套在V相芯柱上，另一线圈[23]套在U相芯柱上；W相公共绕组由两组线圈[25]、[26]串联组成，线圈[25]套在W相芯柱上，另一线圈[26]套在V相芯柱上。
2.根据权利要求1所述的具有平衡功能的三相变压器，其特征在于所述线圈19、线圈20的匝数相同，并按产生相反方向磁通的方式连接；线圈22、线圈23的匝数相同，并按产生相反方向磁通的方式连接；线圈25、线圈26的匝数相同，并按产生相反方向磁通的方式连接。
3.根据权利要求1或2所述的具有平衡功能的三相变压器，其特征在于所述U相的串联绕组包含线圈[12]及线圈[11]，线圈[12]套在U相铁芯柱上，线圈[11]套于W相铁芯柱上，V相的串联绕组包含线圈[15]及线圈[14]，线圈[15]套在V相铁芯柱上，线圈[14]套于U相铁芯柱上；W相的串联绕组包含线圈[18]及线圈[17]，线圈[18]套在W相铁芯柱上，线圈[17]套于V相铁芯柱上，
4.根据权利要求3所述的具有平衡功能的三相变压器，其特征在于所述线圈[12]及线圈[11]具有相同的匝数，并按产生相反方向磁通的方式连接；所述线圈[15]及线圈[14]具有相同的匝数，并按产生相反方向磁通的方式连接；所述线圈[18]及线圈[17]具有相同的匝数，并按产生相反方向磁通的方式连接。
5.根据权利要求4所述的具有平衡功能的三相变压器，其特征在于所述U、V、W三相绕组的公共绕组均分别由3组线圈串联组成，其中，U相为线圈[19]、线圈[21]及线圈[20]，所述线圈[19]、线圈[21]套在U相芯柱上，线圈[20]套在W相芯柱上，线圈[19]与线圈[20]按产生相反方向磁通的方式连接，线圈[19]与线圈[21]按产生相反方向磁通的方式连接；V相为线圈[22]、线圈[23]及线圈[24]，所述线圈[22]、线圈[24]套在V相芯柱上，线圈[23]套在U相芯柱上，W相为线圈[25]、线圈[26]及线圈[27]，所述线圈[25]、线圈[27]套在W相芯柱上，线圈[26]套在V相芯柱上，V相、W相的3组线圈的接法均与U相相同；所述线圈[19]、线圈[21]、线圈[22]、线圈[24]、线圈[25]、线圈[27]的匝数为N，线圈[20]、线圈[23]、线圈[26]的匝数为2N，N为正整数。
6.根据权利要求4或5所述的具有平衡功能的三相变压器，其特征在于所述U、V、W三相绕组的串联绕组均分别由3组线圈串联组成，其中，U相为线圈[10]、线圈[11]及线圈[12]，所述线圈[10]、线圈[12]套在U相芯柱上，线圈[11]套在W相芯柱上，线圈[10]与线圈[12]按产生相同方向磁通的方式连接，线圈[11]与线圈[10]按产生相反方向磁通的方式连接；V相为线圈[13]、线圈[14]及线圈[15]，所述线圈[13]、线圈[15]套在V相芯柱上，线圈[14]套在U相芯柱上，W相为线圈[16]、线圈[17]及线圈[18]，所述线圈[16]、线圈[18]套在W相芯柱上，线圈[17]套在V相芯柱上，V相、W相的3组线圈接法均与U相相同，所述线圈[10]、线圈[12]、线圈[13]、线圈[15]、线圈[16]、线圈[18]的匝数为M，线圈[11]、线圈[14]、线圈[17]的匝数为2M，M为正整数。
专利摘要一种具有平衡功能的三相变压器，属于变压器技术领域，用于解决相间电压和电流不平衡的问题。其技术方案是所述U、V、W三相绕组的连接方式相同，其中，U相公共绕组由两组线圈19、20串联组成，线圈19套在U相芯柱上，另一线圈20套在W相芯柱上，两组线圈的同铭端钮相连接。这种结构可以在某一相的电压和电流发生较大变化时，由于有串联线圈绕在另一相的铁芯柱上，就使得另一相的电压和电流也发生相应的变化，继而使得三相之间的电压和电流趋向平衡，减小相间电压、电流的变动。由于三相电压平衡，可有效防止电机转矩减少及电机线圈过热的弊病，延长电机使用寿命。
文档编号H01F30/12GK2727920SQ200420029709
公开日2005年9月21日 申请日期2004年9月6日 优先权日2004年9月6日
发明者姜泰锡 申请人:汉石节能设备(河北)有限公司