一种负磁阻结构三相变压器

本发明涉及一种负磁阻结构三相变压器，属于电力变压器。

背景技术：

1、1989年因地磁爆而引发的直流偏磁导致电力系统内的变压器铁心急剧饱和，谐波增加，继电保护发生错误动作，使得北美洲发生了大面积的停电事故，此后国内外开始重视对直流偏磁的研究。电网中的直流偏磁现象，会引起变压器铁心振动加剧、谐波增大、电压畸变等问题，给电力系统安全运行带来严重的威胁。

2、直流偏磁的治理措施主要有以下四种途径和方法：中性点串电阻，降低直流的大小；利用电容通交隔直的特性阻断直流侵入；反向注入电流法消除直流成分；以及地电位补偿法。这四种直流偏磁治理办法均是从电力变压器外部寻求消除和抑制直流偏磁的措施，通过增加外部装置或者改变变压器自身参数结构。然而这些方法都有一定的局限性，改变变压器中性点接地方式，这将会改变变压器的接线阻抗；接线电阻将会产生较大的功率损耗；接线电容也会改变输电系统的零序阻抗，而且对于直流偏磁治理的经济性和实用性不高。对于反向注入电流方案，检测得到的直流往往需要较大的补偿电流，并且需要在变电站建立多个接地极，工程和成本较高，不具有经济性。

3、因此需要设计新型的电力变压器，满足直流偏磁治理的经济性和实用性。

技术实现思路

1、发明目的：针对上述现有技术，提出一种负磁阻结构三相变压器，从电力变压器自身结构出发，在不改变变压器外部结构的前提下，主动抑制直流偏磁和高次谐波，提升变压器的效率。

2、技术方案：一种负磁阻结构三相变压器，包括两个大铁心框、两个小铁心框和两个负磁阻模块；所述大铁心框和所述小铁心框均由硅钢片卷制而成，并列放置，所述小铁心框位于两侧，所述大铁心框位于中间；所述小铁心框的旁轭中部空出气隙，两个所述负磁阻模块分别置于所述小铁心框的气隙之间。

3、进一步的，所述负磁阻模块包括pcb板、贴片电容、纳米晶磁块和铜导线；纳米晶磁块的侧面四周用pcb板包围固定，贴片电容固定于所述pcb板侧面，铜导线围绕所述pcb板外围布设，且所述铜导线的两端与所述贴片电容两端相接。

4、进一步的，通过设计所述贴片电容的大小，使所述负磁阻模块在工作频率下工作在负磁阻状态，实现对直流偏磁和高次谐波的抑制。

5、进一步的，当所述变压器的工作频率和所述负磁阻模块的面积确定后，先根据电感公式计算此时的电感，电感确定后，根据谐振公式选取贴片电容的大小使相对磁导率的实部为负数，从而实现所述负磁阻模块在工作频率下工作在负磁阻状态；其中，所述相对磁导率表示为：

6、

7、其中，μr为相对磁导率，μ0为真空磁导率，l为由负磁阻模块和变压器组成的磁路长度，v为纳米晶磁块体积，ω为变压器的工作频率，ω0为负磁阻模块的谐振频率，r为铜导线的电阻，l为线圈电感，n线圈匝数，s铜导线线圈所包围的面积。

8、有益效果：本发明的负磁阻结构三相变压器，其负磁阻模块的导磁块采用纳米晶材料制成，具有高饱和磁密、高磁导率、高热稳定性、低损耗等特性，合理地设计电容的大小，使负磁阻模块在工作频率下有较好的导磁性能，实现了对直流偏磁和高次谐波的抑制。该负磁阻结构亦适用于工作在高频变压器中。

技术特征：

1.一种负磁阻结构三相变压器，其特征在于，包括两个大铁心框(1)、两个小铁心框(2)和两个负磁阻模块(3)；所述大铁心框(1)和所述小铁心框(2)均由硅钢片卷制而成，并列放置，所述小铁心框(2)位于两侧，所述大铁心框(1)位于中间；所述小铁心框(2)的旁轭(4)中部空出气隙，两个所述负磁阻模块(3)分别置于所述小铁心框(2)的气隙之间。

2.根据权利要求1所述的负磁阻结构三相变压器，其特征在于，所述负磁阻模块(3)包括pcb板(5)、贴片电容(6)、纳米晶磁块(7)和铜导线(8)；纳米晶磁块(7)的侧面四周用pcb板(5)包围固定，贴片电容(6)固定于所述pcb板(5)侧面，铜导线(8)围绕所述pcb板(5)外围布设，且所述铜导线(8)的两端与所述贴片电容(6)两端相接。

3.根据权利要求2所述的负磁阻结构三相变压器，其特征在于，通过设计所述贴片电容(6)的大小，使所述负磁阻模块(3)在工作频率下工作在负磁阻状态，实现对直流偏磁和高次谐波的抑制。

4.根据权利要求3所述的负磁阻结构三相变压器，其特征在于，当所述变压器的工作频率和所述负磁阻模块(3)的面积确定后，先根据电感公式计算此时的电感，电感确定后，根据谐振公式选取贴片电容(6)的大小使相对磁导率的实部为负数，从而实现所述负磁阻模块(3)在工作频率下工作在负磁阻状态；其中，所述相对磁导率表示为：

技术总结
本发明公开了一种负磁阻结构三相变压器，包括两个大铁心框、两个小铁心框和两个负磁阻模块。大铁心框和小铁心框并列放置，铁心均由硅钢片材料卷制而成，小铁心框的旁轭中间空出气隙，负磁阻模块置于旁轭的气隙之间。负磁阻模块包括PCB板、贴片电容、纳米晶磁块和铜导线。纳米晶磁块置于中间，四周用PCB板固定住，PCB板外围布有铜导线，贴片电容两端与铜线相接，固定于PCB板上。通过合理地设计贴片电容的大小，使负磁阻模块在工作频率下有较好的导磁性能，实现了对直流偏磁和高次谐波的抑制。

技术研发人员：张蔚,钱锋,程锦如,尹鑫,张继爽
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5