专利名称：三相变四相平衡变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力变压器，特别是一种将对称的三相电力系统变换为电压互为90°电角度的四相或者是进行反变换的三相变四相平衡变压器。
电气化铁道AT供电方式与BT供电方式相比较，低压侧电压升高了一倍，变压器容量增加了一倍，供电范围也增大了一倍，适用于高速电气化铁路的牵引供电。目前国内外电气化铁道采用AT方式供电的变压器有双十字交叉变压器，斯科特(Scott)型、李勃仑克(Le Blanc)型和伍德桥(Wood-dbrige)型三相变两相平衡变压器，还有阻抗匹配平衡变压器Ⅱ型(即三相变四相型)。双十字交叉变压器高压侧三相绕组中性点可以接地，低压侧为两个三角形绕组对顶相接而成四相输出变压器，由于其为不平衡变压器，即使当两相负荷电流相等时，也存在较大的负序电流，当两相负荷电流不相等时，则负序电流更大，给三相电力系统带来较大的影响，因此限制了它在电气化铁道的应用。斯科特型、李勃仑克型和伍德桥型三相变两相平衡变压器用于AT供电时，由于两相侧没有公共点与铁轨相接，因此需在变电所加装两台半变压器容量的自耦变压器，以致增大了投资和占地面积。此外，斯科特型平衡变压器还具有高压绕组不便调压和中性点不能接地、铁心利用率不高、高低压侧无三角形回路的缺点，李勃仑克型平衡变压器高压侧无中性点接地，且三角形回路有环流存在，伍德桥平衡变压器高压侧中性点可以接地，但低压侧两相绕组有电的联系，用于AT供电可能产生环流，并且低压侧B相绕组与另外两相绕组不同，参数配合困难。阻抗匹配平衡变压器Ⅱ型高压侧中性点可以接地，低压侧为三相变两相阻抗匹配平衡变压器的两个低压绕组对顶相接，使得低压绕组多且B相绕组与其它两相绕组不同，参数配合及阻抗匹配困难，目前未见厂家研制。
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的，乃是提供一种主要适用于电气化铁道AT供电方式的且可提高供电电能质量的三相变四相平衡变压器，同时使得其结构简单，制造成本低，铁心利用率高，节省投资和占地面积。
本发明的解决方案如下。它仍然具有绕组匝数分别为WA、WB、WC的三相侧绕组1、2、3，变压器铁芯采用等截面三柱式铁芯，而其特征之处在于，四相侧具有绕组匝数分别为Wa1、Wa2、Wa3和Wa4的A相柱第一副绕组4、A相柱第二副绕组5、A相柱第三副绕组6和A相柱第四副绕组7，绕组匝数分别为Wc1、Wc2、Wc3和Wc4的C相柱第一副绕组8、C相柱第二副绕组9、C相柱第三副绕组10和C相柱第四副绕组11，绕组匝数分别为Wb1和Wb2的B相柱第一副绕组12和B相柱第二副绕组13，绕组1、4、5、6、7绕制在等截面三柱式铁芯的一边柱上，绕组3、8、9、10、11对称绕制在等截面三柱式铁芯的另一边柱上，绕组2、12、13绕制在等截面三柱式铁芯的中间柱上;绕组4与8相串联而构成四相侧绕组的a相，绕组9、5、12依次串联或首尾相接成三角形而构成四相侧绕组的b相，绕组6与10相串联而构成四相侧绕组的c相，绕组11、7、13依次串联或首尾相接成三角形而构成四相侧绕组的d相;四相侧绕组a、b、c、d相具有公共接地点。
具有上述结构的本发明装置，其绕组布置和线径选择原则及阻抗计算方法均与一般电力变压器相同。其A、B、C三相电磁容量相等，安匝数各自平衡。高压绕组绕制在最外层，低压绕组绕制在最内层，中压绕组绕制在中间层。各绕组按经济电流密度和动、热稳定要求选择线径，各绕组的等值阻抗按多绕组变压器阻抗计算方法进行计算，通过各绕组合理布置，做到四相侧引出端互相短接时，从三相侧看进去的A、B、C三相短路阻抗相等。
本发明装置以三相侧为高压输入侧而以四相侧为低压输出侧，主要适用于作电气化铁道AT供电方式的牵引供电变压器。而以三相变四相作升压变压器和以四相变三相反变换作降压变压器，则可用做高压电力网实现四相制输变电系统的关键重大设备。
下面结合附图和实施例对本发明加以进一步说明。
图1为三相侧采用星形连接而四相侧b、d相均采用串联连接的本发明装置的接线原理图;
图2为三相侧采用三角形连接而四相侧b、d相均采用串联连接的本发明装置的接线原理图;
图3为三相侧采用星形连接而四相侧b、d相均采用三角形连接的本发明装置的接线原理图;
图4为三相侧采用三角形连接而四相侧b、d相均采用三角形连接的本发明装置的接线原理图。
参见图1，四相侧a、b、c、d相具有公共接地点O。这种接线方式的变压器各绕组匝数的选取原则为，WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K1，WA∶Wa2＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WC∶Wc4＝3]]>K1，WB∶Wb1＝WB∶Wb2＝ K1，式中K1为已知条件给出的三相侧相电压与四相侧a相相电压之比。其接线方式保证了 a、 b、 c、 d大小相等，依次滞后90°电角度。四相负荷性质相同时， a、 b、 c、 d的正方向依次滞后90°，以 b＝ b为参考向量，三相侧电流与四相侧电流的矩阵方程为 上式符合平衡变压器的电流矩阵方程基本原则。
参见图2，四相侧a、b、c、d相具有公共接地点O。这种接线方式的变压器各绕组匝数的选取原则为WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K2，WA∶Wa2＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WC∶Wc4＝3]]>K2，WB∶Wb1＝WB∶Wb2＝ K2，式中K2为已知条件给出的三相侧线电压与四相侧a相相电压之比。其接线方式保证了 a、 b、 c、 d大小相等，依次滞后90°电角度。四相负荷性质相同时， a、 b、 c、 d的正方向依次滞后90°，以 b＝Ib为参考向量，三相侧电流三角形回路相电流 AB、 BC、 CA与四相侧的 a、 b、 c、 d的电流矩阵方程为 三相侧线电流 A、 B、 C与四相侧 a、 b、 c、 d的电流矩阵方程为 以上两式均符合平衡变压器的电流矩阵方程基本原则。
参见图3，四相侧a、b、c、d相具有公共接地点O。这种接线方式的变压器各绕组匝数的选取原则为WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K1，WA∶Wa2＝WB∶Wb1＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WB∶Wb2＝WC∶Wc4＝ K1，式中K1为已知条件给出的三相侧相电压与四相侧a相相电压之比。其接线方式保证了 a、 b、 c、 d大小相等，依次滞后90°电角度。四相负荷性质相同时， a、 b、 c、 d的正方向依次滞后90°，以 b＝Ib为参考向量，三相侧电流与四相侧电流的矩阵方程为
上式符合平衡变压器的电流矩阵方程基本原则。
参见图4，四相侧a、b、c、d相具有公共接地点O。这种接线方式的变压器各绕组匝数的选取原则为WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K2，WA∶Wa2＝WB∶Wb1＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WB∶Wb2＝WC∶Wc4＝ K2，式中K2为已知条件给出的三相侧线电压与四相侧a相相电压之比。其接线方式保证了 a、 b、 c、 d大小相等，依次滞后90°电角度。四相负荷性质相同时， a、 b、 c、 d的正方向依次滞后90°，以 b＝Ib为参考向量，三相侧三角形回路相电流 AB、 BC、 CA与四相侧的 a、 b、 c、 d的电流矩阵方程为 三相侧线电流 A、 B、 C与四相侧 a、 b、 c、 d的电流矩阵方程为
以上两式均符合平衡变压器的电流矩阵方程基本原则。
本发明装置主要适用于电气化铁道的AT方式供电，四种接线方式的共同特点是低压侧四相绕组互相独立，无电的联系，有中性点与铁轨相连，无环流产生，铁心利用率高，在变电所可省去两台自耦变压器，节省了投资和占地面积。图1和图3的变压器高压侧绕组中性点可以直接接地，图2、图3和图4变压器的高、低压绕组有三角形回路，在正常情况下无环流，改变了变压器磁通及电压和电流的波形，提高了供电质量。变压器高、低压绕组结构简单，参数配合较易实现，达到了性能要求，又使成本下降。
本发明的三相变四相平衡变压器还可用于高压电网实现四相制输变电，与三相制输变电方式相比，可增大输电容量，降低网损和压损，具有广泛的应用价值。
权利要求
1.一种三相变四相平衡变压器，具有绕组匝数分别为WA、WB、WC的三相侧绕组(1)、(2)、(3)，变压器铁芯采用等截面三柱式铁芯，其特征在于A)四相侧具有绕组匝数分别为Wa1、Wa2、Wa3和Wa4的A相柱第一副绕组(4)、A相柱第二副绕组(5)、A相柱第三副绕组(6)和A相柱第四副绕组(7)，绕组匝数分别为Wc1、Wc2、Wc3和Wc4的C相柱第一副绕组(8)、C相柱第二副绕组(9)、C相柱第三副绕组(10)和C相柱第四副绕组(11)，绕组匝数分别为Wb1和Wb2的B相柱第一副绕组(12)和B相柱第二副绕组(13)；B)绕组(1)、(4)、(5)、(6)、(7)绕制在等截面三柱式铁芯的一边柱上，绕组(3)、(8)、(9)、(10)、(11)对称绕制在等截面三柱式铁芯的另一边柱上，绕组(2)、(12)、(13)绕制在等截面三柱式铁芯的中间柱上；C)绕组(4)与(8)相串联而构成四相侧绕组的a相，绕组(9)、(5)、(12)依次串联或首尾相接成三角形而构成四相侧绕组的b相，绕组(6)与(10)相串联而构成四相侧绕组的c相，绕组(11)、(7)、(13)依次串联或首尾相接成三角形而构成四相侧绕组的d相；D)四相侧绕组a、b、c、d相具有公共接地点。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，三相侧采用星形连接而四相侧b、d相均采用串联连接，各绕组匝数的选取原则为，WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K1，WA∶Wa2＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WC∶Wc4＝3]]>K1，WB∶Wb1＝WB∶Wb2＝ K1，式中K1为已知条件给出的三相侧相电压与四相侧a相相电压之比。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，三相侧采用三角形连接而四相侧b、d相均采用串联连接，各绕组匝数的选取原则为，WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K2，WA∶Wa2＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WC∶Wc4＝3]]>K2，WB∶Wb1＝WB∶Wb2＝ K2，式中K2为已知条件给出的三相侧线电压与四相侧a相相电压之比。
4.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，三相侧采用星形连接而四相侧b、d相均采用三角形连接，各绕组匝数的选取原则为，WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K1，WA∶Wa2＝WB∶Wb1＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WB∶Wb2＝WC∶Wc4＝ K1，式中K1为已知条件给出的三相侧相电压与四相侧a相相电压之比。
5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，三相侧采用三角形连接而四相侧b、d相均采用三角形连接，各绕组匝数的选取原则为，WA∶Wa1＝WC∶Wc1＝WA∶Wa3＝WC∶Wc3＝K2，WA∶Wa2＝WB∶Wb1＝WC∶Wc2＝WA∶Wa4＝WB∶Wb2＝WC∶Wc4＝ K2，式中K2为已知条件给出的三相侧线电压与四相侧a相相电压之比。
全文摘要
三相变四相平衡变压器由三相侧绕组1至3和四相侧A相柱四个副绕组4至7、C相柱四个副绕组8至11反8相柱两个副绕组12与13绕制在等截面三柱式铁芯上构成，绕组4与8串联成四相侧a相，绕组9、5、12串联或接成三角形而构成四相侧b相，绕组6与10串联成四相侧c相，绕组11、7、13串联或接成三角形而构成四相侧d相。该变压器主要用做电气化铁道AT供电，其结构简单，可节省投资和占地面积。还可用于高压电网实现四相制输变电。
文档编号H01F27/28GK1109629SQ9411089
公开日1995年10月4日 申请日期1994年3月26日 优先权日1994年3月26日
发明者周有庆, 张秀芝 申请人:湖南大学