一种二十四脉波干式整流变压器的制作方法

1.本实用新型涉及变压器技术领域，具体涉及一种二十四脉波干式整流变压器。


背景技术：

2.整流变压器可将交流电网电压变换成整流装置所需的电压，并通过相数和相位角的变换，满足网侧和阀侧的运行要求。其广泛用于冶金、化工工业、工业驱动和交通运输等需要提供直流电源的领域。随着工业和交通的大力发展，整流设备的需求日益增长，同时，整流系统产生的大量谐波也严重污染了电网。为了有效地减轻整流系统产生的谐波对电网的污染，就有必要采取措施限制整流系统注入电网的谐波电流的频率。有效限制整流系统注入电网的谐波电流频率的措施之一则是提高整流系统的脉波数。
3.传统的二十四脉波干式整流变压器虽然提高了脉波数，但仍存在以下问题：
4.(1)由于两组低压阀侧线圈中的一组为三角形联结，另一组为星形联结，所以在选择阀侧线圈匝数时，需使两组线圈的匝数比为而实际上匝数取整数将导致两组线圈的匝数比偏离造成变比电压差环流将导致并联整流器之间的电流不平衡 (或不相等)，电流不平衡一方面将降低并联整流装置的工作能力；另一方面，网侧的五次和七次谐波电流不能相互完全抵消，仍向电网输送未能抵销的五次和七次谐波电流。
5.进一步地，在并联整流机组设计制造中，必须减小和控制变比电压差环流。故gb/t 10411
‑
2005《城市轨道交通直流牵引供电系统》规定阀侧两个y，d联结分裂线圈的电压与额定电压差 <
±
0.2％，为了满足标准对阀侧电压的要求尽可能降低两组阀侧线圈间的环流，阀侧线圈的匝数匹配就必须遵循一定的规律，故造成整流变压器两组低压阀侧线圈匝数匹配可选择空间极小且生产的成本高。
6.(2)当网侧绕组需要设置
±2×
2.5％的分接调压抽头时，为保证各分接的移相角的精度，必须在网侧主绕组段和延边段绕组同时进行
±2×
2.5％的分接抽头，造成产品结构复杂，且内部电场强度、局部放电等不可控。
7.(3)存在网侧主绕组段和延边段绕组间有间隔，间隔处会产生横向漏磁，加大了工程计算量及难度，且易过热，存在一定隐患。
8.(4)整流多采用电力电子装置，其中变流装置所占的比例最大，在变流过程中产生大量谐波，然而大量的非线性用电设备也使电网的工作环境更加恶劣。变压器阀侧变流装置对变压器形成谐波源，而滤波器接在网侧的交流系统母线上，谐波功率和无功功率都要通过变压器的原副边绕组，不仅要占用变压器的绕组容量，还要增加绕组的额外铜损和铁损，增加电磁干扰和绝缘困难，并导致机械振动和噪声。


技术实现要素：

9.本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种二十四脉波干式整流变压器，解决传统的二十四脉波干式整流变压器存在较大并联环流及向电网
输送较大谐波电流的问题。
10.本实用新型实施例提供一种二十四脉波干式整流变压器，包括两台十二脉波整流变压器。
11.单台十二脉波整流变压器包括铁芯和绕组单元，所述绕组单元包括网侧输入绕组单元、阀侧输出绕组单元，阀侧输出绕组单元包括阀侧移相绕组单元和阀侧主绕组单元；铁芯与绕组单元同心式排列，且阀侧移相绕组单元、阀侧主绕组单元、网侧输入绕组单元从铁芯向外依次排列，网侧输入绕组单元包括轴向分裂的两组网侧输入绕组，阀侧移相绕组单元包括轴向分裂的两组阀侧移相绕组，阀侧主绕组单元包括轴向分裂的两组阀侧主绕组，网侧输入绕组单元为径向对应的三相的网侧输入绕组星型接线，两组径向对应的网侧输入绕组构成两个支路并联输入，阀侧输出绕组单元为径向对应的三相的阀侧移相绕组和阀侧主绕组延边三角形接线，两组径向对应的阀侧移相绕组和阀侧主绕组构成两路独立的输出，一台十二脉波整流变压器移相
‑
7.5
°
与
‑
22.5
°
，另一台十二脉波整流变压器移相+7.5
°
与+22.5
°
，移相角互差为15
°
。
12.优选地，网侧输入绕组单元与阀侧输出绕组单元的电抗高度相对应。
13.优选地，铁芯的叠片方式采用45
°
角全斜五～九级步进叠片，铁芯采用无穿孔螺杆铁芯，并采用拉板及绑扎结构固定。
14.优选地，径向对应的阀侧移相绕组与阀侧主绕组之间设有阀侧绕组气道。
15.优选地，轴向分裂的两组网侧输入绕组之间、轴向分裂的两组阀侧移相绕组之间、轴向分裂的两组阀侧主绕组之间设有绝缘垫块。
16.本实用新型的二十四脉波干式整流变压器，其输出电压偏差比传统的二十四脉波干式整流变压器的低，从而可以解决传统的干式整流变压器由于匝数取整存在变比电压差产生较大并联环流及向电网输送较大谐波电流的问题；此外，在网侧，本实用新型的两台整流变压器组成的并联二十四脉波整流系统的5次，7次， 11次，13次谐波电流在理论上完全抵消。并且，该整流变压器还具有制作简便、散热性好、经济效益高的特点。
附图说明
17.图1(a)为传统的二十四脉波干式整流变压器结构的示意图；
18.图1(b)为本实用新型实施例1的二十四脉波干式整流变压器结构的示意图；
19.图2为本实用新型实施例1的二十四脉波干式整流变压器结构的正视图；
20.图3为本实用新型实施例1的二十四脉波干式整流变压器结构的侧视图；
21.图4为本实用新型实施例1的二十四脉波干式整流变压器结构的俯视图；
22.图5为本实用新型实施例1的二十四脉波干式整流变压器的一台变压器绕组的接线图；
23.图6为本实用新型实施例1的二十四脉波干式整流变压器的另一台变压器绕组的接线图。
24.图中：1
‑
铁芯；2
‑
网侧输入绕组；3
‑
阀侧移相绕组；4
‑
阀侧主绕组；5
‑
阀侧绕组气道；6
‑
阀侧绕组引出线织；7
‑
绕组间绝缘垫块。
具体实施方式
25.为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
26.实施例1：
27.如图1(a)所示，传统的二十四脉波干式整流变压器由两台网侧输入绕组移相的十二脉波整流变压器组成，且网侧主绕组与网侧移相绕组之间存在间隔。一组阀侧绕组为三角形联结，一组阀侧绕组为星型联结。由于上述传统的二十四脉波干式整流变压器结构仍存在诸多问题，本实施例提供一种新型的二十四脉波干式整流变压器，
28.如图1(b)、图2
‑
图6所示，本实施例的二十四脉波干式整流变压器，包括两台并联的十二脉波整流变压器。
29.单台十二脉波整流变压器包括铁芯1和绕组单元。其中，绕组单元包括网侧输入绕组单元、阀侧输出绕组单元。阀侧输出绕组单元包括阀侧移相绕组单元和阀侧主绕组单元。如图1(b)、图4所示的变压器其中的一相，铁芯1与绕组单元同心式排列，且阀侧移相绕组单元、阀侧主绕组单元、网侧输入绕组单元从铁芯1向外依次排列。如图1(b)、图3所示，网侧输入绕组单元包括轴向分裂的两组网侧输入绕组2，阀侧移相绕组单元包括轴向分裂的两组阀侧移相绕组3，阀侧主绕组单元包括轴向分裂的两组阀侧主绕组4。
30.如图2、图5、图6所示，网侧输入绕组单元为径向对应的三相的网侧输入绕组2星型接线，两组径向对应的网侧输入绕组2 构成两个支路并联输入，阀侧输出绕组单元为径向对应的三相的阀侧移相绕组3和阀侧主绕组4延边三角形接线，两组径向对应的阀侧移相绕组3和阀侧主绕组4构成两路独立的输出，一台十二脉波整流变压器移相
‑
7.5
°
与
‑
22.5
°
，另一台十二脉波整流变压器移相+7.5
°
与+22.5
°
，移相角互差为15
°
。
31.本实施例中，由于阀侧输出绕组单元为延边三角形接线，励磁电流及整流过程中以3n次谐波为主的高次谐波电流在延边三角形接线联结接成三角形内，可在阀侧主绕组4内形成环流，不致注入公共的高压网侧中去，如果变压器网侧电网中含3n次谐波，则该3n次谐波仍在三角形内形成环流，使磁通成为正弦波，阀侧电动势及电流均为正弦波，3n次谐波电流在负载中不会出现，实现了3n次谐波的流通，有利于抑制高次谐波电流，减少变压器的电能损耗，保证供电波形的质量，其中，n为谐波次数。本实施例的单台十二脉波整流变压器的阀侧输出绕组单元均为两路输出，电气上不联结；其中一台连接组标号为：另外一台连接组标号为：即两台十二脉波整流变压器的网侧输入绕组单元均为星型接线；阀侧输出绕组单元均为延边三角形接线，其中一台的阀侧输出绕组单元分别移相
‑
7.5
°
与
‑
22.5
°
，另外一台的阀侧输出绕组单元分别移相+7.5
°
与+22.5
°
，它们的线电压有效值相等。阀侧输出绕组单元的同名端线电压的相位差为2π /24(电角度为15
°
)，本实施例可形成每周期含有二十四脉波的十二相整流系统，相比于现有的六脉波的三相整流系统实现了输入多重化。由于本实施例的二十四脉波干式整流变压器通过阀侧输出绕组单元移相，且阀侧输出绕组单元采用延边三角形接线，故只需选取合理的阀侧移相绕组和阀侧主绕组的匝数就能获得比传统的变压器结构更低的输出电压偏差，从而解决传统的整流变压器星形和三角形绕组匝数取整的变比电压差产生较大并联环流及向电网输送较大谐波电流的技术难题。此外，由于一台的阀侧输出绕组单元分别移相
‑
7.5
°
与
‑
22.5
°
，另外一台的
阀侧输出绕组单元分别移相+7.5
°
与+22.5
°
，将本实施例的两台十二脉波整流变压器的阀侧线电流的波形通过傅立叶分解后可知，两组阀侧输出绕组单元的5次，7次，11次，13次谐波的相位相反，磁势可相互抵消。
32.可选地，网侧输入绕组单元与阀侧输出绕组单元的电抗高度相对应。
33.本实施例中，如图1(b)所示，网侧输入绕组、阀侧移相绕组、阀侧主绕组的电抗高度相对应，其中网侧输入绕组采用导线绕制，阀侧移相绕组和阀侧主绕组采用铜箔绕制。优选的，三者的电抗高度相等。电抗高度相对应以使局部安匝趋于平衡，可有效降低因绕组结构即绕组因位置不同而造成漏抗存在差异而导致阻抗不匹配的问题。
34.可选地，铁芯的叠片方式采用45
°
角全斜五～九级步进叠片，铁芯采用无穿孔螺杆铁芯，并采用拉板及绑扎结构固定，以有效地降低空载电流、激磁电流、磁滞损耗及噪声。
35.可选地，径向对应的阀侧移相绕组3与阀侧主绕组4之间设有阀侧绕组气道5，以便于绕组单元的散热。
36.可选地，如图2和图3所示，轴向分裂的两个网侧输入绕组 2之间、轴向分裂的两个阀侧移相绕组3之间、轴向分裂的两个阀侧主绕组4之间设有绝缘垫块7。绝缘垫块7具有电抗隔离和支撑绕组的效果。此外，如图3所示，两组阀侧绕组引出线织6分别从变压器的绕组单元的顶部和底部引出，结构紧凑。
37.以下将对传统的二十四脉波干式整流变压器与本实施例的二十四脉波干式整流变压器的性能进行比较：
38.传统的二十四脉波干式整流变压器要使整流变压器的阀侧两个y、d联结分裂线圈的电压与额定电压差≤
±
0.2％，仅能按表1 的匝数进行匹配选取：
39.表1
[0040][0041]
同一台变压器阀侧y与d两组别的空载电压差值不平衡率：≤
±
0.2％。由于变压器匝数必须为整数，而阀侧δ接绕组相电压是y接绕组相电压的倍，并且两绕组的匝电势e
t
相同，例如：按最优从表1中选取y接绕组匝数为26匝，δ接绕组匝数为45 匝，由此可计算得出：
[0042][0043]
而本实施例的二十四脉波干式整流变压器通过合理选取阀侧输出绕组单元的匝数可获得相当低的输出电压偏差，且合理的匝数选取范围大，如表2所示部分匝数选取示例。例如：从表2中选取阀侧移相绕组的匝数分别为39匝和13匝，阀侧主绕组的匝数分别为23匝和68匝，其空载电压差可达到0.015％，远远低于现有的传统结构的输出电压偏差，其移相角度更精确。通过测量可得，采用本实施例的二十四脉波十二相干式整流变压器工作时，其对电网造成的电流谐波含量比传统结构的十二相整流时降低50 ％以上。故本实施例
的整流变压器可进一步降低特征及非特征谐波含量，同时大幅降低滤波工程费用。且任何单台变压器
‑‑
整流器均可在十二相整流状态下独立工作，电流谐波含量同样比现有技术的低。
[0044]
表2
[0045][0046][0047]
传统二十四脉波干式整流变压器用绕组y联结和d联结来实现，但却不易做到负载完全平衡，因为两组阀侧绕组匝数比不可能完全满足故由非特征谐波产生的两组阀侧绕组中的磁势也就不会完全相互抵消，其差值由网侧绕组磁势来补偿。本实施例的二十四脉波干式整流变压器的阀侧两组绕组线电压通过延边绕组移相，解决了传统变压器匝数比不可能完全满足的问题。且其谐波屏蔽功能可进一步减小5、7、11、13、23、25次谐波幅值。其一次侧电流波形在稳态时的畸变率已经很低，变压器阀侧已经有效抑制了谐波的流通路径，其交流网侧的电流波形十分接近正弦波，消除谐波效果更为显著，故可大幅降低滤波工程费用。
[0048]
本实施例的二十四脉波干式整流变压器，由两台阀侧输出绕组单元移相的十二脉波整流变压器组成，一台十二脉波整流变压器移相
‑
7.5
°
与
‑
22.5
°
，另一台十二脉波整流变压器移相+7.5与 +22.5
°
，移相角互差为15
°
。通过合理选取阀侧移相绕组和阀侧主绕组的匝数，其输出电压偏差比传统的二十四脉波整流变压器的低，从而解决传统的整流变压器星形和三角形绕组匝数取整的变比电压差产生较大并联环流及向电网输送较大谐波电流的问题；此外，在网侧，两台整流变压器组成的并联二十四脉波整流系统的5次，7次，11次，13次谐波电流理论上完全抵消。进一步地，由于网侧原边绕组为星型接线，其相电压仅为线电压的其结构可以按相电压制做，即：加工制作难度小、局部放电起始电压低且局部放电量容易控制。由于阀侧副边为延边三角形接线，主绕组段和延边段绕组可连续绕制，无
横向漏磁，减少了工程计算量，且不易产生局部过热，降低隐患。本实施例的二十四脉波整流机组输出直流电压的纹波系数小，同时大幅降低滤波工程费用、减少整流变压器的占地面积和降低工程整体造价，经济效益显著；同时土建的施工量将大大减少，加快了工期并且降低了成本；该整流变压器能够大幅降低非特征谐波含量，提高电网系统的供电质量，本实施例的应用在可提高系统效率和可靠性的同时也将带来巨大的经济效益。
[0049]
此外，本实施例的变压器是一款环保节能型产品，通过采用环氧树脂真空浇注结构，具有受热冲击能力强、过载能力大、难燃以及紧急过负载能力强，修理维护方便，对湿度、灰尘不敏感，不开裂，性能安全可靠的特点，特别适用于负荷波动范围大以及污秽潮湿的恶劣环境。
[0050]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。