阻抗匹配平衡變壓器

用于電氣化鐵道牽引變電所的平衡變壓器主要是斯科特接線變壓器，但斯科特接線變壓器在低壓側負 荷變化的情況下，中性點電位會顯著漂移，直接接地會有零序電流，造成對通訊的干擾，并使原方三相電壓不對稱，危及變壓器的運行安全，使原方中性點不能直接接地，只能應用在 110KV以下電力系統(tǒng)。

該發(fā)明適用于將對稱的三相電壓轉換成二相幅值相等，相位差為90°的電壓，或適用作上述變換的反變換情況。 

鐵路運輸是我國運輸行業(yè)的主要方式,牽引變壓器是鐵道電氣化系統(tǒng)中重要的電氣設備,它的安全運行與否,直接關系到鐵道電氣化系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定的工作。阻抗匹配平衡變壓器是適應我國電氣化鐵道發(fā)展需要的新型牽引變壓器,它具有較好的抑制負序電流對電力系統(tǒng)影響、容量利用率較高等優(yōu)點,已經(jīng)成為我國電氣化鐵路牽引變壓器的主要接線型式。

該發(fā)明利用阻抗匹配方法，提供一種原方中性點能直接接地，能主要用于110KV以上，又能適用110KV以下電力系統(tǒng)，三相側抽頭容易，三次諧波電流小的平衡變壓器。

該發(fā)明的平衡變壓器包括鐵心A、B、C，三相繞組等，其特點是A、C相繞組的布置相同，均為三繞組，繞組ax(或cz)分成二個繞組串聯(lián)，中間相B相為四繞組，A、B、C三相電磁容量相等，安匝數(shù)各自平衡。A、B、C三相各自繞組的等值阻抗關系為（公式一），c、d、e三點短路時從原方看去的三相短路阻抗相等。

三相變四相與三相變兩相一樣是一種不等相對稱變換，電源相位由120度變?yōu)?0度。與其它平衡變壓器的基本要求一樣，三相變四相變壓器要求在四相側負載廣泛變化情況下能保持三相系統(tǒng)的平衡運行。為此，根據(jù)三相變兩相阻抗匹配平衡變壓器繞組接線方案，將二次側繞組對稱性地增加一倍并按照如圖2.8所示方式構造成一新型的三相變四相阻抗匹配平衡變壓器。

支臂繞組匝數(shù)與磯的關系由滿足四相側構成相位相差90°的電壓源確定，四相側電壓源相位關系如圖2.9所示。

根據(jù)四相側電壓源相位角度關系，繞組電壓幅值應滿足:

當四相側各繞組匝數(shù)滿足(2.33), (2.35)關系時，在一次側施加三相對稱電壓，二次側d, e, f, g四相端口處就可以得到幅值相等、相位相差900的電壓源。圖2.10為阻抗匹配三相變四相平衡變壓器在三相側施加平衡對稱電壓源時四相側的電壓相位關系，它們彼此相差90度，實現(xiàn)了由相位相差120度的三相電源向相位相差90度的四相電源轉換。

阻抗匹配三相變四相平衡變壓器與其它三相變四相電力變壓器相比其接線方式的根本區(qū)別是該變壓器是通過調(diào)整繞組間內(nèi)部阻抗關系以保持不同鐵心繞組間電磁關系的平衡，實現(xiàn)三相與四相的平衡對稱轉換。由于三相變四相是一種非等相變換，各相的繞組結構不可能一致。要使四相側輸出的四相電流相等時，換算到三相側的三相電流能保持對稱，應做到不同鐵心的各相繞組伏安值相等，只有通過內(nèi)部繞組間阻抗匹配，人為控制相關繞組的電流分布和相位關系才能實現(xiàn)。三相側可通過中性點接地，四相側有三角形繞組，上下兩套繞組的繞向及結構布置完全一致，可采用通用三相三柱式鐵心。

阻抗匹配平衡變壓器的概念首先是由湖南大學劉福生教授提出，主要應用于需要將三相交流電源系統(tǒng)轉化為兩相或單相交流電源系統(tǒng)的領域。由于三相與兩相或單相電源之間的轉換不同于通用的三相電源之間的轉換，不僅有電壓、電流大小的變化，而且還存在相位之間的轉換。這種轉換有可能使得三相電源系統(tǒng)變?yōu)椴黄胶庀到y(tǒng)而對整個電網(wǎng)產(chǎn)生不良影響，為此，在三相與兩相系統(tǒng)之間的轉換過程中必須要求保持三相系統(tǒng)的平衡。阻抗匹配平衡變壓器通過調(diào)整繞組之間的阻抗匹配關系而保持各相應繞組之間電氣關系平衡，實現(xiàn)三相系統(tǒng)平衡運行。三相變四相與三相變兩相一樣也是一種不等相轉換，也只有通過調(diào)整繞組間阻抗匹配關系實現(xiàn)相應繞組電磁關系平衡，以使三相電源系統(tǒng)保持平衡。首先對各種平衡變壓器特別是阻抗匹配平衡變壓器的接線特點及原理進行分析，然后就阻抗匹配三相變四相平衡變壓器的接線方案、阻抗匹配關系的確定以及繞組之間各種電氣關系基本原理進行系統(tǒng)研究，以建立阻抗匹配三相變四相平衡變壓器的理論體系。

容量:100kVA

相電壓比:0.220/0.269kV(1:邁萬)

頻率:50Hz

三相側額定相電壓:0.220kV

三相側額定相電流:151.5A

四相側額定相電壓:0.269kV

四相側額定相電流:92.77A

各繞組匝數(shù)以及繞組間的阻抗關系:滿足阻抗匹配三相變四相平衡變壓器原理要求。其它有關負載損耗，空載損耗以及空載電流可參照GB1094, GB6451有關標準。