一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器的制作方法

1.本发明涉及牵引供电系统技术领域，具体而言，涉及一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器。


背景技术：

2.现代电气化铁路机车的领域涉及到动车组、高铁、城际列车、城市轨道交通等，随着电气化铁路的快速发展，为电力机车提供电力来源的牵引变压器得到了广泛地应用。
3.传统的专用牵引变压器是三相变二相，在原理上，次级的二相负载在完全相等的情况下，初级三相电流是平衡的。但是，机车在运行的过程中，作为负载的两路机车是动态的、随时变化的，做不到完全相等。为了使初级侧的三相电流平衡，往往采用轮换相序、分相分区的方式，使次级二相的负载尽量做到相等，这就大大增加了调度和设备的成本。即使如此，初级三相电流的不平衡度也只能控制在一定的范围内。另一方面，在分、换相的瞬间，容易产生较大的过电压和过电流，从而造成电网和设备的损坏，存在很大的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其能够不受负载变化的影响，保持牵引变压器的初级绕组的三相输入电流的平衡，降低了设备投入和调度成本，经济效益更加显著。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.本技术提供一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其包括：第一单相变压器和第二单相变压器，上述第一单相变压器的初级绕组的末端与上述第二单相变压器的初级绕组的中点连接，上述第二单相变压器的初级绕组的两端以及第一单相变压器的初级绕组的首端作为三相输入端；上述第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组串联，上述第一单相变压器的次级绕组并联第一补偿装置，上述第二单相变压器的次级绕组并联第二补偿装置，上述第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组的自由端作为单相输出端。
7.进一步的，上述第二单相变压器的初级绕组的两端分别连接三相电网中的两相，上述第一单相变压器的初级绕组的首端连接三相电网中的第三相，上述第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组的自由端连接负载。
8.进一步的，上述第一补偿装置为可调电容。
9.进一步的，上述第二补偿装置为可调电感。
10.相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：
11.本技术提供一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其将第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组串联，并在第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组上分别接入一个可调电容和可调电感。从而可根据负载电流的大小，调节相应的电感和电容的大小以进行动态补偿，进而使得流过各自次级绕组的电流与各自次级绕组的电势始终保持同相位，以保持牵引变压器的初级绕组的三相输入电流的平衡。由此，可以省去轮换相序和
分相分区的环节，大大降低了设备投入和调度的成本，并且避免了过电压和过电流的安全隐患，使初级三相电流的不平衡度更小，可直接接入10kv电网，省去建造110kv变电站的成本，经济效益和社会效益更加显著。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
13.图1为本发明提供的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器一实施例的连接示意图；
14.图2为本发明提供的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器一实施例的向量图；
15.图3为本发明提供的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器一实施例的相位补偿示意图。
具体实施方式
16.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
17.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.实施例
19.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。
20.请参照图1，图1所示为本技术实施例提供的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器的连接示意图。具体的，该牵引变压器包括：
21.第一单相变压器t和第二单相变压器m，上述第一单相变压器t的初级绕组as的末端与上述第二单相变压器m的初级绕组cb的中点s连接，上述第二单相变压器m的初级绕组的两端c、b以及第一单相变压器t的初级绕组的首端a作为三相输入端。上述第一单相变压器t和第二单相变压器m的次级绕组串联(第一单相变压器t的次级绕组的s端与第二单相变压器m的次级绕组的b端连接)，上述第一单相变压器t的次级绕组as并联第一补偿装置，即可调电容c；上述第二单相变压器m的次级绕组xb并联第二补偿装置，即可调电感l。上述第一单相变压器t和第二单相变压器m的次级绕组的自由端(a端和x端)作为单相输出端。
22.进一步的，上述第二单相变压器m的初级绕组的两端c、b分别连接三相电网中的两相，上述第一单相变压器t的初级绕组的首端a连接三相电网中的第三相，上述第一单相变
压器t和第二单相变压器m的次级绕组的自由端(a端和x端)连接负载。同时，上述第二单相变压器的初级绕组的两端c、b与第一单相变压器的初级绕组的a端形成等腰三角形(如图2所示)。
23.上述实施例中，第一单相变压器t的初级绕组as的末端连接到第二单相变压器m的初级绕组cb的中点s，且第一单相变压器t和第二单相变压器m各带一个次级绕组，电势相差90
°
，这就是斯考特(scott)连接方式。然后为了使两个次级绕组的电流相等，把两个次级绕组进行串联连接。这样，当串联后的绕组对外供电时，流过两次级绕组的电流大小则相等，且电流相位相同。但对于两个次级绕组as和xb来说，由于其本身的电流相位与电势相位是存在相位差的(假设为阻性负载，其相位差为45
°
)，所以，此时的三相输入电流仍然存在很大的不平衡性。于是，在两个次级绕组的首末端，分别接入一个可调电感l和可调电容c，根据负载电流的大小，调节相应的电感和电容的大小以进行动态补偿，进而使得流过各自次级绕组的电流与各自次级绕组的电势始终保持同相位(如图3所示)，以保持牵引变压器的初级绕组的三相输入电流的平衡。由此，可以省去轮换相序和分相分区的环节，大大降低了设备投入和调度的成本，并且避免了过电压和过电流的安全隐患，使初级三相电流的不平衡度更小，可直接接入10kv电网，省去建造110kv变电站的成本，经济效益和社会效益更加显著。
24.具体的，请参照图1和图3，其中，通过可调电感l和可调电容c进行动态补偿，使得流过各自次级绕组的电流与各自次级绕组的电势始终保持同相位的原理如图3所示。在图3中，第一单相变压器t的次级绕组与第二单相变压器m的次级绕组的电势差为90
°
，第一单相变压器t和第二单相变压器m的次级绕组串联后的电流为第二单相变压器m的次级绕组xb的b点电势为对第二单相变压器m的次级绕组xb来说，流过其的电流和电势拥有45
°
的相位差。上述实施例中，通过在第二单相变压器m的次级绕组xb两端接入一个可调电感l，且可调电感l的电流滞后于次级绕组xb的电流从而两者合成后，使流过次级绕组xb的电流与其电势变成同相位。同理，对第一单相变压器t的次级绕组as来说，流过其的电流和电势拥有45
°
的相位差。上述实施例中，通过在第一单相变压器t的次级绕组as两端接入一个可调电容c，且可调电容c的电流超前于次级绕组as的电流从而两者合成后，使流过次级绕组as的电流与其电势变成同相位。从而根据负载的变化进行动态补偿，始终保持牵引变压器的初级绕组的三相输入电流的平衡。
25.综上，本技术通过采用动态补偿的方式，使机车在整个运行过程中，根据负载量大小进行实时补偿，从而保证初级三相电流始终处在平衡的状态，保证了整个电网运行的安全可靠。示例性的，机车牵引电压是27.5kv，通常要建一个110kv变27.5kv电站，然后给机车供电。本技术的牵引变压器为升压变压器，一次侧接入10kv城市电网，次级生压至27.5kv，可以远距离输电。对于城际列车，一个中等城市建设两个变电所就可以满足要求，也可以用作城市的交流地铁牵引项目，大大减少了建设电站的成本，对于推广城际列车、轻轨和地铁的普及具有重要的现实意义。需说明的是，本技术的牵引变压器不仅可用于铁路领域，还可用于冶炼加工等领域，此处不作限定。
26.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技
术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
27.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其特征在于，包括第一单相变压器和第二单相变压器，所述第一单相变压器的初级绕组的末端与所述第二单相变压器的初级绕组的中点连接，所述第二单相变压器的初级绕组的两端以及第一单相变压器的初级绕组的首端作为三相输入端；所述第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组串联，所述第一单相变压器的次级绕组并联第一补偿装置，所述第二单相变压器的次级绕组并联第二补偿装置，所述第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组的自由端作为单相输出端。2.如权利要求1所述的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其特征在于，所述第二单相变压器的初级绕组的两端分别连接三相电网中的两相，所述第一单相变压器的初级绕组的首端连接三相电网中的第三相，所述第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组的自由端连接负载。3.如权利要求1所述的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其特征在于，所述第一补偿装置为可调电容。4.如权利要求1所述的一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，其特征在于，所述第二补偿装置为可调电感。

技术总结
本发明提出一种基于动态补偿的三相变单相牵引变压器，涉及铁路牵引供电系统技术领域。其包括第一单相变压器和第二单相变压器，第一单相变压器的初级绕组末端与第二单相变压器的初级绕组的中点连接，第二单相变压器的初级绕组的两端以及第一单相变压器的初级绕组的首端作为三相输入端；第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组串联，第一单相变压器的次级绕组并联第一补偿装置，第二单相变压器的次级绕组并联第二补偿装置，第一单相变压器和第二单相变压器的次级绕组的自由端作为单相输出端。从而可根据负载电流的大小，调节相应的电感和电容的大小以进行动态补偿，使其不受负载变化的影响，始终保持牵引变压器的初级绕组的三相输入电流的平衡。绕组的三相输入电流的平衡。绕组的三相输入电流的平衡。


技术研发人员：谷城
受保护的技术使用者：谷城
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/1