阻抗匹配平衡变压器

用于电气化铁道牵引变电所的平衡变压器主要是斯科特接线变压器，但斯科特接线变压器在低压侧负 荷变化的情况下，中性点电位会显著漂移，直接接地会有零序电流，造成对通讯的干扰，并使原方三相电压不对称，危及变压器的运行安全，使原方中性点不能直接接地，只能应用在 110KV以下电力系统。

该发明适用于将对称的三相电压转换成二相幅值相等，相位差为90°的电压，或适用作上述变换的反变换情况。 

铁路运输是我国运输行业的主要方式,牵引变压器是铁道电气化系统中重要的电气设备,它的安全运行与否,直接关系到铁道电气化系统能否连续稳定的工作。阻抗匹配平衡变压器是适应我国电气化铁道发展需要的新型牵引变压器,它具有较好的抑制负序电流对电力系统影响、容量利用率较高等优点,已经成为我国电气化铁路牵引变压器的主要接线型式。

该发明利用阻抗匹配方法，提供一种原方中性点能直接接地，能主要用于110KV以上，又能适用110KV以下电力系统，三相侧抽头容易，三次谐波电流小的平衡变压器。

该发明的平衡变压器包括铁心A、B、C，三相绕组等，其特点是A、C相绕组的布置相同，均为三绕组，绕组ax(或cz)分成二个绕组串联，中间相B相为四绕组，A、B、C三相电磁容量相等，安匝数各自平衡。A、B、C三相各自绕组的等值阻抗关系为（公式一），c、d、e三点短路时从原方看去的三相短路阻抗相等。

三相变四相与三相变两相一样是一种不等相对称变换，电源相位由120度变为90度。与其它平衡变压器的基本要求一样，三相变四相变压器要求在四相侧负载广泛变化情况下能保持三相系统的平衡运行。为此，根据三相变两相阻抗匹配平衡变压器绕组接线方案，将二次侧绕组对称性地增加一倍并按照如图2.8所示方式构造成一新型的三相变四相阻抗匹配平衡变压器。

支臂绕组匝数与矶的关系由满足四相侧构成相位相差90°的电压源确定，四相侧电压源相位关系如图2.9所示。

根据四相侧电压源相位角度关系，绕组电压幅值应满足:

当四相侧各绕组匝数满足(2.33), (2.35)关系时，在一次侧施加三相对称电压，二次侧d, e, f, g四相端口处就可以得到幅值相等、相位相差900的电压源。图2.10为阻抗匹配三相变四相平衡变压器在三相侧施加平衡对称电压源时四相侧的电压相位关系，它们彼此相差90度，实现了由相位相差120度的三相电源向相位相差90度的四相电源转换。

阻抗匹配三相变四相平衡变压器与其它三相变四相电力变压器相比其接线方式的根本区别是该变压器是通过调整绕组间内部阻抗关系以保持不同铁心绕组间电磁关系的平衡，实现三相与四相的平衡对称转换。由于三相变四相是一种非等相变换，各相的绕组结构不可能一致。要使四相侧输出的四相电流相等时，换算到三相侧的三相电流能保持对称，应做到不同铁心的各相绕组伏安值相等，只有通过内部绕组间阻抗匹配，人为控制相关绕组的电流分布和相位关系才能实现。三相侧可通过中性点接地，四相侧有三角形绕组，上下两套绕组的绕向及结构布置完全一致，可采用通用三相三柱式铁心。

阻抗匹配平衡变压器的概念首先是由湖南大学刘福生教授提出，主要应用于需要将三相交流电源系统转化为两相或单相交流电源系统的领域。由于三相与两相或单相电源之间的转换不同于通用的三相电源之间的转换，不仅有电压、电流大小的变化，而且还存在相位之间的转换。这种转换有可能使得三相电源系统变为不平衡系统而对整个电网产生不良影响，为此，在三相与两相系统之间的转换过程中必须要求保持三相系统的平衡。阻抗匹配平衡变压器通过调整绕组之间的阻抗匹配关系而保持各相应绕组之间电气关系平衡，实现三相系统平衡运行。三相变四相与三相变两相一样也是一种不等相转换，也只有通过调整绕组间阻抗匹配关系实现相应绕组电磁关系平衡，以使三相电源系统保持平衡。首先对各种平衡变压器特别是阻抗匹配平衡变压器的接线特点及原理进行分析，然后就阻抗匹配三相变四相平衡变压器的接线方案、阻抗匹配关系的确定以及绕组之间各种电气关系基本原理进行系统研究，以建立阻抗匹配三相变四相平衡变压器的理论体系。

容量:100kVA

相电压比:0.220/0.269kV(1:迈万)

频率:50Hz

三相侧额定相电压:0.220kV

三相侧额定相电流:151.5A

四相侧额定相电压:0.269kV

四相侧额定相电流:92.77A

各绕组匝数以及绕组间的阻抗关系:满足阻抗匹配三相变四相平衡变压器原理要求。其它有关负载损耗，空载损耗以及空载电流可参照GB1094, GB6451有关标准。