CN102044923B - 三角形结线绕组的中性点接地结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种三角形结线绕组的中性点接地结构及其方法，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，在其中至少一相位绕组中增加一匝数为相位绕组匝数1/3倍的接地绕组，其中该接地绕组包含一第一端接地，以及一第二端连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，且该接地绕组的电压相位与该接地绕组所属相的相位绕组的电压相位相反。通过上述中性点接地结构及其方法，当三相平衡时，任一相线对中性点电压均相同，解决传统三角形结线绕组接地法造成三相对地电压不同所衍生的问题。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种结线绕组结构及其方法，特别是有关一种具有中性点的三角形结线绕组结构及其方法。
【背景技术】
三相绕组的结线方式分为三角形结线以及Y形结线。Y形结线绕组的绝缘耐压等级较低，但其缺点为提供零相序电流、三次谐波以及三的倍数的谐波等的流通路径，对***供电效能与品质不利。三角形结线绕组虽然没有前述谐波与零相序电流流通的问题，但其绝缘耐压等级须较高，方能与绝缘耐压等级较低的Y形结线绕组一般，应用于同一电压等级***。三角形结线绕组又称为Δ结线绕组(delta-connected windings)，一般而言，传统的三角形结线绕组的接地方法有2种，一种为线接地法(line-grounded method)，又称为角接地法(corner-grounded method)，另一种为相中接地法(mid-phase groundedmethod)。图1绘示现有技术中三角形结线绕组的线接地法，在线接地法中有一角(corner)被接地，图中所示为将c相线拉出并予以接地，所以连接至该角的相线(phase line)对地电压即为地电位，另外两相线对地所跨电压为线电压(line voltage)。图2绘示现有技术中三角形结线绕组的相中接地法，在相中接地法中一般取某一相位绕组的中点抽头(mid-tap)接地，图中所示为将a相线及c相线之间的相位绕组的中点抽头接地，所以有二相线对地所跨电压仅为线电压的1/2，另一相线对地所跨电压则为线电压的
倍。
由上述可知，传统的三角形结线绕组接地法，会导致三相线对地电压的不一致，且有相当大的差异存在，也因此衍生出许多问题，包括：由三角形结线绕组供电的电动机控制电路中，接触器(contactor)线圈(coil)连接的相线受传统接地方法接地点位置的明显影响，易因疏忽而导致危害。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种三角形结线绕组的中性点接地结构及其方法，其可以改善传统三角形结线绕组接地方法导致三相线对地电压不一致的问题，并且可以提高三角形结线绕组的适用耐压等级，使三角形结线绕组具有本身的优点外，也具有Y形结线绕组的优点。
为达上述目的，本发明提供一种三角形结线绕组的中性点接地结构，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，其中每一相位绕组分别具有若干个匝数，在该三相位绕组中至少一相位绕组增加一匝数为该相位绕组匝数1/3倍的接地绕组，其中该接地绕组包含第一端以供接地，以及第二端用于连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，该接地绕组的电压与该接地绕组所属相的相位绕组的电压相反。即代表两者电压相位相差180度。
本发明还提供一种三角形结线绕组的中性点接地结构，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，该每一相位绕组分别具有若干个匝数，在该第一、第二以及第三相位绕组中至少一相位绕组增加一接地绕组群，该接地绕组群由至少两个匝数分别为该相位绕组匝数1/3倍的接地绕组并联而成，该接地绕组群包含第一端以供接地，以及第二端用于连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，该接地绕组群的电压与该接地绕组群所属相的相位绕组的电压相反。即代表两者电压相位相差180度。
本发明还提供一种三角形结线绕组的中性点接地方法，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，该每一相位绕组分别具有若干个匝数，该方法包含下列步骤：在该三相位绕组中至少一相位绕组增加一匝数为该相位绕组匝数1/3倍的接地绕组；将该接地绕组的第一端接地；以及将该接地绕组的第二端连接至相邻二相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，其中该接地绕组的电压与该接地绕组所属相的相位绕组的电压相位相反。即代表两者电压相位相差180度。
相较于现有技术，本发明三角形结线绕组的中性点接地结构及其方法，能提供一中性点，使三相位绕组端点电压差均相同，当三相平衡时，任何一相线对中性点的电压均相同，故可解决传统三角形结线绕组接地法造成三相对地电压不同的缺点，并且能够提高三角形结线绕组的适用耐压等级，使三角形结线绕组具有本身的优点外，也具有Y形结线绕组的优点。
【附图说明】
图1绘示现有技术中三角形结线绕组的线接地法；
图2绘示现有技术中三角形结线绕组的相中接地法；
图3绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构用于一相位绕组的示意图；
图4绘示图3的中性点接地结构用于一相位绕组的实际接线图；
图5绘示图3的对应向量图；
图6绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构同时用于二相位绕组的示意图；
图7绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构同时用于三相位绕组的示意图；
图8绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构同时有六组接地绕组的示意图；
图9绘示图8的对应向量图；
图10绘示以一接地绕组群用于一相位绕组的示意图；以及
图11绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地方法的流程图。
【具体实施方式】
图3绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构用于一相位绕组的示意图，请同时参阅图4，图4绘示图3的中性点接地结构用于一相位绕组的实际接线图，该实际接线图为一变压器的接线图。其中一次侧包含一次侧第一相位绕组20、一次侧第二相位绕组22以及一次侧第三相位绕组24，每一相位绕组的H1以及H2接头得以Y或Δ结线的方式连接至三相电源(未图示)。二次侧对应于一次侧的三相位绕组分别为第一相位绕组30、第二相位绕组32以及第三相位绕组34。该三相位绕组以三角形结线方式连接，即第一相位绕组30的X3接头连接至第二相位绕组32的X1接头，第二相位绕组32的X3接头连接至第三相位绕组34的X1接头，而第三相位绕组34的X3接头连接至第一相位绕组30的X1接头。二次侧每一相位绕组分别具有N个匝数。本发明中性点接地结构在二次侧的三相位绕组中选择至少一相增加一接地绕组，本实施例中，选择在第三相位绕组34增加接地绕组36，为了使图示更加清楚，将图中接地绕组36与第三相位绕组34绘制为相互平行，代表在第三相位绕组34增加接地绕组36，下面实施例也将以此方式表示，将不再赘述。接地绕组36包含第一端以及第二端。其中第一端连接至接地点，即中性点n，而第二端连接至二相邻相的其中一相位绕组的1/3倍匝数抽头处，所谓抽头处为从相位绕组1/3倍匝数处引出一端点而产生。本实施例中，将第三相位绕组34所增加的接地绕组36的第二端连接至第一相位绕组30的1/3N个匝数抽头处，其中接地绕组36的电压与该接地绕组36所属相的相位绕组(第三相位绕组34)的电压相反，由于在第三相位绕组34增加接地绕组36，代表接地绕组36所属相的相位绕组为第三相位绕组34。以本实施例而言，当第三相位绕组34的电压为Vca时，则接地绕组36的电压必须为Vac，以使各相线a、b、c对中性点n的电压均相同。上述电压相反的意义代表两者电压相位相差180度。
如图4所示，线间电压为V，而a、b、c各相线对中性点n的电压一致为
即相电压为
因此改善了传统三角形结线绕组接地方法导致三相线对地电压不一致的问题。也因相电压从V降低为因此设备的绝缘耐压等级需求降低，代表提高了三角形结线绕组适用的绝缘耐压等级。
图5绘示图3的对应向量图。此种接地结构在三相电压平衡时，连接各相位绕组的任一相线a、b、c对中性点n电压均相同，故可解决传统三角形结线绕组接地法所造成三相对地电压不同以及因此所衍生的问题。要特别说明的是，将图中1/3Vac向量与第三相位绕组34的电压向量Vca绘制为相互平行的意义为代表在第三相位绕组34增加接地绕组36，并接至第一相位绕组30的1/3倍匝数抽头处(即1/3Vab处)，1/3Vac与Vca向量箭头相反则代表两者电压相位相差180度。
为了考量接地的可靠性，可同时在二相位绕组以上增加接地绕组。图6绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构同时用于二相位绕组的示意图。在本实施例中，选择在第三相位绕组34以及第一相位绕组30分别增加接地绕组38以及40。其中接地绕组38的第一端连接至接地点，第二端连接至第一相位绕组30的1/3倍匝数抽头处，即1/3N个匝数处。接地绕组40的第一端连接至接地点，该接地点为中性点n，亦即与接地绕组38的第一端连接，接地绕组40的第二端则连接至第二相位绕组32的1/3倍匝数抽头处。同时在二相位绕组中增加接地绕组38以及40，加上电压的搭配，当三相电压平衡时，连接各相位绕组的任一相线a、b、c对中性点n电压均相同。其中电压的搭配如图3的说明，此处不再赘述。
图7绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构同时用于三相位绕组的示意图。在本实施例中，同时在三相位绕组分别增加接地绕组42、44以及46。三接地绕组42、44以及46的第一端连接至接地点，该接地点即所谓的中性点n。接地绕组42的第二端连接至第一相位绕组30的1/3倍匝数抽头处，接地绕组44的第二端连接至第二相位绕组32的1/3倍匝数抽头处，接地绕组46的第二端连接至第三相位绕组34的1/3倍匝数抽头处。同时在三相位绕组中增加接地绕组42、44以及46，加上电压的搭配，当三相电压平衡时，连接各相位绕组的任一相线a、b、c对中性点n电压均相同。其中电压的搭配如图3的说明，此处不再赘述。
图8绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地结构同时有六组接地绕组的示意图。本发明最多能够同时有6组接地绕组，分别标号为48、50、52、54、56以及58。其中接地绕组48、50以及52的接法与图7相同，三者的第一端同时接至接地点，即为中性点n。接地绕组48的第二端连接至第一相位绕组30的1/3倍匝数抽头处，接地绕组50的第二端连接至第二相位绕组32的1/3倍匝数抽头处，接地绕组52的第二端连接至第三相位绕组的1/3倍匝数抽头处。要特别说明的是，此处1/3倍匝数抽头处是指从X1端点往X3端点算起(请参阅图4)。同样地，当从X3端点往X1端点算起1/3处同样能增加接地绕组54、56、58，三者的第一端同样接至中性点n，而接地绕组54的第二端连接至第一相位绕组30的1/3倍匝数抽头处，接地绕组56的第二端连接至第二相位绕组32的1/3倍匝数抽头处，接地绕组58的第二端连接至第三相位绕组34的1/3倍匝数抽头处。
要说明的是，图3的实施例中亦可将第三相位绕组34所增加的接地绕组的第二端连接至另一相邻相第二相位绕32组的2/3倍匝数抽头处(即接地绕组56)，该2/3倍匝数抽头处为从X1端点往X3端点算起，即代表X3端点往X1端点算起的1/3处。同样的，当第三相位绕组34的电压为Vca时，则接地绕组的电压必须为Vac，即两者电压相位必须相差180度。
本发明的接地绕组从一组到最多同时六组接地，亦即，图8中的六组接地能移除其中任一至五组接地，保留至少一组接地绕组即可。
图9绘示图8的对应向量图，同时在三相位绕组中增加六组接地绕组，当三相电压平衡时，连接各相位绕组的任一相线a、b、c对中性点n电压均相同。
上述图3的接地绕组也能以一接地绕组群替代，请参阅图10，绘示本发明以一接地绕组群用于一相位绕组的示意图。相位绕组30、32以及34连接成三角形结线的形式，接地绕组群70由两个匝数分别为第三相位绕组34匝数1/3倍的接地绕组60以及62并联而成，包含第一端以供接地，以及第二端用于连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，本实施例中为接至第一相位绕组30的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点n。当然亦可以接至第二相位绕组从X1端点往X3端点算起的2/3倍匝数抽头处，即代表X3端点往X1端点算起的1/3处，类似图8的接地绕组56。接地绕组群70的电压与该接地绕组群70所属相的第三相位绕组34的电压相反。即，当第三相位绕组34的电压为Vca时，则接地绕组群70的电压必须为Vac，以使连接各相位绕组的各相线a、b、c对中性点n的电压均相同。上述电压相反的意义代表电压相位相差180度。
接地绕组群也可如图6至图7所示，同时在三相位绕组中的任二相或三相实施。最多可同时有六组接地绕组群接地，如图8的连接方式。接地绕组群同样可从一组到最多同时六组接地，也就是图8中的六组能移除其中任一至五组，保留至少一组接地绕组群即可。
接地绕组群不限于本实施例中所提两个接地绕组并联，亦可以多组并联达成中性点结构。
当中性点n如上述各实施例引出并接地时，该三角形结线绕组为三相四线式。亦可不将中性点n引出，则三角形结线绕组为三相三线式。
图11绘示本发明三角形结线绕组的中性点接地方法的流程图，三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，每一相位绕组分别具有若干个匝数，该方法包含下列步骤：
步骤S10中，在第一、第二以及第三相位绕组中选择至少一相位绕组增加一接地绕组，该接地绕组的匝数为该相位绕组匝数的1/3倍；
步骤S20中，将接地绕组的第一端接地；以及
步骤S30中，将接地绕组的第二端连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，其中接地绕组的电压与接地绕组所属相的相位绕组的电压相反。
本发明三角形结线绕组的中性点接地结构及方法，可适用于双绕组或是多绕组的相位绕组。
本发明主要的优点包括：(a)三相平衡时，任一相线对中性点电压均相同，改善传统三角形结线绕组接地方法导致三相线对地电压不一致的问题；(b)增加接地绕组之后，提高三角形结线绕组的适用耐压等级，使三角形结线绕组具有本身的优点外，也具有Y形结线绕组的优点。
Claims (10)
1.一种三角形结线绕组的中性点接地结构，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，该每一相位绕组分别具有若干个匝数，其特征在于：在该第一、第二以及第三相位绕组中至少一相位绕组增加一匝数为该相位绕组匝数1/3倍的接地绕组，其中该接地绕组包含一第一端以供接地，以及一第二端用于连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，该接地绕组的电压相位与该接地绕组所属相的相位绕组的电压相位相差180度。
2.如权利要求1所述的中性点接地结构，其特征在于：该相位绕组为双绕组或是多绕组。
3.如权利要求1所述的中性点接地结构，其特征在于：该抽头处为从该相位绕组引出一端点而产生。
4.如权利要求1所述的中性点接地结构，其特征在于：该中性点以一导线引出，使该三角形结线绕组成为三相四线式；或者该中性点无一导线引出，使该三角形结线绕组成为三相三线式。
5.一种三角形结线绕组的中性点接地结构，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，该每一相位绕组分别具有若干个匝数，其特征在于：在该第一、第二以及第三相位绕组中至少一相位绕组增加一接地绕组群，该接地绕组群由至少两个匝数分别为该相位绕组匝数1/3倍的接地绕组并联而成，该接地绕组群包含一第一端以供接地，以及一第二端用于连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，该接地绕组群的电压相位与该接地绕组群所属相的相位绕组的电压相位相差180度。
6.如权利要求5所述的中性点接地结构，其特征在于：该相位绕组为双绕组或是多绕组，该抽头处为从该相位绕组引出一端点而产生。
7.如权利要求5所述的中性点接地结构，其特征在于：该中性点以一导线引出，使该三角形结线绕组成为三相四线式；或者该中性点无一导线引出，使该三角形结线绕组成为三相三线式。
8.一种三角形结线绕组的中性点接地方法，该三角形结线绕组具有第一、第二以及第三相位绕组，该每一相位绕组分别具有若干个匝数，其特征在于：该方法包含下列步骤：
在该第一、第二以及第三相位绕组中至少一相位绕组增加一匝数为该相位绕组匝数1/3倍的接地绕组；
将该接地绕组的一第一端接地；以及
将该接地绕组的一第二端连接至相邻相位绕组之一的1/3倍匝数抽头处，以产生一中性点，其中该接地绕组的电压相位与该接地绕组所属相的相位绕组的电压相位相差180度。
9.如权利要求8所述的中性点接地方法，其特征在于：该相位绕组为双绕组或是多绕组，该抽头处为从该相位绕组引出一端点而产生。
10.如权利要求8所述的中性点接地方法，其特征在于：该中性点以一导线引出，使该三角形结线绕组成为三相四线式；或者该中性点无一导线引出，使该三角形结线绕组成为三相三线式。
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