高速铁路三相变四相变压器牵引变电所关键技术与理论

1．变压器原理接线

三相变四相变压器有四柱式和三柱式两种类型[4-15]。四柱式三相变四相变压器绕组接线原理如图1.13所示，每相铁心均采用三绕组结构，三相侧为曲折连接，绕组Wa1、Wc1并联构成三相侧A相，绕组Wa2、Wc2并联为B、C两相的公共支路，绕组Wb1、Wd1并联与公共支路串联构成三相侧C相，O点为中性点。绕组Wa3、Wb3、Wc3、Wd3分别为四相侧的四相绕组，四相侧绕组采用星形连接。绕组结构a相与c相对称，b相与d相对称。设三相侧的相电压与四相侧的相电压之比为K=UA/Ua，取各相绕组的匝数关系为

图1.13　四柱式三相变四相变压器接线原理

三柱式三相变四相变压器绕组接线原理如图1.14所示，图中WA、WB、WC组成原边三相绕组，Wc1、Wb1和Wc3、Wb3分别组成副边b、d相绕组，Wc2，Wa1，Wb2和Wc4，Wa2，Wb4分别组成副边a、c相绕组。设变比K=W1/W2，各绕组的匝数关系为

图1.14　三柱式三相变四相变压器接线原理

2．电压电流关系

三相变四相变压器原次边电压向量如图1.15所示。根据磁势平衡原理求变压器原次边电流关系，就不像前面几种接线方式那样简单。应用坐标变换式（1.30）和式（1.31），原边为三相、次边为四相，所以k=3，N=4，φAa=0，代入可得

图1.15　三相变四相变压器原次边电压向量

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3．AT供电方式牵引变电所接线方式

三相变四相变压器用于四相输电时，四相侧输出端子a、b、c、d分别接入四相输电系统的四个相别；若将三相变四相变压器应用于电气化铁道时，四相侧输出端子a、c和b、d分别构成两组55 kV电压，a、c端子和b、d端子分别接两组牵引母线，再通过馈电线分别向上行和下行接触线（T）和负馈线（F）供电；将变压器次边中点（o）接钢轨。AT供电方式三相四相牵引变电所原理接线如图1.16所示。

图1.16　AT供电方式三相四相牵引变电所原理接线

三相四相变压器用在AT供电方式牵引变电所是非常方便的，变压器原边和次边都有中点，尤其是次边中点引出正好接钢轨，不需要像Scott变压器那样必须用自耦变压器构成中点接钢轨。

与Scott变压器一样，当两个供电臂负荷大小相等、功率因数角相同时，系统三相电流完全对称。两个方向供电臂负荷相同，也即四相电流可设为

将式（1.55）代入式（1.54）可得

式（1.55）和式（1.56）说明当两个方向供电臂负荷相同时，系统侧三相电流对称。三相变四相变压器原次边电流向量如图1.17所示。

图1.17　三相变四相变压器原次边电流向量

与Scott变压器和阻抗匹配平衡变压器相似，采用三相变四相平衡变压器，可以降低三相系统不平衡状况，但只有在两供电臂负荷相同时，才能完全消除三相不平衡。通常情况下两臂负荷相差很大，所以三相不平衡改善程度是有限的。由于各供电臂电压不同，必须用分相绝缘器分隔，分相绝缘器将承受电压。与YN，d11接线相比，分相绝缘器的绝缘水平需要提高倍。分相绝缘器的存在增加了机车操作的复杂性，制约了高速、重载铁路的发展。