三相變單相變壓器常見(jiàn)問(wèn)題？

一、“三相變單相”、“三相變二相”

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,這個(gè)問(wèn)題的迫切性已逐漸被淡化.但如果有誰(shuí)真能提出一個(gè)切實(shí)可行、滿足上述兩個(gè)條件的“三變單變壓器”方案,仍然有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng),仍然能成為轟動(dòng)國(guó)內(nèi)外變壓器制造業(yè)的大事!
為統(tǒng)一認(rèn)識(shí),這兒有必要插一下“平衡”與“對(duì)稱”兩個(gè)術(shù)語(yǔ). “平衡”一詞除了數(shù)學(xué)意義上的“方程式平衡”以外,在電工領(lǐng)域是能量、功率層面的術(shù)語(yǔ).例如平衡變壓器輸出兩端口的功率為使三相“對(duì)稱”而保持的某種“平衡”;變壓器中直接與功率傳遞相關(guān)的磁勢(shì)平衡等.
三相系統(tǒng)的“對(duì)稱”是指電壓、電流、阻抗層面的術(shù)語(yǔ).
若三相電網(wǎng)對(duì)稱,符合以下特征,三相線電流才算“對(duì)稱”:
1) 三相線電流的輻值或有效值相等;
2) 三個(gè)線電流的相位彼此相差120度;
3) 與產(chǎn)生它的三相線電壓必需同相序. 
至于構(gòu)成對(duì)稱電網(wǎng)的電壓(勢(shì)),除上述1、2外,還應(yīng)符合“順相序”要求.
二、“三變單系統(tǒng)”
1、  R、L、C 網(wǎng)絡(luò).將R、L、C 三元件接成三角形投入三相電網(wǎng),當(dāng)L、C 的電抗分別是R 的 1.732 倍時(shí),只要相序合適,R 就是單相負(fù)載,且三相對(duì)稱,功率因數(shù)為 1.0 .工頻感應(yīng)爐就這么運(yùn)行,容量達(dá)10 MVA 以上
2、 “V”型接法的三相變壓器在初級(jí)兩相間接一電容C,次級(jí)繞組串聯(lián)接一功率因數(shù)為0.866的感性單相負(fù)載,當(dāng)負(fù)載阻抗是容抗的1.732倍時(shí),初級(jí)電流對(duì)稱,功率因數(shù)為0.866(容性),見(jiàn)圖2; 
     圖2

3、在圖2的基礎(chǔ)上,A、B相間再增加一個(gè)電感L,次級(jí)負(fù)載為純電阻.L、C 的電抗與折算到初級(jí)的電阻相等,則初級(jí)電流對(duì)稱,其大小與折算到初級(jí)的電流相等,功率因數(shù)為1.0.
上述幾方案在應(yīng)用上的共同特點(diǎn)是:
a、對(duì)電網(wǎng)的相序、次級(jí)負(fù)載性質(zhì)要求嚴(yán)格;
b、負(fù)載要固定.若負(fù)載變動(dòng),需相應(yīng)切換儲(chǔ)能元件參數(shù).否則將引起初級(jí)電流不同程度的不對(duì)稱.這一缺點(diǎn)方案2 尤為突出.
這就是上述幾方案很難在中小功率場(chǎng)合普遍采用的重要原因.
在此說(shuō)明,只要“三變單系統(tǒng)”里沒(méi)有非線性元件(合理設(shè)計(jì)的磁系統(tǒng)在此視為線性),均可逆向運(yùn)行.例如前蘇聯(lián)早期教科書里能找到上述方案1 的“單相變?nèi)唷彪娐穲D.
這一特征也適用作為“三變二”問(wèn)題的平衡變壓器.
三、“三變單變壓器”——路在何方?
套在三相鐵心上的各個(gè)線圈之間的不同組合,可產(chǎn)生出不同的合成電勢(shì)相量.這種相量的輻角可以是30度的任意整數(shù)倍,相量的大小可以通過(guò)改變線圈的圈數(shù)任意獲得.
這種三相線圈電勢(shì)的“相量可組合性”特征給“三變單變壓器”的探索者們提供了豐富的想象空間——
拼湊一個(gè)單相端口,幾乎有無(wú)窮多個(gè)方案……
總能找出很多個(gè)合適的方案……
初級(jí)三相線電流不就是幾個(gè)相量段拼出來(lái)的嗎?
調(diào)整一下相量段,一直拼到三相電流對(duì)稱難道不可能嗎?
問(wèn)題就出在這兒!
假設(shè)某臺(tái)“三變單變壓器”的次級(jí)用幾個(gè)線圈段組合成一個(gè)端口(即單相輸出端口),這端口電壓與產(chǎn)生它的各個(gè)相量符合可希苛夫第二定律,或符合某個(gè)電壓平衡方程式.
或者干脆說(shuō):這端口電壓是幾個(gè)電勢(shì)相量合成的.
但是,這個(gè)端口的電流取決于它的負(fù)載,與上述相量沒(méi)有任何關(guān)系.再假設(shè)這負(fù)載電流是 I(I是相量,下同).則任何一個(gè)初級(jí)線圈電流與次級(jí)負(fù)載電流 I 的關(guān)系由磁勢(shì)平衡方程式表達(dá).
應(yīng)注意,不管是哪個(gè)初級(jí)線圈,磁勢(shì)平衡方程式所涉的電流相量都與次級(jí)負(fù)載電流相同,與該線圈所處位置無(wú)關(guān).
現(xiàn)把若干個(gè)磁勢(shì)平衡方程式加以整理,得到初級(jí)三相線電流的表達(dá)式是: 
     IA＝K1*I ; 
     IB＝K2*I ; 
     IC＝K3*I .   (1) 
按三相線電流對(duì)稱的條件,(不對(duì)稱也沒(méi)關(guān)系,按三線制廣義節(jié)點(diǎn)的可希苛夫第1定律)必然滿足: 
     IA+IB+IC＝0 
或   K1+K2+K3＝0 (2)
上式說(shuō)明: a. 由方程組(1)表達(dá)的三相電流相量都在一條直線上,不符合“彼此相差120度”的要求;b. 由式(2)可見(jiàn),三個(gè)實(shí)常數(shù)相加等于0,它們正值不可能彼此相等.