具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。

在地铁牵引供电领域，一般如图1所示采用两台12相波整流变压器T₁、T₂降压供电给牵引整流器形成等效24脉波直流供电系统，地铁牵引供电系统中的变压器常采用分裂变压器的结构，其中X₁为高压侧绕组，X₂、X₃为低压侧绕组。为适应列车制动能量回收的需求，如图2所示，新的多绕组变压器T₂需要在原来同等容量的12相整流变压器基础上增加一个能馈绕组，即图2中的X₄绕组，X₄绕组可角接也可星接。

在变压器的阻抗中，电抗分量所占比例较大，随着变压器容量的增大，此比例也将增大。在大型变压器中完全可用电抗值来代替阻抗值，下面将以图3为例介绍分裂变压器的电抗计算公式。

如图3所示，X₁、X₂为高压侧绕组，X₃、X₄为低压侧绕组，B_q1、B_q2、B_q3、B_q4为各线圈的辐向尺寸，A₁₃、A₂₄为各对线圈间主空道尺寸，H_k为平均电抗高度，λ为漏磁宽度，R_p1、R_p2、R_p3、R_p4为各线圈的平均半径，R_p13、R_p24为各主空道平均半径，D₀为铁芯圆直径，s’为铁芯至低压绕组的距离。

则电抗高度表达式为：

漏磁宽度表达式为：

λ＝λ₁₃＝λ₂₄＝B_q1+A₁₃+B_q3 (3)

λ_s12＝B_q1＝B_q2 (4)

λ_s34＝B_q3＝B_q4 (5)

洛氏系数表达式为：

式(6)～(9)中，u_s12＝λ_s12/H_k12，u_s34＝λ_s34/H_k34，v₁₂＝(s'+D₀+B_q3+A₁₃)/H_k12，v₃₄＝(s'+D₀)/H_k34，u₁₃＝u₂₄＝H_k13/λ₁₃＝H_k24/λ₂₄，u＝H_k/λ。

则变压器漏磁等值总面积∑D_R的表达式为：

当线段匝数及段间油道均匀分布时：

其中，B_t1、B_t2、B_t3、B_t4为高压1、2及低压3、4线段高度，n_g1、n_g2、n_g3、n_g4为高压1、2及低压3、4线段数，h_dy1、h_dy2、h_dy3、h_dy4为高压1、2及低压3、4线段间油道。

则各对绕组电抗计表达式为：

其中，f为额定频率，I₁W₁、I₂W₂为分接的每相安匝，K_x为电抗修正系数，e_t为每匝电势。

两个低压绕组并联时，高低压绕组间的短路电抗为穿越电抗X_k％，其表达式为：

两个低压绕组之一开路时，另一个低压绕组对高压绕组间的短路电抗为半穿越电抗X_B％，其表达式为：

结合式(1)～(17)可看出，当流过的电流、绕组匝数、线圈参数相同时，变压器高低压绕组间的短路电抗X_k％、X_B％仅与绕组结构尺寸有关。

对于如图2所示的带有能量回收功能的供电系统，变压器T₁为12相整流变压器，其绕组结构如图4所示，相较于计算变压器相关电抗的示例图3，图4的区别在于增加了表明绕组连线方式的引线，图4中X_{1_1}和X_{1_2}并联组成图2中变压器T₁的高压侧绕组X₁，X₂和X₃为两个低压侧绕组。从变压器结构角度而言，图4中的X_{1_1}对应图3中的X₁，图4中的X_{1_2}对应图3中的X₂,图4中的X₂对应图3中的X₃,图4中的X₃对应图3中的X₄。变压器T₂为带有能馈绕组的多绕组变压器，其绕组结构如图5所示。从图4和图5可看出，由于变压器T₂增加了能馈绕组X₄(X₄绕组可角接也可星接)，因此变压器T₂的绕组X₂、X₃到铁芯的距离相较于变压器T₁发生了变化，由于绕组结构存在差异，变压器T₁、T₂的阻抗难以均衡，在实际应用中其阻抗不平衡度≥10％，将导致整流后两组电源输出功率不平衡。

针对该问题，本发明提出了一种阻抗平衡的多绕组变压器供电系统，包括两台结构相同的多绕组变压器，它们并联在一起，其高压端连接外部电网，其中一台多绕组变压器低压端通过整流模块连接至为地铁供电的低压电网，其能馈绕组空置不用或者由绝缘支撑件替代，另一台多绕组变压器低压端分别通过整流模块和能馈模块连接至为地铁供电的低压电网。可以通过以下技术方案实现：

方案一：将图2中的变压器T₁设计为与变压器T₂一样的多绕组变压器，如图6所示，在运行中变压器T₁的能馈绕组X₄(X₄绕组可角接也可星接)空置不用。图6中的变压器T₁、T₂完全相同，而变压器的主绕组阻抗决定于绕组匝数和结构尺寸，所以这两台变压器的主绕组阻抗可保持一致。该方案简单易行，缺点为能馈绕组空置不用造成浪费。

方案二：将图2中的变压器T₁设计为使用绝缘支撑件替代能馈绕组，其绕组结构如图7所示，原本的能馈绕组采用绝缘支撑件代替，如图7中阴影部分，变压器T₂仍采用如图5所示的绕组结构。

由于变压器为铁芯在中间，其余绕组由内而外依次绕铁芯缠绕的同心结构，由之前的变压器阻抗计算可知，当流过的电流、绕组匝数、线圈参数相同时，变压器高低压绕组间的短路电抗仅与绕组结构尺寸有关。因此对于图7中的绝缘支撑件的限定要求为保证图7中铁芯到X₂、X₃绕组的距离与图5中铁芯到X₂、X₃绕组的距离相同，即图7中的d_core23与图5中的d_core23相同。

由于变压器T₁和T₂的X₁～X₃绕组结构尺寸相同，因此只要保证图7中的d_core23与图5中的d_core23相同，即可保证采用如图7所示结构的变压器T₁与采用如图5所示结构的变压器T₂绕组结构尺寸相同。当某些场合需要将多绕组变压器T₂和12相整流变压器T₁接入整流后并联供电时，接入系统中的两台变压器绕组匝数和结构都相同，这样保证了两台变压器之间的阻抗平衡，解决了增设能馈绕组后所带来整流绕组阻抗不平衡问题。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。