变频器用多脉波整流变压器移相技术的研究

张韶承

保定天威集团特变电气有限公司河北保定071056

摘要：本文主要针对变频器用多脉波整流变压器的移相展开分析，思考了变频器用多脉波整流变压器的移相的思路和具体的措施，明确了一些比较可行的方法，希望可以为今后的相关工作提供参考。

关键词：变频器；多脉波整流变压器；移相

1前7言

目前，在变频器用多脉波整流变压器的移相过程中，还有不少问题，为了可以进一步提高变频器用多脉波整流变压器的移相的效果，避免出现质量问题，一定要提高工作效果。

2多脉波整流移相变压器研究现状

整流变压器是整流设备的电源变压器，最突出的特点为原边输入交流、副边通过整流元件后输出直流。目前，用于工业领域的整流直流电源基本是由交流电网通过整流变压器和整流设备得到的。对于大功率的整流装置而言，其电流相对较大，但二次电压较低，整流变压器的二次电流不是正弦交流。由于后续整流元件具有单向导通特征，所以，各相线之间不再同时流有负载电流。对于软流导电而言，单方向的脉动电流经过滤波装置后会转换为直流电，整流变压器的二次电压电流与容量连接组相关，比如三相桥式整流线路等。整流变压器的参数计算一般是以整流线路为前提的，并从二次侧向一次侧推算。整流变压器的绕组电流为非正弦，且含有大量的高次谐波。在应用整流变压器的过程中，为了有效减少其对电网的影响，并进一步增大功率因数，就必须通过移相的方法增大整流变压器的脉冲数。对整流变压器进行移相最主要的目的是使其二次绕组的同名端线电压之间有一个相位。

解决大功率整流系统的谐波问题往往采用两类方法：（1）加装谐波补偿装置，基于电流补偿原理来实现谐波补偿，但很多情况下，谐波补偿装置成本高、体积大，带来不必要的损耗；（2）对整流系统进行改进，抑制谐波的产生，这是从源头上解决谐波问题的方法，PWM整流器和多脉波整流是这类方法的代表技术。

多脉波整流因具有结构简单、成本低、可靠性高等优点，在大功率整流系统中得到了广泛应用。作为多脉波整流重要部件的移相变压器，提高容量会增加系统成本。同时，为了实现正确的移相角度，需要对绕组间的匝比、联结方式、串联次序等进行特殊设计，而变压器的结构随相数增加也会更为复杂。为了降低生产成本、减小变压器体积重量、改善输出波形，国内外学者先后提出了多种拓扑结构的移相变压器，有效推动了多脉波整流技术的发展。但目前的解决方案一般是在多柱式铁心磁路结构的基础上，对绕组电路的拓扑结构的改进。

3移相的实现

所谓的移相整流变压器就是一种通过将交流电转换为直流电，是一种应用广泛的变压装置。由于现在直流调速还存在于对起动转矩以及调速性能要求高的电解铝、矿山造纸等行业，而这些所用不同电压等级的直流电基本上都是通过移相整流变压器整流得来，为此非常有必要对移相整流变进行系统的研究。移相整流变压器在电力设备中最主要的应用就是应用于高压变频器，使得高压变频器能够实现多重化输入以及有效的减少输入谐波。从高压侧变频器的结构组成来看，高压变频器主要分为高-高和高-低-高这两种：（1）高-高型高压变频器。这类高压变频器是采用将多个元件串联方式，实现输入以及输出的高电压方式；（2）高-低-高型高压变频器。这类高压变频器可以等效为降压变、低压变频器、升压变结构。高-低-高型高压变频器工作基本原理是：首先，电网输入的交流电，经过降压变降到低压变频器输入端电压，经变频器变频之后，经过升压变将电压等级升高后供各负载使用。

从以上两种不同形式的变频器来看，高-高型高压变频器有良好的变频效果，能够输出较为理想的电压波形，效率也比较高，但是与高-低-高型高压变频器相比，成本较高，应用较为局限，而高-低-高型高压变频器来看，这种变频器的应用相对广泛，技术也比较成熟，不过效率不高，而且对电网有一定的谐波危害。

总的来看，移相整流变压器的主要作用可以总结为：（1）对于输入谐波的危害，采用原边与副边的电压相位转移的方式，最大程度上降低输入谐波的影响；（2）在绝缘方面，通过移相整流变可以实现与电网的电器隔离；（3）在效果方面，可以得到所需要的电压等级以及波形。移相整流变压器在高压变频器中的应用，使得高压变频器在高压电机等用电得到明显的改善，对于国家建设以及发展做出一定的贡献。

在电网三相电压的基础上，为获得均匀分布多脉波阀侧电压，即需要每相阀侧电压在120°内均匀分布展。为此利用Y，d11与Y，d1两种接线组别，达到相互移相60°。再利用付边三角形接线向两边延边移相得到需要的相位角。按照接线组别定义，顺时针移相为（+），逆时针移相为（-）。例如：18个脉波的移相变压器，间隔为：360°&pide;18=20°。其接线组别计移相角按顺序分别为：Y，d11-20°；Y，d11；Y，d11+20°；Y，d1-20°；Y，d1；Y，d11+20°。

4延边三角形电压、移相角及匝数的计算

4.1电压计算

在已知网侧电压和变频器单元电压及脉数所对应的移相角，按正弦定理得：

Uy=U2n·（sinα/sin120°）；UZ=U2n·[sin（60°-α）-sinα]/sin120；式中：Uy—延边电压（V）；U2n—变频器单元电压（V）；

α—移相角（度）；UZ—内三角电压（V）；

4.2匝数计算

按整流变压器计算得到铁心数据及每匝电压，由于匝数只能是整数，因此合成电压及移相角度会产生偏差。为了减少偏差，多取几种延边匝数进行比较，采用偏差较小的匝数，取其接近的整数匝，电压偏差会小些，同时角偏差也小些。

Ny=Uy/et（匝）；NZ=UZ/et（匝）；式中：Ny—沿边匝数；NZ—内三角匝数；et—每匝电压（V）。

4.3偏差计算

按照最后确定的每匝电压及各相位下的匝数，计算实际电压及移相角。

Ny=Uy·et（V）；NZ=UZ·et；按余弦定理合成：

U2=[Uy2+（Uy+UZ）2+Uy·（Uy+UZ）]1/2；式中：U2—实际输出线电压（V）；其它符号同前。电压偏差|ΔU|=|（U2-Uzn）/Uzn|×100%；实际移相角β′=arcsin（Uy·sin120°/UZ）；角偏差|Δβ|=|（ν-ν′）/ν|×100%；

式中：β—预计的移相角（°）；β′—实际的移相角（°）。

5三相变频器变压器的构成及结构特点

三相变频器变压器一般由网侧及多个阀侧绕组组成，由于每个阀侧绕组由基本绕组和移相绕组组成，因此阀侧绕组抽头较多，一般置于铁心最外侧。网侧绕组放置于铁心侧，一般无分接。网侧绕组与阀侧绕组间有磁屏蔽。各个阀侧绕组沿铁心轴向布置。对于大容量多脉波整流变压器，考虑到制造和运输的条件限制，可采用双器身或三器身共箱的结构。

6结语

综上所述，本文总结了变频器用多脉波整流变压器的移相的相关问题，对于变频器用多脉波整流变压器的移相的理论以及应用的流程进行了探讨，总结了一些方法和措施，可供今后工作参考。

参考文献：

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[2]赵丽.整流变压器常用移相方式与结构特点的分析及讨论[J].科技与创新，2018（08）：111.