整流變壓器常用移相方式與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析及討論

趙麗

摘 要：整流變壓器是專用于整流系統(tǒng)的變壓器，能供給整流系統(tǒng)適當(dāng)?shù)碾妷?，并能減少整流系統(tǒng)引起的波形畸變對電網(wǎng)的影響。在應(yīng)用整流變壓器時(shí)，移相方式的選擇非常重要，不同的移相方式有不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。因此，就整流變壓器常用的移相方式及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開了探討。

關(guān)鍵詞：整流變壓器；移相方式；電源變壓器；功率

中圖分類號：TM422 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.111

1 整流變壓器的工作原理

整流變壓器是整流設(shè)備的電源變壓器，最突出的特點(diǎn)為原邊輸入交流、副邊通過整流元件后輸出直流。目前，用于工業(yè)領(lǐng)域的整流直流電源基本是由交流電網(wǎng)通過整流變壓器和整流設(shè)備得到的。對于大功率的整流裝置而言，其電流相對較大，但二次電壓較低，整流變壓器的二次電流不是正弦交流。由于后續(xù)整流元件具有單向?qū)ㄌ卣?，所以，各相線之間不再同時(shí)流有負(fù)載電流。對于軟流導(dǎo)電而言，單方向的脈動電流經(jīng)過濾波裝置后會轉(zhuǎn)換為直流電，整流變壓器的二次電壓電流與容量連接組相關(guān)，比如三相橋式整流線路等。整流變壓器的參數(shù)計(jì)算一般是以整流線路為前提的，并從二次側(cè)向一次側(cè)推算。整流變壓器的繞組電流為非正弦，且含有大量的高次諧波。在應(yīng)用整流變壓器的過程中，為了有效減少其對電網(wǎng)的影響，并進(jìn)一步增大功率因數(shù)，就必須通過移相的方法增大整流變壓器的脈沖數(shù)。對整流變壓器進(jìn)行移相最主要的目的是使其二次繞組的同名端線電壓之間有一個(gè)相位。

2 整流變壓器移相方式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

整流變壓器較為常用的移相方式有星角繞組移相、移相繞組移相和移相自耦變壓器移相等。下面對這3種常用的移相方式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1 星角繞組移相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該移相方式可細(xì)分為二次側(cè)移相和一次側(cè)移相。

2.1.1 二次側(cè)移相

這種移相方式較為簡單，只需要配置1臺整流變壓器，并在一次側(cè)設(shè)置1個(gè)聯(lián)結(jié)成Y或D的三相繞組，二次側(cè)設(shè)置2個(gè)分別聯(lián)結(jié)成Y和D的二次繞組（同名端線電壓之間的相位移為30°）。二次側(cè)以星角的方式聯(lián)結(jié)的2個(gè)繞組能使整流電路的脈沖數(shù)提高1倍左右。如果采用橋式整流電路，則可以使脈沖數(shù)達(dá)到12.從理論的角度講，星角聯(lián)結(jié)方式下的2個(gè)二次繞組的匝數(shù)比為1∶ ，但這個(gè)比值在實(shí)際中很難達(dá)到。在裝置容量較大、二次電壓較低的情況下，二次繞組的匝數(shù)僅為一兩匝，基本無法滿足理論給出的比值。只有當(dāng)容量小、二次電壓較高時(shí)，匝數(shù)比才有可能接近1∶ .由于星角繞組的線電壓之間存在較為明顯的差別，所以，會在兩組整流器之間產(chǎn)生一定的環(huán)流。因此，可采取相控調(diào)壓的措施，盡可能地使整流器的輸出相等，從而消除環(huán)流。

2.1.2 一次側(cè)移相

與二次側(cè)移相不同，一次側(cè)移相需配置2臺整流變壓器以并聯(lián)的方式運(yùn)行，其一次繞組分別聯(lián)結(jié)成Y和D，二次繞組聯(lián)結(jié)成Y或D（同名端線電壓之間的相位移為30°）。這樣可使整機(jī)的脈沖數(shù)可提升1倍。2臺整流變壓器的鐵芯可采用共軛結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

當(dāng)式（1）中的Φ1=Φ2時(shí)，則Φ3=0.518Φ1.雖然這種共軛式鐵芯結(jié)構(gòu)在加工制造時(shí)較為復(fù)雜，但實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性較好。

2.2 移相繞組移相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在實(shí)際應(yīng)用中，脈沖數(shù)為12的大功率整流設(shè)備很難滿足使用需求，因此，應(yīng)選用脈沖數(shù)更大的整流機(jī)組。在此前提下，必須選擇移相繞組的方式移相。通常情況下，移相繞組基本安裝在整流變壓器的一次側(cè)，而一次側(cè)移相繞組與主繞組的聯(lián)結(jié)方式有以下2種。

2.2.1 曲折形

對于前移曲折形繞組而言，在移相繞組的作用下，主繞組的電壓向量會向前移1個(gè)相位角。對于后移曲折形繞組而言，受移相繞組的影響，主繞組的電壓箱梁會向后移1個(gè)相位角。移相繞組電壓與合成電壓的之間關(guān)系可用下式表示：

. （2）

式（2）中：UY為移相繞組電壓；U1為合成電壓；α為相位角。

主繞組電壓與合成電壓之間的關(guān)系可用下式表示：

. （3）

式（3）中：UM為主繞組電壓。

由式（2）和式（3）可以看出，當(dāng)相位角α≥60°時(shí)，UM=0.因此，能得出一次繞組的結(jié)構(gòu)容量KP與移相角度之間的關(guān)系，可用下式表示：

. （4）

由式（4）可以看出，當(dāng)移相角度 增大時(shí)，一次繞組的結(jié)構(gòu)容量KP也會隨之增大。在這種聯(lián)結(jié)方式下，中性點(diǎn)可引出直接接地。

2.2.2 延邊三角形

這種結(jié)構(gòu)形式的繞組電壓與合成電壓的關(guān)系表達(dá)式為：

. （5）

由式（5）可知，當(dāng)相位角α≥30°時(shí)，UM=0.這種結(jié)構(gòu)形式最突出的特點(diǎn)是材料用量少。

2.3 移相自耦變壓器移相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為了達(dá)到整流設(shè)備移相的目的，可將移相繞組設(shè)置在整流變壓器一次側(cè)。由于不同變壓器的結(jié)構(gòu)、阻抗不同，導(dǎo)致處于并聯(lián)狀態(tài)下的變壓器之間會出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。采用單獨(dú)的自耦移項(xiàng)變壓器能有效避免上述問題的發(fā)生。如果采用聯(lián)結(jié)組形式，則各臺整流變壓器可采用D和Y的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行一次繞組，從而節(jié)省材料。

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〔編輯：張思楠〕