高壓變頻器中移相整流變壓器移相角的測(cè)量方法研究

陳棟

摘 要：在交流電機(jī)的控制中，變頻調(diào)速技術(shù)因效率較高且不會(huì)產(chǎn)生諧波污染，成為最有前景的調(diào)速方式。采用PWM技術(shù)的變頻調(diào)速器是此技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用之一，其中移相整流變壓器起到了不可或缺的作用，對(duì)此類特種變壓器移相角的測(cè)量也顯得相當(dāng)重要。

關(guān)鍵詞：移相整流變壓器；變頻器；移相角的測(cè)量

1.變頻器系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=60*電源頻率f（1-轉(zhuǎn)差率S）/極對(duì)數(shù)P，變頻調(diào)速技術(shù)是利用改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率f來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n的調(diào)速方法。轉(zhuǎn)速n與頻率f之間為線性關(guān)系，調(diào)速過程中沒有節(jié)流作用以及勵(lì)磁滑差產(chǎn)生的附加功率損耗，使得這種調(diào)速有無極、范圍大、效率高、低損耗的特點(diǎn)。采用PWM技術(shù)的變頻調(diào)速器，是由多個(gè)功率單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以6kV五級(jí)變頻器為例，每相有五個(gè)功率單元，每個(gè)功率單元輸入經(jīng)移相整流變壓器移相的三相交流電壓，經(jīng)整流逆變后輸出單相交流電壓，五個(gè)功率單元串聯(lián)疊加后輸出改變頻率的6kV電壓，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作。

2.移相整流變壓器的原理

移相整流變壓器的原理是將變壓器副邊分為多繞組形式，每個(gè)繞組采用延邊三角形移相，從而使得二次繞組的同名端線電壓之間有一個(gè)相位移。根據(jù)變頻器電壓等級(jí)和容量大小的不同，整流脈波數(shù)各有不同：以ZTSGF_1600/6型6kV五級(jí)移相整流變壓器為例，變壓器原邊繞組6kV，副邊共15個(gè)繞組分為三相，通過延邊三角形接法，分別有+24°、+12°、0°、-12°、-24°移相角度，每個(gè)繞組接一個(gè)功率單元。移相整流變壓器起到了電氣隔離的作用，使得各功率單元相互獨(dú)立從而實(shí)現(xiàn)電壓串聯(lián)，并且通過多重化整流逆變有效消除了諧波。其副邊繞組延邊三角形聯(lián)接及移相方式分為順時(shí)針（正角度）和逆時(shí)針（負(fù)角度），聯(lián)結(jié)及移相方式如圖1：

3.移相整流變壓器移相角的計(jì)算方法

本文以ZTSGF_1600/6型6kV五級(jí)移相變?yōu)槔?，討論移相角的測(cè)量方法。

3.1使用DP-PP11a型數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量移相角

數(shù)字頻率計(jì)可以測(cè)量?jī)山M矩形波信號(hào)的時(shí)間間隔，再通過公式算得移相角。通過整形裝置并調(diào)整移相變壓器原邊輸入電壓的幅值，將兩個(gè)正弦波轉(zhuǎn)換為10V左右的兩個(gè)矩形波。測(cè)得時(shí)間間隔 后，則有移相角

。對(duì)于50Hz的電源， ， ，

分別測(cè)量移相角為+24°，+12°，-12°，-24°副邊與0°副邊輸出信號(hào)的時(shí)間間隔，得到各組移相角。此方法測(cè)量精度較高，誤差為±30′。但對(duì)設(shè)備精度及操作水平有較高要求，適合在對(duì)移相角有較高要求的場(chǎng)合采用。下面是空載時(shí)測(cè)得的+24°與0°副邊移相角數(shù)據(jù)：

3.2使用相量比較法測(cè)量移相角

根據(jù)移相變壓器二次繞組延邊三角形移相原理，可選擇變壓器同一低壓繞組，連接同一同名端子，測(cè)量其他端子的電壓，通過比較相量來得到移相角，如圖2：

，同理可計(jì)算出各二次繞組

之間移相角度。一次施加三相正序電壓，二次側(cè)短接a相，測(cè)量 移相角：短接b相，測(cè)量 移相角：短接c相，測(cè)量 移相角。下面是空載時(shí)測(cè)得的+24°與0°副邊移相角數(shù)據(jù)：

3.3測(cè)量結(jié)果分析

以上兩種方法，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)移相角的精度要求來選擇使用。雖然使用頻率計(jì)測(cè)量的角誤差要稍精確于相量比較法，但操作太過復(fù)雜且需要儀器較多；而采用相量比較法較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也很理想，特別適合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，因此建議推廣使用相量比較法來測(cè)量移相整流變移相角。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏雪亮；崔立君 特種變壓器理論與設(shè)計(jì) 1996

[2]王兆安；黃俊 電力電子技術(shù) 2000

[3]張皓；續(xù)明進(jìn)；楊梅 高壓大功率交流變頻調(diào)速技術(shù) 2006