1多重化技術簡介bookmark2在大功率整流裝置中，隨著功率的進一步加大，整流裝置產生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾也隨之加大，為減輕干擾，可采用多重化整流電路，即按一定的規(guī)律將2個或多個相同結構的整流電路進行組合。采用多重化移相整流技術和單元電平串聯(lián)疊加技術研制的高壓變頻器是高壓大功率交流電機的變頻調速和控制的重要設備。6kV、300kW高壓變頻器擬采用由每相6單元串聯(lián)組成的功率單元方案，每個功率單元分別由變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間以及變壓器二次繞組之間相互絕緣。

　　其電路拓撲圖如所示，從圖中可以看出：通過移相整流變壓器的電壓變換作用，使變壓器各個連接組別的二次線電壓按要求互差一定的相位角，以實現(xiàn)多重化整流逆變的變頻變換。

　　該變壓器原邊3個高壓繞組為星形接法，副邊54個繞組分為12組延邊三角形接法和6組三角形接法，延邊三角形接法的繞組在相位上錯開20°。每個延邊三角形接法和三角形接法的繞組接一個功率單元；每相由6個功率單元串聯(lián)（人人3「丑6、廠Q組成三相電源給高壓異步電動機供電。利用變壓器副邊繞組接法的不同，互相錯開20°，可將3組橋構成串聯(lián)三重連接，串聯(lián)三重連接電路的整流電壓在每個電源周期內脈動18次，故此電路為18脈波整流電路，其交流側輸入電流中所含諧波更少，其次數(shù)為18k次（k=1，2，3，）⑴。因此，這種移相接法可以有效地消除35次以下的諧波，不會對電網(wǎng)造成超過國家標準的諧波干擾，并實現(xiàn)隔離降壓。

　　移相整流變壓器在運行時必須帶變頻功率單元三相電源輸入超前20功率單元A功率單元氏H功率單元C功率單元A2功率單元氏功率單元A3功率單元C2功率單元氏功率單元A4滯后20功率單元C3功率單元B4功率單元a5功率單元C4功率單元b5功率單元A；H功率單元C5功率單元C6 6kV異步電動機電路拓撲圖操作，因此變壓器因瞬變過渡過程而產生的操作過電壓可能會危及變頻功率單元中的電力電子器件。

　　通常10kV級及以下電壓等級的移相變壓器產生的操作過電壓不會對變壓器本身造成危險，但對電力電子器件而言卻是致命的。因此，設計移相整流變壓器時必須設法降低變壓器的操作過電壓。此外該變壓器的勵磁涌流也很大，過大的勵磁涌流會引起供電負荷開關跳閘，此時產生的截流過電壓更高，負荷開關電力自動化設備bookmark3跳閘同時也會引起電力電子器件的過電壓擊穿。

　　2移相整流變壓器抑制過電壓的方法對于變頻器移相變壓器的分斷過電壓，可以采用阻容吸收網(wǎng)絡和氧化鋅避雷器組成過電壓吸收回路，取得較好效果。

　　阻容吸收網(wǎng)絡的作用：變壓器回路的電容器由于其儲能作用，不允許電路中的電壓突變，可有效地減緩過電壓上升陡度，同時又可降低負載的波阻抗，因而降低分斷過電壓。電阻的作用是當發(fā)生分斷過電壓時，它在負載電路的高頻振蕩中使能量消耗，有效地抑制過電壓值，同時使過電壓加速衰減。

　　避雷器的作用：回路中的避雷器能限制過電壓的幅值，但不能減緩過電壓上升陡度。

　　雙避雷器的作用：如果變壓器遭受到大氣雷電過電壓，前級避雷器放電后仍有可能存在較高的殘壓，這時可以由第2級避雷器來繼續(xù)限制前級避雷器產生的殘壓。實際使用中，6kV避雷器5kA放電后的殘壓仍高達26.9kV，仍高于變壓器的絕緣水平，這時應用第2級避雷器對過電壓進行第2次抑制，使得系統(tǒng)安全正常工作（第2級避雷器的保護閾值應低于第1級避雷器的保護閾值）。

　　以上只是變頻器投入時采取的一些措施，由于變頻器工作時的過電壓基本上是變壓器分閘、合閘時產生，因此應該從變壓器設計開始采取以下措施從根本上抑制變頻器的過電壓和浪涌電流：加大變壓器勵磁電感減小空載電流；加大變壓器對地電容；采用帶靜電屏蔽措施的變壓器，可以有效地抑制合閘過電壓；限制勵磁涌流的措施主要由電磁計算及勵磁線圈的結構設計來控制。

　　通常變壓器空載合閘產生的勵磁涌流瞬時值可超過其額定電流值的數(shù)倍，即超過穩(wěn)態(tài)空載電流的數(shù)百倍，如此大的勵磁涌流由于其作用時間非常短，實際上對變壓器的線圈沒有危險，只是在整定繼電器保護時應予以考慮。對于與高壓變頻器配套的移相變壓器而言，根本上就不允許變壓器合閘時開關保護跳閘，當變壓器帶負荷合閘引起開關保護跳閘切除變壓器后，由于開關切除的是電感性電流，截流值Ich大，產生的截流過電壓也很高，極容易損壞變頻器中的電力電子器件，因此與變頻器配套的移相變壓器勵磁涌流必須足夠小。

　　3移相整流變壓器設計3.1限制變壓器的操作過電壓要限制變壓器的操作過電壓就要加大變壓器的勵磁阻抗Zm和內線圈（高壓線圈）對地電容C.經(jīng)分析得知，變壓器空載斷電時產生的截流過電壓Ucm與額定電壓Un的比值Ku即過電壓倍數(shù)由式（1）決定：為變壓器特性阻抗；Lm為變壓器勵磁電感；Zm為變壓器勵磁阻抗；C為變壓器內線圈（初級）對地電容；f為截流后的振蕩頻率；f為電網(wǎng)工頻。

　　顯然加大勵磁阻抗以及內線圈對地電容都可降低過電壓倍數(shù)。

　　在結構上限制操作過電壓的措施是高壓線圈采用多層圓筒雙屏蔽式結構或插入電容式繞組結構。

　　雙靜電屏放置在線圈的內外層分別與線圈的起頭和尾頭連接，如所示。

　　移相整流變壓器的高壓線圈采用多層圓筒式結構，其優(yōu)點在于多層圓筒式線圈的各層表面積很大且層間距離較小，故縱向電容大，增加了變壓器線圈本身的抗過電壓沖擊的能力，具有較高的抗沖擊強度。

　　插入電容式繞組也是一種具有高縱向電容的繞組，它是在連續(xù)式繞組基礎上發(fā)展起來的，插入電容式繞組是在連續(xù)式線段的線匝間插入屏蔽線匝的一種繞組，同樣具有較高的抗沖擊強度。

　　高壓線圈加靜電屏的作用是：增大了線圈的對地電容C，因而也降低了過電壓倍數(shù)；降低了沖擊過電壓傳遞到副邊的靜電分量。

　　當沖擊電壓波入侵到變壓器的某一繞組時，由于繞組間的電磁耦合，該變壓器的其他繞組上也會出現(xiàn)過電壓。繞組間電壓傳遞基本上有2個分量，其一是靜電耦合所產生，其二是電磁耦合所產生①。

　　此處只研究前者一靜電分量。

　　在沖擊電壓波入侵到變壓器繞組的瞬間，由于①沈陽變壓器研究所。變壓器設計手冊，1985.陳湘令，等：移相整流變壓器抑制過電壓研宄波頭很陡（相當于頻率很高），繞組的感抗很大，可認為電感開路，故在初始時刻繞組間電壓的傳遞是以電容的靜電耦合形式進行的。沖擊電壓波情況下，變壓器繞組間的分布電容起主要作用，變壓器2個繞組間的電容耦合等值線路圖如所示。

　　d.根據(jù)線圈本身的發(fā)熱與溫升，可在線段中間增設由金屬瓦楞板形成的垂直氣道。

　　對于小電流的變壓器的副邊繞組采用為短圓筒式，見。其繞制方法按層式繞組的繞制規(guī)律，即匝與匝之間是按軸向排列，但外觀與餅式繞組相似。

　　（a）靜電耦合（b）等值電路繞組間靜電耦合與等值電路圖在移相變壓器中繞組2-2為副邊閥側繞組，放置在網(wǎng)側繞組1-1的外面，距鐵芯較遠。未加靜電屏時，對地電容C2較小，耦合電容C12較大，從式（3）可知繞組2-2中耦合的沖擊電壓U2較高。

　　加了靜電屏后，耦合電容Cw如圖中上部虛線圓中所示由2個電容串聯(lián)，數(shù)值減小，而繞組2-2的對地電容C2增大，從式（3）可知繞組2-2中耦合的沖擊電壓U2減小。

　　對于大電流的變壓器的副邊繞組采用多單餅并短圓筒式繞組除了工藝簡單、對電磁線線規(guī)的寬厚比要求不像餅式繞組那樣苛刻外，還有其獨特的優(yōu)點：縱向電容和對地電容大，繞組承受沖擊電壓的能力強，也減小了副繞組靜電耦合電壓。繞組散熱除了水平氣道外還增設由金屬瓦楞板形成的垂直氣道，后者的散熱能力大，優(yōu)于前者，繞組的溫升低，因而可減小導線截面，降低變壓器材料成本。

　　使用金屬瓦楞氣道增大了線圈的縱向電容，降低了操作過電壓倍數(shù)，提高了變壓器線圈本身的抗過電壓沖擊能力。

　　根據(jù)理論分析，三相變壓器空載合閘后其勵磁涌流的比較大值Ita按式（4）計算：其中，Bm為鐵芯磁密；So為鐵芯有效截面積；h為合閘線圈高度；W為合閘線圈匝數(shù)；Sw為按合閘線圈內徑計算的面積；Bs為鐵芯剩磁；14為鐵芯材聯(lián)式結構，見。

　　其特點如下：要降低勵磁涌流，在設計時應從以下方面著手：選擇磁導率高、剩磁低的鐵芯材料，降低磁密，降低合閘線圈高度，增加合閘線圈的匝數(shù)和直徑。

　　a.單根電磁線繞制成單餅式線段，每個線段包含了一個移相單元的全部線匝；b.根椐電流的大小及電磁線規(guī)允許的制造尺寸，選用若干個線段并聯(lián)的方式；c.導線為絕緣包繞的電磁線，而不用裸銅帶，因在眾多電力設備中，移相整流變壓器在高壓變頻器中起了一個非常重要的作用。筆者按照上述抑制過電壓和勵磁涌流原則設計的6kV、300kW高壓變頻器用ZPSG-530/6移相整流變壓器，較好地克服了過電壓和勵磁涌流對電力電子器件的危害，整套變頻裝置已運行一年多，其間經(jīng)歷過多次變壓器空載合閘和負載跳閘，未見對變壓器本身和變頻裝置的電力電子器件發(fā)生損害。