整流變壓器常用移相方式與結構特點的分析及討論

趙麗

摘 要：整流變壓器是專用于整流系統的變壓器，能供給整流系統適當的電壓，并能減少整流系統引起的波形畸變對電網的影響。在應用整流變壓器時，移相方式的選擇非常重要，不同的移相方式有不同的結構特點。因此，就整流變壓器常用的移相方式及其結構特點展開了探討。

關鍵詞：整流變壓器；移相方式；電源變壓器；功率

中圖分類號：TM422 文獻標識碼：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備的電源變壓器，最突出的特點為原邊輸入交流、副邊通過整流元件后輸出直流。目前，用于工業領域的整流直流電源基本是由交流電網通過整流變壓器和整流設備得到的。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。由于后續整流元件具有單向導通特征，所以，各相線之間不再同時流有負載電流。對于軟流導電而言，單方向的脈動電流經過濾波裝置后會轉換為直流電，整流變壓器的二次電壓電流與容量連接組相關，比如三相橋式整流線路等。整流變壓器的參數計算一般是以整流線路為前提的，并從二次側向一次側推算。整流變壓器的繞組電流為非正弦，且含有大量的高次諧波。在應用整流變壓器的過程中，為了有效減少其對電網的影響，并進一步增大功率因數，就必須通過移相的方法增大整流變壓器的脈沖數。對整流變壓器進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相位。

2 整流變壓器移相方式的結構特點

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構特點進行分析。

2.1 星角繞組移相的結構特點

該移相方式可細分為二次側移相和一次側移相。

2.1.1 二次側移相

這種移相方式較為簡單，只需要配置1臺整流變壓器，并在一次側設置1個聯結成Y或D的三相繞組，二次側設置2個分別聯結成Y和D的二次繞組（同名端線電壓之間的相位移為30°）。二次側以星角的方式聯結的2個繞組能使整流電路的脈沖數提高1倍左右。如果采用橋式整流電路，則可以使脈沖數達到12.從理論的角度講，星角聯結方式下的2個二次繞組的匝數比為1∶ ，但這個比值在實際中很難達到。在裝置容量較大、二次電壓較低的情況下，二次繞組的匝數僅為一兩匝，基本無法滿足理論給出的比值。只有當容量小、二次電壓較高時，匝數比才有可能接近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生一定的環流。因此，可采取相控調壓的措施，盡可能地使整流器的輸出相等，從而消除環流。

2.1.2 一次側移相

與二次側移相不同，一次側移相需配置2臺整流變壓器以并聯的方式運行，其一次繞組分別聯結成Y和D，二次繞組聯結成Y或D（同名端線電壓之間的相位移為30°）。這樣可使整機的脈沖數可提升1倍。2臺整流變壓器的鐵芯可采用共軛結構，如圖1所示。

當式（1）中的Φ1=Φ2時，則Φ3=0.518Φ1.雖然這種共軛式鐵芯結構在加工制造時較為復雜，但實際應用中的經濟性較好。

2.2 移相繞組移相的結構特點

在實際應用中，脈沖數為12的大功率整流設備很難滿足使用需求，因此，應選用脈沖數更大的整流機組。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，而一次側移相繞組與主繞組的聯結方式有以下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個相位角。移相繞組電壓與合成電壓的之間關系可用下式表示：

. （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，當相位角α≥60°時，UM=0.因此，能得出一次繞組的結構容量KP與移相角度之間的關系，可用下式表示：

. （4）

由式（4）可以看出，當移相角度 增大時，一次繞組的結構容量KP也會隨之增大。在這種聯結方式下，中性點可引出直接接地。

2.2.2 延邊三角形

這種結構形式的繞組電壓與合成電壓的關系表達式為：

. （5）

由式（5）可知，當相位角α≥30°時，UM=0.這種結構形式最突出的特點是材料用量少。

2.3 移相自耦變壓器移相的結構特點

為了達到整流設備移相的目的，可將移相繞組設置在整流變壓器一次側。由于不同變壓器的結構、阻抗不同，導致處于并聯狀態下的變壓器之間會出現環流現象。采用單獨的自耦移項變壓器能有效避免上述問題的發生。如果采用聯結組形式，則各臺整流變壓器可采用D和Y的聯結方式進行一次繞組，從而節省材料。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕