高壓變頻器中移相整流變壓器移相角的測量方法研究

陳棟

摘 要：在交流電機的控制中，變頻調速技術因效率較高且不會產生諧波污染，成為最有前景的調速方式。采用PWM技術的變頻調速器是此技術的重點應用之一，其中移相整流變壓器起到了不可或缺的作用，對此類特種變壓器移相角的測量也顯得相當重要。

關鍵詞：移相整流變壓器；變頻器；移相角的測量

1.變頻器系統拓撲結構

電動機的轉速n=60*電源頻率f（1-轉差率S）/極對數P，變頻調速技術是利用改變電動機定子電源頻率f來改變電動機的轉速n的調速方法。轉速n與頻率f之間為線性關系，調速過程中沒有節流作用以及勵磁滑差產生的附加功率損耗，使得這種調速有無極、范圍大、效率高、低損耗的特點。采用PWM技術的變頻調速器，是由多個功率單元串聯多電平的拓撲結構。以6kV五級變頻器為例，每相有五個功率單元，每個功率單元輸入經移相整流變壓器移相的三相交流電壓，經整流逆變后輸出單相交流電壓，五個功率單元串聯疊加后輸出改變頻率的6kV電壓，驅動電動機工作。

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相位移。根據變頻器電壓等級和容量大小的不同，整流脈波數各有不同：以ZTSGF_1600/6型6kV五級移相整流變壓器為例，變壓器原邊繞組6kV，副邊共15個繞組分為三相，通過延邊三角形接法，分別有+24°、+12°、0°、-12°、-24°移相角度，每個繞組接一個功率單元。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立從而實現電壓串聯，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接及移相方式分為順時針（正角度）和逆時針（負角度），聯結及移相方式如圖1：

3.移相整流變壓器移相角的計算方法

本文以ZTSGF_1600/6型6kV五級移相變為例，討論移相角的測量方法。

3.1使用DP-PP11a型數字頻率計測量移相角

數字頻率計可以測量兩組矩形波信號的時間間隔，再通過公式算得移相角。通過整形裝置并調整移相變壓器原邊輸入電壓的幅值，將兩個正弦波轉換為10V左右的兩個矩形波。測得時間間隔 后，則有移相角

。對于50Hz的電源， ， ，

分別測量移相角為+24°，+12°，-12°，-24°副邊與0°副邊輸出信號的時間間隔，得到各組移相角。此方法測量精度較高，誤差為±30′。但對設備精度及操作水平有較高要求，適合在對移相角有較高要求的場合采用。下面是空載時測得的+24°與0°副邊移相角數據：

3.2使用相量比較法測量移相角

根據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，二次側短接a相，測量 移相角：短接b相，測量 移相角：短接c相，測量 移相角。下面是空載時測得的+24°與0°副邊移相角數據：

3.3測量結果分析

以上兩種方法，可以根據現場對移相角的精度要求來選擇使用。雖然使用頻率計測量的角誤差要稍精確于相量比較法，但操作太過復雜且需要儀器較多；而采用相量比較法較簡單，實驗數據也很理想，特別適合現場調試，因此建議推廣使用相量比較法來測量移相整流變移相角。

參考文獻：

[1]魏雪亮；崔立君 特種變壓器理論與設計 1996

[2]王兆安；黃俊 電力電子技術 2000

[3]張皓；續明進；楊梅 高壓大功率交流變頻調速技術 2006