整流變壓器的使用原理

許亞迪， 張路瑩， 鄭文青， 周麟坤

（山東科技大學， 山東 濟南 230031）

1 整流變壓器簡介

用于大型直流整流器應用的變壓器實際上是一種整流器件。本應用是變壓器和整流電路的組合，它具有在整流原邊后原邊輸入交流電和副邊輸出直流電的功能。整流電路是將交流電轉換為直流電的電路，通常由主電路、濾波器和變壓器組成[1]。大多數用于工業的整流直流電源通過整流變壓器和整流器設備從交流電網獲得。在這項研究中，將主要解釋基本原理、應用和現有的技術問題。

2 整流變壓器工作原理

2.1 工作原理

整流變壓器的最大特點是次級電流而非正弦交流電。由于隨后的整流器部件的導通特性，每個相線以負載電流流動，并且單向脈動電流由濾波器裝置轉換為DC。整流變壓器的二次電壓和電流不光與容量連接組有關，而且與初級側交流電的質量有關。以三相橋式整流電路為例，雙路反向帶平衡電抗器的整流電路在二次整流電路后不轉換所需的直流輸出電壓。所以，整流變壓器參數的計算一般是以整流線路為前提的，參數計算是從次要計算到主要計算[2-3]。

下面簡要介紹三相整流電路的工作。工業上使用的大功率直流電源主要是通過二極管或晶閘管整流三相正弦交流電獲得的。如圖1所示，三相交流電源通過一個三相變壓器進行變壓，其二次星形連接與三相橋式電路a，b和c端子連接。圖1中的6個二極管分為兩組，第一組VT1、VT3和VT5是公共負極連接，而第二組VT2、VT4和VT6是公共正連接。之后，每組中的3個二極管或晶閘管導通。對于普通的負電極組，具有最高正電位的二極管或晶閘管導通；對于公共正極組，具有最低負極電位的二極管或晶閘管導通。同時，每組中只有一個二極管或晶閘管導通，另一個不導通。

圖1 變壓器的二次側（二極管）

2.2 應用

大型直流整流變壓器廣泛應用于照明、機床設備、機電設備、醫療設備、整流裝置等各個行業。電化學工業應用了大部分精餾，因為電解有色金屬化合物生產鋁、鎂、銅和其他金屬。使用整流系統的變壓器占公司總用電量的80%左右[4]。

在電力系統應用中，大型直流整流變壓器常用于直流輸電線路換流站，直流輸電系統的核心是完成交、直流轉換。直流輸電的經濟效益遠高于交流輸電在高壓輸電中的經濟效益。這種整流變壓器的電壓一般在110 kV以上，容量在幾萬千伏安，在使用中需要注意接地絕緣的交、直流疊加問題。大型直流整流變壓器將交流系統電壓轉換為換相電壓，并利用變壓器繞組的不同連接為兩個換相轉換器提供相同的幅度和相位差30°（基波電角度），實現12次脈動換向。它也是相互隔離的，以避免交流系統的中性點接地和直流部分中性點的直接連接，這使得換相無法執行[5]。

2.3 技術問題

由于變壓器中電力電子設備固有的非線性影響，在轉換過程中會產生大量諧波，對公共電網造成污染，嚴重危及電力和電力的供應。在這種情況下，不僅會降低電網供電質量，還會造成巨大的電力浪費。因此，必須采取先進的測量裝置，以確保供氣設備的安全和經濟運行。

3 結語

由于直流輸電的普及和大規模應用，在電解工業中應用了大量的直流電源，通過電解電解質獲得化學元素。同時，使用大型直流整流器的變壓器大多用于直流輸電系統，用作換流站和負載終端。然而，在整流變壓器中，由于諧波的影響，會對電網和直流電的質量產生影響。目前，通過改變布線方式和采用新材料，諧波效應普遍降低。總之，整流變壓器的應用越來越廣泛，各大高校和科研院所提供了一系列解決整流器系統諧波損耗、減振、降噪等重要問題的方法。