1多重化技术简介bookmark2在大功率整流装置中，随着功率的进一步加大，整流装置产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路，即按一定的规律将2个或多个相同结构的整流电路进行组合。采用多重化移相整流技术和单元电平串联叠加技术研制的高压变频器是高压大功率交流电机的变频调速和控制的重要设备。6kV、300kW高压变频器拟采用由每相6单元串联组成的功率单元方案，每个功率单元分别由变压器的一组二次绕组供电，功率单元之间以及变压器二次绕组之间相互绝缘。

　　其电路拓扑图如所示，从图中可以看出：通过移相整流变压器的电压变换作用，使变压器各个连接组别的二次线电压按要求互差一定的相位角，以实现多重化整流逆变的变频变换。

　　该变压器原边3个高压绕组为星形接法，副边54个绕组分为12组延边三角形接法和6组三角形接法，延边三角形接法的绕组在相位上错开20°。每个延边三角形接法和三角形接法的绕组接一个功率单元；每相由6个功率单元串联（人人3「丑6、厂Q组成三相电源给高压异步电动机供电。利用变压器副边绕组接法的不同，互相错开20°，可将3组桥构成串联三重连接，串联三重连接电路的整流电压在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路，其交流侧输入电流中所含谐波更少，其次数为18k次（k=1，2，3，）⑴。因此，这种移相接法可以有效地消除35次以下的谐波，不会对电网造成超过国家标准的谐波干扰，并实现隔离降压。

　　移相整流变压器在运行时必须带变频功率单元三相电源输入超前20功率单元A功率单元氏H功率单元C功率单元A2功率单元氏功率单元A3功率单元C2功率单元氏功率单元A4滞后20功率单元C3功率单元B4功率单元a5功率单元C4功率单元b5功率单元A；H功率单元C5功率单元C6 6kV异步电动机电路拓扑图操作，因此变压器因瞬变过渡过程而产生的操作过电压可能会危及变频功率单元中的电力电子器件。

　　通常10kV级及以下电压等级的移相变压器产生的操作过电压不会对变压器本身造成危险，但对电力电子器件而言却是致命的。因此，设计移相整流变压器时必须设法降低变压器的操作过电压。此外该变压器的励磁涌流也很大，过大的励磁涌流会引起供电负荷开关跳闸，此时产生的截流过电压更高，负荷开关电力自动化设备bookmark3跳闸同时也会引起电力电子器件的过电压击穿。

　　2移相整流变压器抑制过电压的方法对于变频器移相变压器的分断过电压，可以采用阻容吸收网络和氧化锌避雷器组成过电压吸收回路，取得较好效果。

　　阻容吸收网络的作用：变压器回路的电容器由于其储能作用，不允许电路中的电压突变，可有效地减缓过电压上升陡度，同时又可降低负载的波阻抗，因而降低分断过电压。电阻的作用是当发生分断过电压时，它在负载电路的高频振荡中使能量消耗，有效地抑制过电压值，同时使过电压加速衰减。

　　避雷器的作用：回路中的避雷器能限制过电压的幅值，但不能减缓过电压上升陡度。

　　双避雷器的作用：如果变压器遭受到大气雷电过电压，前级避雷器放电后仍有可能存在较高的残压，这时可以由第2级避雷器来继续限制前级避雷器产生的残压。实际使用中，6kV避雷器5kA放电后的残压仍高达26.9kV，仍高于变压器的绝缘水平，这时应用第2级避雷器对过电压进行第2次抑制，使得系统安全正常工作（第2级避雷器的保护阈值应低于第1级避雷器的保护阈值）。

　　以上只是变频器投入时采取的一些措施，由于变频器工作时的过电压基本上是变压器分闸、合闸时产生，因此应该从变压器设计开始采取以下措施从根本上抑制变频器的过电压和浪涌电流：加大变压器励磁电感减小空载电流；加大变压器对地电容；采用带静电屏蔽措施的变压器，可以有效地抑制合闸过电压；限制励磁涌流的措施主要由电磁计算及励磁线圈的结构设计来控制。

　　通常变压器空载合闸产生的励磁涌流瞬时值可超过其额定电流值的数倍，即超过稳态空载电流的数百倍，如此大的励磁涌流由于其作用时间非常短，实际上对变压器的线圈没有危险，只是在整定继电器保护时应予以考虑。对于与高压变频器配套的移相变压器而言，根本上就不允许变压器合闸时开关保护跳闸，当变压器带负荷合闸引起开关保护跳闸切除变压器后，由于开关切除的是电感性电流，截流值Ich大，产生的截流过电压也很高，极容易损坏变频器中的电力电子器件，因此与变频器配套的移相变压器励磁涌流必须足够小。

　　3移相整流变压器设计3.1限制变压器的操作过电压要限制变压器的操作过电压就要加大变压器的励磁阻抗Zm和内线圈（高压线圈）对地电容C.经分析得知，变压器空载断电时产生的截流过电压Ucm与额定电压Un的比值Ku即过电压倍数由式（1）决定：为变压器特性阻抗；Lm为变压器励磁电感；Zm为变压器励磁阻抗；C为变压器内线圈（初级）对地电容；f为截流后的振荡频率；f为电网工频。

　　显然加大励磁阻抗以及内线圈对地电容都可降低过电压倍数。

　　在结构上限制操作过电压的措施是高压线圈采用多层圆筒双屏蔽式结构或插入电容式绕组结构。

　　双静电屏放置在线圈的内外层分别与线圈的起头和尾头连接，如所示。

　　移相整流变压器的高压线圈采用多层圆筒式结构，其优点在于多层圆筒式线圈的各层表面积很大且层间距离较小，故纵向电容大，增加了变压器线圈本身的抗过电压冲击的能力，具有较高的抗冲击强度。

　　插入电容式绕组也是一种具有高纵向电容的绕组，它是在连续式绕组基础上发展起来的，插入电容式绕组是在连续式线段的线匝间插入屏蔽线匝的一种绕组，同样具有较高的抗冲击强度。

　　高压线圈加静电屏的作用是：增大了线圈的对地电容C，因而也降低了过电压倍数；降低了冲击过电压传递到副边的静电分量。

　　当冲击电压波入侵到变压器的某一绕组时，由于绕组间的电磁耦合，该变压器的其他绕组上也会出现过电压。绕组间电压传递基本上有2个分量，其一是静电耦合所产生，其二是电磁耦合所产生①。

　　此处只研究前者一静电分量。

　　在冲击电压波入侵到变压器绕组的瞬间，由于①沈阳变压器研究所。变压器设计手册，1985.陈湘令，等：移相整流变压器抑制过电压研宄波头很陡（相当于频率很高），绕组的感抗很大，可认为电感开路，故在初始时刻绕组间电压的传递是以电容的静电耦合形式进行的。冲击电压波情况下，变压器绕组间的分布电容起主要作用，变压器2个绕组间的电容耦合等值线路图如所示。

　　d.根据线圈本身的发热与温升，可在线段中间增设由金属瓦楞板形成的垂直气道。

　　对于小电流的变压器的副边绕组采用为短圆筒式，见。其绕制方法按层式绕组的绕制规律，即匝与匝之间是按轴向排列，但外观与饼式绕组相似。

　　（a）静电耦合（b）等值电路绕组间静电耦合与等值电路图在移相变压器中绕组2-2为副边阀侧绕组，放置在网侧绕组1-1的外面，距铁芯较远。未加静电屏时，对地电容C2较小，耦合电容C12较大，从式（3）可知绕组2-2中耦合的冲击电压U2较高。

　　加了静电屏后，耦合电容Cw如图中上部虚线圆中所示由2个电容串联，数值减小，而绕组2-2的对地电容C2增大，从式（3）可知绕组2-2中耦合的冲击电压U2减小。

　　对于大电流的变压器的副边绕组采用多单饼并短圆筒式绕组除了工艺简单、对电磁线线规的宽厚比要求不像饼式绕组那样苛刻外，还有其独特的优点：纵向电容和对地电容大，绕组承受冲击电压的能力强，也减小了副绕组静电耦合电压。绕组散热除了水平气道外还增设由金属瓦楞板形成的垂直气道，后者的散热能力大，优于前者，绕组的温升低，因而可减小导线截面，降低变压器材料成本。

　　使用金属瓦楞气道增大了线圈的纵向电容，降低了操作过电压倍数，提高了变压器线圈本身的抗过电压冲击能力。

　　根据理论分析，三相变压器空载合闸后其励磁涌流的比较大值Ita按式（4）计算：其中，Bm为铁芯磁密；So为铁芯有效截面积；h为合闸线圈高度；W为合闸线圈匝数；Sw为按合闸线圈内径计算的面积；Bs为铁芯剩磁；14为铁芯材联式结构，见。

　　其特点如下：要降低励磁涌流，在设计时应从以下方面着手：选择磁导率高、剩磁低的铁芯材料，降低磁密，降低合闸线圈高度，增加合闸线圈的匝数和直径。

　　a.单根电磁线绕制成单饼式线段，每个线段包含了一个移相单元的全部线匝；b.根椐电流的大小及电磁线规允许的制造尺寸，选用若干个线段并联的方式；c.导线为绝缘包绕的电磁线，而不用裸铜带，因在众多电力设备中，移相整流变压器在高压变频器中起了一个非常重要的作用。笔者按照上述抑制过电压和励磁涌流原则设计的6kV、300kW高压变频器用ZPSG-530/6移相整流变压器，较好地克服了过电压和励磁涌流对电力电子器件的危害，整套变频装置已运行一年多，其间经历过多次变压器空载合闸和负载跳闸，未见对变压器本身和变频装置的电力电子器件发生损害。