三相380V直接整流的1218相整流变压器的最小化技术

•109•ELECTRONICSWORLD・技术交流三相380V直接整流的12/18相整流变压器的最小化技术辽宁工业大学电子与信息工程学院李光林李凯赵凯蔡坤良赵子龙【摘要】目前由于场地、成本的限制，应用三相380V电网的整流器负载时多采用三相桥式整流电路，工作时将产生大量的高次谐波，大大超过IEC555-2等标准，对电网造成了严重的污染。本设计将变压器的裂相与传输分离，仅利用变压器的裂相功能。采用特殊的变压器联结组别，将能量传输与裂相作用相分离，这样可使整流变压器的容量减小到普通12相整流变压器容量的20%以下，18相可减小到约普通18相整流变压器容量的15%左右。利用SD25×40×65铁芯，制成2kW（12相）、3kW（18相）、的裂相变压器，并制成三相380V输入、2kW（12相）、3kW（18相）整流器。通过实验测试，本方案可有效地消除高次谐波，变压器体积与成本和变频器配置的电抗器相近，对变频器晶闸管中频电源的性能提高具有积极意义。特别适用变频器、晶闸管中频电源生产厂家。【关键词】桥式整流；裂相；变压器1引言直接应用三相380V电网的整流器负载（如变频器、晶闸管中频电源以及过去应用的晶闸管直流调速系统等）多采用三相桥式整流电路，工作时将产生大量的高次谐波（其中5次、7次、11次、13次的幅值为基波幅值的1/5、1/7、1/11、1/13，总谐波失真达30%以上）大大超过IEC555-2等标准；对电网造成了严重的污染。因此，用户迫切需要能应用高次谐波的解决方案，如三相功率因数校正、有源滤波器以及12/18相或相数更高的多相整流电路。尽管功率因数校正和有源滤波器具有理论价值，但对于直接应用三相380V电网的变频器、晶闸管中频电源采用电网直接输入的三相桥式整流电路，目的就是要尽可能降低成本。如采用三相功率因数校正或有源滤波器将使成本大大增加是不实用的方案；尽管12/18相整流电路是IEC推荐12相整流电路。在三相电网供电条件下，12/18相整流电路需要整流变压器，这个整流变压器的容量是负载容量，即带有100kW负载的12/18相整流器需要至少100kVA的整流变压器，对于三相380V直接输入的整流器负载（如变频器、晶闸管中频电源等）附加整流变压器后将增加系统成本，因而是一种不实用的方案。在上述方案中惟有12/18相整流电路可能有利用价值。如能寻求到一种将整流变压器的容量降低到负载容量的20%以下，12相、18相整流技术在这一技术领域将有极大的应用价值。2解决方案12相整流电路中整流变压器的作用：传输功率；裂相。常规12相整流变压器需要传输整流器所需的全部容量；裂相不占据变压器容量。整流变压器必须传输整流器所需的全部容量，而三相380V直接输入的整流器负载（如变频器、晶闸管中频电源等）是不需要变压器电能的，直到现在还只能采用三相桥式整流电路，如采用12/18相整流电路，必须配置整流变压器裂相。既然不需要变压器传输能量如能将能量传输与裂相相分离，只利用变压器的裂相功能，则变压器的容量将大大减小。基本设计思想:将变压器的裂相与传输分离，只利用变压器的裂相功能。将能量传输与裂相作用相分离。因此需要改变思路，打破传统的变压器联结组别，采用特殊的变压器联结组别，即仅具有裂相功能的特殊变压器联结组别和特殊整流变压器。这样可使整流变压器的容量减小到普通12相整流变压器容量的20%以下，18相可减小到约普通18相整流变压器容量的15%左右。利用全新的思路设计的12相、18相整流电路如图1所示。图1应用裂相变压器的12相整流电路与18相整流电路3系统测试利用SD25×40×65铁芯，制成2kW（12相）、3kW•110•ELECTRONICSWORLD・技术交流（18相）、的裂相变压器，并制成三相380V输入、2kW（12相）、3kW（18相）整流器。实验基本数据如下：主要测试设备：FULUKF105B示波表、F43B电力质量分析仪、800V/5kW电子负载测试数据：12相整流器输入电压：三相380V±10%、50Hz；输出电压：364V（DC）；输出电流：3.88A；网侧功率因数：不小于0.99、总谐波失真小于15%；效率：约95%；裂相变压器实际承担的裂相容量：424W，约占电网输入容量的19%。裂相变压器绝缘等级：B级；裂相变压器实际温升：不高于50℃通道1为整流桥输入电流（3.88A），通道2为电网输入电流（3.44A），通道3为整流桥输入电压（625V），通道4为输出电压（364V）。实测波形如图2。整流器输出波形如图3，通道1为电压，通道2为电流。图2十二相整流电路输入电流波形图图3整流器输出波形图输入电流和输入电流谐波分析如图4所示。可以看出，有效地消除了高次谐波，且功率因数较好。图4输入电流和输入电流谐波分析图4结论实测结果与参考文献相吻合，其中效率很高的原因是：裂相变压器仅起到裂相作用不承担传输功率的作用。其体积与成本和变频器配置的电抗器相近。由测试结果可以看到，利用本作品的设计思想，可以得到低成本、高性能、容易生产的电力电子产品，对变频器晶闸管中频电源的性能提高具有积极意义。特别适用变频器、晶闸管中频电源生产厂家。参考文献[1]王兆安.电力电子技术[M].机械工业出版社,2000.[2]尹克宁.电力工程[M].机械工业出版社,2009.[3]陈治明.电力电子器件基础[M].机械工业出版社,2006.[4]张立.现代电力电子技术[M].科学出版社,1992.作者简介：李光林（1976—），女，山西太原人，副教授，从事现代电力电子技术在电力系统中的应用研究。