華意電力是一家專(zhuān)業(yè)研發(fā)生產(chǎn)三倍頻變壓器的廠(chǎng)家，本公司生產(chǎn)的三倍頻變壓器在行業(yè)內都廣受好評，以打造最具權威的“三頻變壓器“高壓設備供應商而努力。1　概述

  鐵磁型的三倍頻變壓器是利用鐵心材料的飽和特性進(jìn)行變頻和變壓的,其變頻方式是一種傳統的變頻方式。自20世紀50年代以來(lái),在世界各國工業(yè)界,三倍頻變壓器的基本電路結構和工作原理已得到了普遍承認。其特點(diǎn)是經(jīng)濟、可靠、容量大,但變頻倍數較低。鐵磁型的三倍頻變壓器作為感應加熱爐、高速回轉機、X射線(xiàn)發(fā)生器、臭氧發(fā)生器等裝置的電源得到了廣泛的應用。在分頻輸電系統中,倍頻變壓器也是關(guān)鍵的設備。

  鐵磁型的倍頻變壓器的主要問(wèn)題是效率問(wèn)題,但國外已有容量6.6MVA、效率高達95%的三倍頻變壓器投入使用的報道[1]。國內從事此方面的研究主要是在20世紀60～ 70年代,近些年沒(méi)有見(jiàn)到這方面的文獻報道。倍頻變壓器效率方面的主要結論來(lái)自教科書(shū)[3],人們普遍認為其效率不夠高,只有60%左右。本文主要對三倍頻變壓器進(jìn)行了試驗研究,提出了通過(guò)開(kāi)路試驗和短路試驗確定倍頻變壓器等值漏感抗的方法,為倍頻變壓器等值參數的仿真計算提供了驗證的基礎。根據等值內阻抗確定的匹配負載電阻,可得到最大輸出功率。研制的日字形三倍頻變壓器輸出容量為6kVA,效率可達92.5%。該研究成果為進(jìn)一步優(yōu)化三倍頻變壓器設計,提高其效率奠定了基礎。

2　三倍頻變壓器的基本結構

  三倍頻變壓器實(shí)質(zhì)上是由三個(gè)單相變壓器組成,如圖1a所示。一次繞組為星形聯(lián)結,二次繞組為開(kāi)口三角形聯(lián)結。變壓器在高度飽和狀態(tài)下運行。對于一次側為星形聯(lián)結且中性點(diǎn)不接地的變壓器而言,當鐵心高度飽和時(shí),磁通不再與勵磁電流成比例增長(cháng)。其波形將發(fā)生嚴重畸變,磁通中包含有基波分量和所有奇次諧波。這時(shí),如果將二次側接成開(kāi)口三角形,則只有三倍頻次的諧波功率輸出,利用此特性就可以構成一個(gè)三倍頻變壓器,即在其一次側輸入對稱(chēng)的三相電流iu、iv、iw,在二次側輸出基波的三倍次電壓,其中主要是三倍頻電壓。圖1b和圖1c分別給出了口字形及日字形兩種鐵心結構,其中口字形的一、二次繞組在兩個(gè)側柱上,而日字形的一、二次繞組都是繞在中柱上。

3　三倍頻變壓器漏電感的定義及試驗確定

  短路阻抗和負載損耗的測量是變壓器的例行試驗的主要項目[4]。試驗時(shí),通常使額定電流大的一側繞組如低壓繞組短路,另一側繞組處于額定分接位置,并施加額定頻率的額定電流。此時(shí),瓦特表所指示的數值即為負載損耗,電壓表所指示的數值即為阻抗電壓。

  對于三倍頻變壓器試驗,工作情況與一般變壓器完全不相同。試驗時(shí),一次側必須加適當的電壓使鐵心在飽和狀態(tài)下工作,才能產(chǎn)生足夠的三次諧波磁通,才有三次諧波電流輸出,而當鐵心退出飽和區時(shí),則無(wú)輸出電流。要使輸出電流等于額定電流,此時(shí)的一次電壓已接近額定電壓,因此,此時(shí)的損耗值和阻抗電壓已無(wú)任何意義。對于在飽和狀態(tài)下工作的電器設備,漏電感是一個(gè)比較模糊的概念,它的定義取決于如何使用這個(gè)參數。文獻中采用的倍頻變壓器的等效電路,如圖2所示。圖中U1、U2、U3為工頻50Hz的一次側三相電源電壓; R1、L1是外接線(xiàn)路電阻及電感,C2為無(wú)功補償電容;RL、C0為負載電阻和并聯(lián)電容;N1為一次繞組匝數、N2為二次繞組匝數;G1為倍頻變壓器的空載損耗;R3、L3分別為倍頻變壓器的等效電阻和漏電感。顯然,漏電感代表了在能量傳遞中存儲在倍頻變壓器繞組中無(wú)法輸出的那一部分能量。

  但是從三倍頻變壓器的試驗數據中仍然能反映出它的一些性能。根據圖2的等效電路,由于R3、L3分別為倍頻變壓器的等效電阻和漏電感,因此漏感抗可用實(shí)驗測量的方法確定。按照戴維南定理,任含源網(wǎng)絡(luò ),都能用一等效電勢源和一阻抗串聯(lián)電路來(lái)代替。等效電勢源為該網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)路電壓,串聯(lián)阻抗是該網(wǎng)絡(luò )化為無(wú)源網(wǎng)絡(luò )時(shí)的輸入端阻抗。因此用測量一次側加額定電壓時(shí)的開(kāi)路電壓比短路電流即為等值內阻抗。內阻抗的大小為:

z=(R23+ x2L3)12

  式中R3為等值負載損耗電阻,可用計算方法確定;x13為漏感抗,xL3= 2π fL3;f為三次諧波頻率。根據上述原則,對兩種鐵心結構的三倍頻變壓器進(jìn)行了等值漏感抗的試驗測定。

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