大功率高压多重分群移相变压器的研究(下).pdf

大功率高压多重分群移相变压器的研究( 下) R e s e a r c ho nH i g hP o w e rH i g hV o l t a g eM u l t i p l eG r o u p i n gT e c h n i c a lo fP h a s e - s h i f t i n g T r a n s f o r m e r ( 1 I ) 方木松1 。唐鹏2 ，康春生2 ，陈锦棠1 ，方朝晖1 ( 1 东莞市光华实业有限公司，广东 东莞5 2 3 3 2 6 ；2 广东工业大学机电工程学院。广东广州5 1 0 0 0 6 ) F a n gM u - s o n g l , T a n gP 帅9 2 ，K a n gC h u n - s h e n 9 2 , C h e nJ i n - t a n 9 1 ，F a n g7 h a o - h u i ( 1 D o n g g u a n t l l a n g h 岫I n d u s t r i a lC o ，l a d G u a n g d o n gD 0 n 盼啪5 2 3 3 2 6 “ , 2 c o u e g eo fM e c h a n i c a l E l e c t c a lE n g ， G u a n g d o n gU n i v o f T e e h n 0 1 ，G u a I I 到m 唱G 咖g z I l o u5 1 0 0 0 6 ) 擒薹：大功率高压移相变压器采用多重分群整流，可减小高压变频器输入谐波阿饲濑放，提高功率因数。麓 3 6 脉波多莺化分群整流原理、多重化与分群技术、移相技术、商压绝缘等新工艺进行研究和分析并在多脉 冲攘流电路的谐渡抑制等方面突破创新，开发了大功率高压多重分群移相变压器。通过用M A T L A B 软件建 立仿真模型进行仿真与分析，为J ：程实践提供依据。 关键词：移相变压器；多重化分群技术；3 6 脉波移相技术；高压绝缘j 中圈分类号：嗍l文献标识码：文章编号：1 0 0 3 - 0 1 0 7 ( 2 0 1 t ) 0 2 - o o o t - 0 4t。 b 霸剃o cT h e 蝈hP I 槲 墩咖V o l t a g eP 1 1 a 辅卜甜稍t 打叼T l 锄糟把吖n 钎u s i n 口m u l t i p l e 伊a 甲l j n g 阳c t ”妇托c h n 岫i n 脯口钟t o 憎d 瞄 t h eH 甜仃 o n I cn 小腓8 l d ed I B c 咐e 舯d 蝴t h ep 洲f 8 哪a b o u tH g hV o “m g eI m 坶n e r A n a b z e d 鳓ds t u d i e do nl h e 舡p “m u 咐p I 耙时g r o o p 砷0 帕c l l f i 甜p 1 1 n c i p 蛔竹婶m 洲p I l c i t yg 州n gt e c h r d q o e , 3 6 - p u l 8 ep l a 一蜊n gl e c h n ；q 抛r e wt e c 加- n i q u eo fh i 口h m a g e n s u I 鲥a n dj n w a 酣I n 什憾h m m o n i c 孰坤，p 帕8 e 煳甜“ u | I p u l 伯c 啡沁鲥。nc I F c 城d 自帕I q ) e d8e q u I p m 鳓co fH i 孽hP o w e r 恸V o Y a g eM u I t j p I eG 巾L 耳 蚺OP f l e 一时I i f | 蜘gT r a n s f o r m e r A n d 副妇捌矧1 e dt h ez d m u t e t i o nm o d e 悟硝埔c l 釉旧 州b yu 8 I n g 枞t O8 辆l L d a t ea r i e la n a l 蝴舯鼬i o r o v i c l e dar e l i a b l eb a 8 i 8f a re n l 嗍p r a c t i c e ， vw o r d 曩l Y n a s e - s t 耐t i n g 打棚鸲f 科m 日：m u I 口叫j c i t yg m u p i n gt e c h n i q u e ；3 6 - p u l s ep | 响l 辩s h 融唧忱d 们i q u e ：h I 曲搬审口Bh 斟庸蛹 C 1 C 肆啪n T M 4 1D o a l m e n t m d e A l 咖I o ：1 0 0 3 - 0 1 0 7 ( 2 0 1 0 0 2 - 0 0 0 1 - 0 4。“ 。， ? 。 33 6 脉波多重化整流技术的M A T L A B 仿真与分析 通过卜述研究，阐明了3 6 脉波多重化整流技术理论上的可 行性，但在产品的实际设计过程中，各元器件参数的最佳取值往 往需要多次试验才能确定，不仪浪费了大量的人力财力，而且大 大延长了产品产业化的时间，为此，建立3 6 脉波多重化整流技 术的仿真模型显得非常必要。 3 1 仿真模型的建立 本文建立了3 6 脉波多重化整流的M A T L A B 仿真模型，如 图8 所示。 该模型中包括了6 个封装的三相电源，6 个由二极管构成 的三相不控整流桥、电压表、电流表、示波器、万用表模块( m u l t i m e t e r ) 、电力分析模块( p o w e r g u i ) 。现将各主要模块的功能及参数 简介如下： f 1 ) 三相电源模块：三相电源由电力系统模块库P o w e r S y s t e m B l o c k ，简称P S B ) 中的鼍个A CV o h a t eS o u r c e 封装而成，将第一个 A C 初始相位设置为变量a ，另外两个分别设置为a 一1 2 0 。， a + 1 2 0 。，然后进行封装。 j j 相不控整流桥：三相不控整流桥由电力系统模块库( P o , v e r S y s t e mB l o c k ，简称P s B ) 中的U n i v e r s a lB r e i d g e 通过合理的参数设 测试测量技术 置而成。 ( 3 ) ，J j 波器：用于显尔输 f j 电压和电流的波形。 ( 4 ) 电力分析模块( P o w e r g u i ) ：用于谐波的傅里叶分析。 ( 5 ) 其他模块：电压表、电流表、万用表( m u h i m e t e r ) 、负载。 3 2 仿真模型的运行与分析 设置合理的元件参数，本例将负载模块设置为R = 1 0 0 ， L - - - O 0 1 H ，三项电源中每一个A CV o l t a g eS o u r c e 的有效值都 设置为6 0 0 V ，将六个电源模块的变量a 分别设置为：+ 2 5 、 + 1 5 、+ 1 0 、一5 、一1 5 、一2 5 。这样每个三项电源的初始相角相差 1 0 0 ，从而实现3 6 脉波。将仿真参数设置为变步长的 o d e 2 3 t b 算法，然后单击开始按钮运行。 ( 1 ) 从M u h i m e t e r 的输出中可以画出3 6 脉波多重化整流 电路的输入波形如图9 所示。 从图9 中可以看出，单个周期内正负各1 8 个脉波，实 现了3 6 脉波，每个相邻脉波相差1 0 。 ( 2 谚示波器输出的整流后的电压电流波形如图l o 所示。 从图l O 中可以看出，整流后的电压接近直流电压，流 过负载的电流接近直流，但存在短时间的延迟，延迟的原因 是因为负载中存在感抗。此图从直观上说明了整流后的效 果非常理想。 2 0 1 1 第0 2 期 万方数据 目83 5 脉渡参化整淹仿模型 目93 6 觫波多重化整流输 电 目1 0 # I 化整漉后的电电藏波形 通过建屯仿真模喇可m 随时恬政各元器件参教“查看不同 参数下奉装置的运行效果从而秩褂最佳运行垂数不但节约 T 成奉而且使产品的研割周期大大缩短。 4 大功辜蠢压移相童压结构优化设计 对大功率无谐谴移桶世雁器进秆T 艺研究井进 r 结柑 优化使片在扛靠节能遗基奉特性的同时，体积更小结柚 型紧凑安鞋更简单现场R 线更少洱d 更矗便，挪吲I l 断 m 线包结构如崩1 2 所m ， 泼移相鸾器结构有“下特点 “1 铁芯采用低损耗岛肆碰硅薄铜H 碟H4 P 斜接，形 成7 阶斜接缝芯片组片组H 面m I n 片叠外 片叠用这种叠后里外片数谢叠厚方向做增畦的创新设l _ 改变传缱的碰阻均匀丹砸的波i I 思路，使中。部俺的醴阻低 f 外隔从m 引蚌磁通均匀分布解决高凝趋表敏鹰降低耗 损，进而解挑夫功率高M 变颇器存枉较大嘬青和耗* l 的m l 胚。 1 2 朋缀q 呻绕组用Y 接洼绕戚筒式线圈井加缴向均却 摊基傲风遭散热 ( ) 1 次o s 绕纽采用饼式绒罔饼删留风通散热，用件 作饼问绝缭， 出f 变 * m 十短蹄q 【靛柬昧片性能初级鬻用筒 万方数据 目1 蒋相变器结掏优化外* 目 鲴1 2 线包结构图 止线圈绕小，趺级采J q 饼式绒嚼绕组遗佯一趺恫H l 抗一眦u f “泄i t 为8 一l o 四培整谳崔压器_ 若泼A l 抗帆谢1 偏眠时 变压器噪行温升有掇 危害= 挑侧绕组任栅邻绕组Y - I J 阻抗自2 - 5 为降低扶缀1 8 十绕组自l 蜘路_ l m 的谨差来川 竹股换位拄术米宴耻 口墨盈 5 壹压试验 舣姒l 进的H 术研究蚺变J i 镕行磬数进i f 没I I 并 2 0 1 2 目囵 万方数据 最终成功研制了一台3 6 脉波9 0 0 K V A 干式移相变压器，并对 该样机进行试验。试验的目的是为了验证变压器性能是否符 合有关标准和技术条件，通过对试验数据的分析找出改进设 计、提高工艺的途径。 5 1 电压比测定 电压比测定，主要检查1 8 个绕组电压比的误差是否符合 要求，绕组有没有短路、匝数是否正确、分接引线是否焊错。按 照额定分接位置，用变压比电桥或双电压表法测得的高压绕 组对各低压绕组的电压比数据如表2 所示。 表2 高压绕组对各低压绕组的电压比实测值 绕组- 5 01 5 0- 2 5 0 2 5 0 1 5 。 5 0 电压比设计值 9 3 7 5 实 U V ，u v9 3 7 39 4 0 99 2 9 99 3 0 29 4 0 89 3 7 9 测 V W v w9 3 7 99 4 0 2 9 2 9 79 2 9 59 3 9 8 9 3 6 8 值 W U w u9 3 7 49 4 1 09 3 0 49 3 0 09 4 0 59 3 7 2 除此之外。还对负分接、正分接位置进行了测量，下厩以 一5 0 的低压绕组为例来说明，其他角度的低压绕组就不再一 一赘述，测量数据如表3 所示。 表3 高压绕组对低压一5 0 绕组的电压比测量数据 U V u VV W v wW U w u 分接 设计值 位置实测值偏差实测值偏差实测值偏差 负分接 8 9 2 98 9 3 1O 0 28 9 3 0O 0 l8 9 3 30 0 4 额定 分接 9 3 7 99 3 7 3 o 0 6 9 3 7 909 3 7 4 O 0 5 正分接9 8 6 89 8 7 1O 0 39 8 6 7o 0 l9 8 7 1 O 0 3 根据测得的数据分析，电压比的实测值与设计值之间的 偏差在O 1 之间，符合设计要求的范围。 5 2 空载试验 空载试验就是从变压器一侧的绕组( 一般为低压绕组) 施加 额定频率的正弦额定电压。在其他绕组开路的情况下，测量其 空载损耗和空载电流的试验，如表4 所示。 表4 空载损耗和空载电流的试验数据 空 耐压试 空 空 标准实测 载 验前后 低压侧标准实测 载载 试 耐压前 电O 5 8 A损1 5 2 7 +1 6 5 6 W 验 黼医后 6 4 00 4 9 + 3 0 流o 6 3 A耗1 5 W1 7 0 1 W 鼋詹簟 5 3 负载试验 负载试验的目的是测量负载损耗和阻抗电压。负载损耗 由两部分组成：直流电阻损耗和附加损耗。 表5 负载损耗和阻抗电压试验数据 负 项目标准实测环温 载 阻抗电压 9 7 9 l O 8 8 94 5 试 验负载损耗k W 2 6 1 3 7 + 1 5 2 4 2 64 5 如表5 所示，通过试验可以看出，其主要参数试验值与设 计计算值基本是相同的，在允许的误差范嗣内。证明该3 6 脉 波9 0 0 K V A 干式移相变压器的设计完全符合技术条件和各种 标准。 6 小结 本文所研究的3 6 脉冲整流、高压多绕组多重化与分群技 术、高压绝缘新技术在多脉冲整流电路谐波抑制等方面进行 技术创新，开发大功率移相变压器多重分群节能技术。通过用 M A T L A B 软件建立仿真模型，并进行仿真与分析，验证了部分 技术的可行性。通过对变压器样机的试验测试，能够说明其设 计完全符合技术条件和各种标准。该技术的研发町用于抑制 大功率高压变频器的谐波泄放，防止其对电网的污染，推动我 国大功率变频器制造技术的进步。其产业化将满足电力、石 油、冶金、化工、市政供水等行业对高性能大功率变频器的迫 切需求。为获得3 6 脉波更高的性价比，2 0 1 0 年底我司已研发 了立体三角铁芯3 6 脉波新机型，这对降低成本、降低噪音、提 高整机效率大有帮助，今后批量生产主推机型。( 完) 参考文献： 【1 】张选正，顾红兵中高压变频器应用技术【M 】北京：电子工业 出版社，2 0 0 7 。6 【2 1 张皓，续明进，杨梅高压大功率交流变频调速技术【M 】北京： 机械工业出版社，2 0 0