Dzn0隔离变压器在不间断电源中的应用.docx

1、第22卷第9期2021年9月电气技术ElectricalEngineeringDznO隔离变压器在不间断电源中的应用易龙强（科华数据股份有限公司，福建厦门361006）摘要DznO型隔离变压器由于其相对相输出特性被广泛应用于不间断电源(UPS)等逆变输出设计中。本文分析DznO型隔离变压器的工作原理，给出DznO型隔离变压器电压、电流分最的理论计算方法，并利用仿真与实验论证分析结果，为该类型变压器的设计与应用提供一种技术分析方法。关键词：不间断电源(UPS)；隔离变压器；DznOApplicationofDznOisolationtransformerinuninterruptiblepowe

2、rsupplyYILongqiang(KehuaDataCo.,Ltd,Xiamen,Fujian361006)AbstractDznOisolationtransformeriswidelyusedinuninterruptiblepowersupply(UPS)inverteroutputdesignfortheelectricalisolationofloadbecauseofitsphasetophaseoutputcharacteristics.ThispaperanalyzestheworkingprincipleofDznOtypeisolationtransformer,giv

3、esthetheoreticalcalculationmethodofvoltageandcurrentofDznOtypeisolationtransformeranddemonstratestheanalysisresultsbysimulationandexperiment,whichprovidesatechnicalanalysismethodforthedesignandapplicationofthistypeoftransformer.Keywords：uninterrupiiblepowersupply(UPS);isolationtransformer;DznO0引言通常隔

4、离变压器根据输出联结方式不同可以分为DynDdYnyn、YNdDzn、ZNd、Ynzn、Znyn八大类，其中，D或d表示三角形接线，Y或y表示星形接线，Z或z表示曲折形接线（即英文中的Zig/Zag联结），N或n表示中性点，大写表示输入，小写表示输出。对于隔离变压器，尤其是不间断电源（unintcr-ruptiblepowersupply,UPS）系统和数据机房隔离变压器，其联结方式主要有Dynll和DznO两种。相对于Dynll变压器，DznO变压器通过设计可实现一、二次绕组线电压具有同幅、同频、同相的特点；此外，由于输出绕组是曲折形联结，对负载产生的高次谐波均有不同程度的隔离抑制作用。因此

5、，DznO隔离变压器在UPS等电气设备中得到广泛应用，以实现用户负载与一次电源之间的电气隔离山气本文针对DznO变压器的原理，在理论分析其联结组标号与电压矢量的基础上，给出变压器各相的定量计算方法，并通过仿真与实验验证理论分析的正确性。1DznO变压器联结组标号与电压矢量分析公司所产KR334OO型400kVAUPS系列产品所使用的DznO隔离变压器电气原理如图I所示。其由一个三相一次绕组和两个三相二次绕组组成。一次绕组与二次绕组的匝比为3:1,一次绕组48匝，两个二次绕组16匝。一次绕组采用三角形联结，两个二次绕组z形联结，并形成中性点输出。根据图I中电压矢量方向绘制变压器电压矢量图，可得变

6、压器电压矢量分析图如图2所示。图2中：I）一、二次侧各绕组电压矢量关系如图2（a）所示，二次侧A相绕组电压、无矢景:方向与一次侧A相绕组电压（Ab方向相同，大小为次绕组电压的13/（因为一、二次绕组匝比为3:1）,B、C相同理。TI:48TX"a:次电压矢量合成图胞(a)一、二次侧各绕组电压矢量关系图2DZ隔离变压器电压矢量分析2)根据二次绕组联结方式，二次电压矢量合成图如图2(b)所示，二次侧a相电压格n为二次绕组1电压七减去二次绕组2电压“的矢量和，B、C相同理。aC2电压矢量关系定量分析设一次绕组线电压矢量为成=妃0%c=UZT20UcMZI20根据变压器二次绕组同名端关系与匝

7、比，可得(I)(I)(2)啊=3ca=1U2。(11<*i"a2=pAB=口匕。I3131«IS"b2Ubc=匕T204uc2=UCA=3UZ120根据变代器二次绕组连接芸系，可得=u-u=rt/z-30lMaNalc2|j=u-u=f/Z-150)MbNbla2=U=*Z90"cNclb2I3最后，计算可得二次绕组线电压为雄=nT6n=UZ0农=/n_Nn=g幺崩20,=“-it=t/Z120"cacNaN(3)(4)(5)由此可见，该DznO变压器一、二次绕组的线电压具有同幅、同频、同相性质，这是DZ变压器的特点，这为UPS逆变器输出

8、进行隔离在控制方面提供了便利。3DZ变压器单相带载电流分析由前面分析可知，DZ变压器输入、输出相电压、线电压同幅、同相，因此可以断定，在输出带三相对称平衡负我的情况下，输出相电流与输入相电流完全相同(能量守恒)。对于变压器单相带载，例如A相带载，即A相有电流值，B、C相电流值为零。此时分析一次电流可以按三相正、负、零序原理进行计算，即此时二次侧不平衡电流可以分解为正、负、零序三个对称分量，由于零序电流分量不能通过三相变压器，而正、负序电流分量又为对称平衡分量。由前述分析可知，二次侧对称电流应与一次侧对称分量完全相同。因此，此时一次电流大小为二次电流的正、负序电流分量在一次侧所感应电流大小之和。

9、定量计算分析，设A相带载，B、C相空载，则有门ZZO1;一120IL°AD|；|I0420I(6)(6)LcJIL计算该矢量正、负、零序分量，可得回小固ip，。q莉归=沁°(7)L。3|_JLcJ1/zoL式中，吧则一次电流为二仙矗正点分量/与负序分量/_在一次侧感应电流大小进行合成，可得l1I/O11/01|*，。|*1801|/Z180LL3J(8)4DznO变压器单相带裁电流仿真分析根据DZ变压器原理，利用Matlab构造仿真模型，如图3所示。仿真中A相独立带载，仿真电流值见表1。表1仿真电流值相别一次电流/A二次电流/AA相10.01015.02B相5.0060C相

10、5.0060仿真波形如图4所示，由图4可见，当二次侧A相单相带载时，一次侧三相产生输入电流，且一次侧B、C两相电流幅值、相位一致，可见仿真结图3仿真模型5实验通过理想DznO变压器模型分析，进一步开展DznO变压器带载实验。DznO变压器硬件实验平台直接采用公司KR334OO型400kVAUPS为实验平台,如图5所示。UPS逆变输出采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)二电平三相半桥结构，通过DznO变压器隔离并输出一根N线，滤波电容接至变压器后端，经过输出接触器及保险丝，最后通过隔离开关输出给负载供电。+宜流母线匚Q78x15000"8xl5OOOpFDzn（）隔肉变压翠隔离开关AC69

11、0V/630A/4P借漏感变压器400:400匚*l(X)()AIOWA115100()A接触器保险丝AC400V/AC690V/690A3l5Ax2图5UPS逆变输出变压器实验平台在UPS平台测试变压器时，由于逆变输出为脉宽调制（PWM）波，为负载供电时需要挂接电容滤除PWM的高频分量。因此，变压器空载一次电流较大，该电流为PWM滤波电容电流，实验结果见表2,实验波形如图6所示。表2实验结果图6实验波形图6中，通道I为主变一次侧A相的输入点与母线电容中的电压波形（经过RC滤波）；通道2为主变一次侧A相的输入电流波形。由于在变压器上测试，变压器二次侧A、B、C三相实际挂接有滤波电容，因此输入电

12、流值基本超前电压90°o公司KR33400型400kVAUPS输出功率因数0.9,即总输出有功率功率360kW,单相满a120kWo变压器单相满载输入、输出实验电流测试值见表3。表3变压器单相满载输入、输出实验电流测试值项目ABCA相满我B、C空裁机器输出电流有效值/A54700次电流有效值/A361.0128.0237.8B相满载机器输出电流有效值/A05450A、C空载一次电流有效值/A231.6362.2134.2C相满载机器输出电流有效值/A00548A、B空载一次电流有效值/A134.8235.6371.7前面分析理想变压器时，并未考虑变压器空载电流。实际变压器空载时，由于

13、外接滤波电容，实际电流不能忽略。因此，必须将电容电流计算入内。考虑到实际空载输入电流约为82.5A（三相空载电流平均值），满载电流为546.7A（平均值）。标幺化空载电流，则空载电流占满载电流的15.1%,相位+90",即空载电容电流矢量为/尸在/匕为。参考计算式（8）,累计电容电流计算可得式中，考虑电容电流后，DznO变压器各工况理论计算值见表4o'1Z0'1Z0IZOI4*Z-120+/.IIZ+1201+4IZ-120IZ+12011Z-1201IZ+120LJLJ-J2幻NOIZO=1I匕180'+0.151/Z9011Z-1201/Z18011Z+1

14、20j13J-0.684S2.76】0.216/Z-159.56(9)110.477Z-170.76IL表4变压器单相满载输入、输出修正理论电流计算值测试项目ABCA相满载B、C空裁机器输出电流有效值/A54700一次电流理论计算有效值/A371.4118.2257.1B相满栽机器输出电流有效值/A05450A、C空栽一次电流理论计算有效值/A256.2372.8117.7C相满载机器输出电流有效值/A00548A,B空载一次电流理论计算有效值/A118.4257.6374.8对比表3、表4实验数据与理论修正数据可知,实验数据与理论分析数据基本一致。6结论DznO变压器由于一、二次绕组的输入、

15、输出线电压同幅、同频、同相，在UPS中得到了广泛的应用。本文在分析变压器联结组标弓的基础上，通过理论分析给出了DznO变压器的定量计算方法，并通过仿真与实验验证了理论分析结果的正确性。本文为输出需要电气隔离的UPS等各类电源自带隔离变压器提供了一种分析思路与方法。参考文献|1庄义国.用隔离变压器降低UPS输出零地电压的方法J.电气技术,2007,8(4):76-77.2朱正会.隔离变压器在电网中的应用分析J.技术与应用，2013(8):80-81,88.3钱少峰，陈国琦，周亮，等关于YynO型接线电力变压器实际应用的探讨J1.电气技术.2014.15(5):123-125.|4魏彩霞，张淼，孙

16、业荥，等.提高YynO配电变压器带不平衡负载能力的分析和计算IJ.变压器，2019.56(10):7-10.5李湘生，陈乔夫.变压器的理论计算与优化设计M.武汉：华中理工大学出版社，1990.|61杨延年，周腊吾.论联结组相量分析规律及其应用价值J.变压器，2018.55(9):1-4.|7|郭其激，吴命利，张晓，等.基于实测方法的变压器谐波模型建立J.电气技术，2020,21(2):7-14.收稿日期:2021-01-26修回日期：2021-02-26作者简介易龙强(1978)男.炸士，高级工程师，主要研究方向为数字化电源设计理论与应用、光伏逆变系统技术与开发、数据中心信息系统不间断供电技术

17、理论研究与应用，(上接第21页)|7CHOYS.JANGSH.CHOJS.etal.Evaluationofvalidityandreliabilityofinertialmeasurementunitbasedgaitanalysissystems(JJ./XnnalsofRehabilitationMedicine,2018,42(6):872-883.18ZHENGH,BLACKND,HARRISND.Positionsensingtechnologiesformovementanalysisinstrokerehabilitation.Medical&BiologicalEng

18、ineering&Computing.2(X)5.43(4):413-420.9荷兰XsensTechnologies公司技术网站.XSENSProducts技术资料EB/OL,201912.II0JBOUDARHAMJ,ROCHEN,PRADOND,etal.Variationsinkinematicsduringclinicalgaitanalysisinstrokepatients!J.PloSone,2013,8(6):e66421.11KARASAWAY,TERUYAMAY,WATANABET.AtrialofmakingreferencegaitdatalorsimplegaitevaluationsystemwithwirelessinertialsensorsC/35lhAnnualInternationalConferenceoflheIEEEEngineeringinMedicineandBiologySociety(EMBC),2013:3427-3430.|121VUYin