带隔离变压器的高压变频器的缺点.docx

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1、在带有隔离变压器的高压变频器设施，存在着以下4方面的问题：1、能耗高，效率低，体积大，笨重。2、功率因数低，谐波污染大。3、启动冲击大。4、隔离效果差。本文将重点争论带有高压变压器的高压变频器设施的缺陷问题，以期得到大家的重视。2采纳了高压变压器的高压变频器的存在的缺点分析2.1 、能耗高，效率低，体积大，笨重凹凸高型高压变频器是采用低压单相变频器串联，各功率单元由一个多绕组的移相隔离变压器供电。在带有隔离变压器设施的高压变频器设施中，变压器是电路结构中的一个重要部件。移相变压器中，61/时需要57个绕组3（IOkV时需8个绕组义3）。为改善输入电流谐波，均在变压器输出端采纳内部三角形，外部星

2、形的延边三角形接法，见图1。由于移相的要求，每个绕组三角形和星形的联接比例均不相同，但由于工艺的缘由，内三角形绕组的矢量和不行为零，这就造成了内三角形的环流,而这种环流只产生损耗，并不作功。当与工作电流叠加时，其绕组损耗P=2R由此可见其损耗是特别可观的。常规变压器的效率可做到9899%,而这种变压器的效率只能做到9496%（额定负载）。当负载削减时，由于变压器的固有损耗，使带变压器的高压变频器系统效率下降至6070%,如图2o图1延边三角形接法而使用变频器，主要就是为了节能，其负载率常常处于5090%之间，而这正是带变压器的变频器的低效段。此外，这种变压器接点多，一个延边三角形绕组有12个端

3、子相连，对20绕组的变压器就有243个端子相连，同样由于延边三角形绕组是由两段电压叠加而成，而两段电压的算术和大于矢量和，这也导致其损耗增大，同时由于这么多端子，需用电缆跨相连接也必定增大了内阻，增大了损耗。同时带来了故障率的增加。至于其体积大，笨重，则是其不行避开的天生缺陷。2.2 功率因数低，谐波污染大由于移相变压器绕组多，而各绕组之间又要高等级的绝缘，这必定造成其漏感大大高于一般变压器带来的直接后果，显而易见的造胜利率因数严峻偏低。人们在争论多重化时，都是争论的额定工况时的电流波形如何好，但用户大多数均未运行在额定工况，这时的输入电流谐波同样不行忽视。顺定负蟆时的电瓶拔电图3额定负载与非

4、额定负载时的电流波形图变压器的谐波电力变压器的铁心具有非线性磁化特性，其磁滞回线（即B-H曲线）如图4（a）所示。当对空载变压器施加正弦波电压U时，若忽视励磁电流，则变压器铁心的磁通密度B随时间变化的曲线也是正弦波，这是由于8oCJ力之故。此时的励磁电流（即空载电流i。），则为非正弦波形，这是由于io戈H,而H=Bu,磁导系数U随B增大而减小。图4（b）中实线表示i-t的理论波形，单相变压器的空载电流即如此。这样的电流有很大的谐波含有率，其中以HL为最大，约为50%；其次是Wh,约在30%o这是由于变压器的额定B值一般设计在接近B-H曲线的拐点。图4变压器的B-H曲线和u、B、Io的波形据文献

5、介绍，在一般状况下，变压器励磁电流中的高次谐波电流含有率在以下范围内：磁心用冷轧硅钢片时，II为40%50%;卜小为10%25%;I7/I1为5%10%;II为3%6%;IM为1%3%。对于没有零序磁路或（和）零序电流通路的三相变压器，以及有三角形绕组作为零序电流通路，但只计电源馈供的电流而不包括三角形绕组中的电流时，HL之值显著小于上述数值。而WL以及更高次谐波含有率，则给出范围值的下限偏大。三相心式变压器的铁心没有零序磁路，但是变压器的三个心柱的磁路长度不等，边上两相的磁路还要包括上、下铁柜的长度，因此边相磁路长度约为中间相的2倍左右。这个三相磁路不对称的状况,导致产生正序和负序重量的3次

6、谐波磁通和相应的正、负序3次谐波感应电动势，引起变压器励磁电流中含有正、负序3次谐波电流。所以当对空载三相变压器加电压激励时，励磁电流中仍含有3次谐波电流，当含有延边三角接线时，3次谐波电流只略有削减。单台变压器产生的谐波电流一般不超过规定允许值。但电网中变压器的总容量可能为发电机总容量的4倍以上。它们的谐波电流总值特别大，如可达全部发电机额定电流总和的1%2%。当变压器绕组接法以及各绕组和电网各相的连接统一规定时，否则若各台变压器励磁电流中的同一次谐波电流大致相互叠加，从而成为电网背景谐波的重要来源。变压器的励磁电流及其所含谐波电流都是随着电压和磁饱和的提升而增大的。由于现代制造的变压器都设

7、计在额定电压时的磁密已接近磁化曲线的拐点，所以当电压超过额定值后，变压器谐波电流随电压提升而快速提高，尤其是其中的5次谐波电流给电压调整时造成困难。变压器的特别谐波和涌磁当直流电流或低频电流流过变压器绕组时，使变压器铁心偏向一个方向饱和，从而产生很大的偶次和奇次谐波电流。整流器在不平衡时，能引起小的直流电流流过变压器；都能使变压器产生很大的谐波电流。空投变压器时，以及电网电压大幅度突然提升时（如切除电网中的短路故障时），总会引起变压器三相磁心消失不同程度的特别磁饱和，从而引起极大的励磁电流，有时达到变压器额定电流的数倍（对大、中型），甚至到十几倍（对小型压器），而且谐波含有率极大，尤其是12和

8、13,可以超过基波电流。这种激磁电流按指数规律衰减，衰减的时间常数取决于电流通路的L/R之比。该时间常数在中、低压供电网中一般是0.1s级。变压器涌磁引起的涌流，是电网中最普遍存在的、频繁发生的短时高值谐波电流。而当电网的容性谐波阻抗略大于变压器的该次谐频励磁阻抗时，就会发生变压器谐波谐振，使电网中消失较稳定的、长久的高值谐波电流和电压，以致可能产生严峻后果。变压器涌流中谐波重量很大，因此当电网的某一较低次谐波阻抗为较大容性阻抗时空投变压器，可能发生极危急的谐波涌流。运行中要避开在母线上接有运行的电容或滤波器时空投变压器，缘由也在于此。关于变压器谐波数学模型迄今报道的变压器谐波源的数学模型，都

9、基于用双曲线函数模拟变压器的uio或B-H特性，且都假设三相磁路对称和铁心有零序磁路及有零序电流通路。可以看出：这样的模型并不适用于绝大多数变压器，即三相磁路长度相差很大的三相变压器，尤其不适用于铁心无零序磁路的三相心式变压器。2.3、隔离变压器的启动冲击问题众所周知，假如一个供电系统中存在变压器(诸如隔离变压器、自耦调压器，或者负载输入端的降压变压器等)，当系统启动时，常常发生过大的电流冲击。图5所示为变压器启动时冲击电流形成的缘由和过程。e)入电压抻电交乐器铁芯化状蠢(C)入电乐重新息动酎.交压入过披过程图5变压器启动冲击电流形成的缘由和过程其中，图5(a)所示为变压器正常工作时的铁芯的磁

10、化曲线和输入电压电流波形；图5(b)所示为输入电压掉电时的变压器工作特性；图5(c)所示的是变压器空载状况下发生冲击电流时的示意图。这种冲击电流的发生、冲击幅值和持续时间都是随机性的，最严峻时接近于短路电流，甚至使系统爱护开关跳闸，冲击电流由大到小衰减。过渡时间也随冲击电流的大小而变化，接近短路的冲击电流过渡过程长达几百毫秒。另一个特点是，冲击电流在输入电压的正半周和负半周是不对称的，假如第一个冲击电流波形发生在正半周，那么负半周电流则不消失任何冲击，整个过渡过程的冲击电流都发生在正半周，假如第一个启动冲击电流波发生在负半周，则正半周电流不消失任何冲击，整个过渡过程都发生在负半周。在隔离变压器

11、投入运行后，启动冲击电流的发生虽然是随机性的，但确是不行避开的。在高压变频器供电系统中设置隔离变压器，可能是出于某种缘由，降低系统零地电位差，或者所谓的增加抗干扰功能，但由于隔离变压器启动冲击电流的存在，会使设置隔离变压器的初衷适得其反，造成更严峻的干扰，甚至损坏系统中的其他设施。2.4、隔离效果差常常会有人简洁地认为：当系统中设置有隔离变压器时，其抗干扰功能就肯定会很强。这种熟悉并不肯定正确。在供电系统中，产生干扰的缘由和干扰现象是多种多样的，其中包括诸如高压脉冲，尖峰毛刺、电涌、暂态过电压、射频干扰(EFI)和电磁干扰(EMI)等等。但是，就其干扰形式和传输途径而言，大体可分为两类：一是共

12、模十扰，二是差模干扰，如图6所示。图6干扰的方式并不是隔离变压器就能抗干扰，一般变压器的抗干扰力量是有限的。隔离变压器除了变压作用外,还可实现电路间的电气隔离，解决了设施之间的公共地的问题，对由地线环路带来的设施间的相互干扰也有肯定的抑制作用，但因绕组间存在分布电容，使它对共模干扰的抑制效果随干扰频率的提升而下降。变压器是靠磁耦实现原边和副边的电压变换的，因而它不具备抗差模干扰的功能。在IkHZ1OOMHz的干扰频率范围内，一般隔离变压器对共模和差模干扰的衰减力量都微乎其微。对一般隔离变压器的共模抑制力量的分析表明，要提高对共模干扰的抑制力量，关键是减小变压器绕组的匝间耦合电容，为此在变压器初

13、次级间加设屏蔽层。要使隔离变压器同时具有较好抗差模干扰与共模干扰功能，必需把它制作成超级隔离屏蔽变压器。铁芯屏蔽层图7超级隔离变压器Ik IOk lk IM IOM IoOM 簪j率(HZ)(a)普通隔离变压器10-01020304050607080Ik IOk IOOk IM IOM lM 频率(HZ)(b)带屏蔽层的隔离变座器OOOOOOOOO I- 12345878 +ZLZZIk IOk IOOk IM IOM IOoM频率(HZ)(O超极隔离变压器10-01020304050607080(8P)JW图8各种隔离变压器的抗干扰功能从图8(a)可以看出，一般隔离变压器对差模和共模干扰的抑制作用都很小；而从图8(b)可以看出，带屏蔽层的隔离变压器对共模干扰有明显地抑制作用。图8(c)所示的曲线是超级隔变压器的抗干扰性能，从图中可以看出，它在很宽的频率段对共模干扰的抑制作用都在80dB以上，当干扰频率超过100kHZ时，它对差模干扰的仰制作用也可在60dB以上。