整流变压器常用移相方式与结构特点的分析及讨论

赵丽

摘 要：整流变压器是专用于整流系统的变压器，能供给整流系统适当的电压，并能减少整流系统引起的波形畸变对电网的影响。在应用整流变压器时，移相方式的选择非常重要，不同的移相方式有不同的结构特点。因此，就整流变压器常用的移相方式及其结构特点展开了探讨。

关键词：整流变压器；移相方式；电源变压器；功率

中图分类号：TM422 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.111

1 整流变压器的工作原理

整流变压器是整流设备的电源变压器，最突出的特点为原边输入交流、副边通过整流元件后输出直流。目前，用于工业领域的整流直流电源基本是由交流电网通过整流变压器和整流设备得到的。对于大功率的整流装置而言，其电流相对较大，但二次电压较低，整流变压器的二次电流不是正弦交流。由于后续整流元件具有单向导通特征，所以，各相线之间不再同时流有负载电流。对于软流导电而言，单方向的脉动电流经过滤波装置后会转换为直流电，整流变压器的二次电压电流与容量连接组相关，比如三相桥式整流线路等。整流变压器的参数计算一般是以整流线路为前提的，并从二次侧向一次侧推算。整流变压器的绕组电流为非正弦，且含有大量的高次谐波。在应用整流变压器的过程中，为了有效减少其对电网的影响，并进一步增大功率因数，就必须通过移相的方法增大整流变压器的脉冲数。对整流变压器进行移相最主要的目的是使其二次绕组的同名端线电压之间有一个相位。

2 整流变压器移相方式的结构特点

整流变压器较为常用的移相方式有星角绕组移相、移相绕组移相和移相自耦变压器移相等。下面对这3种常用的移相方式的结构特点进行分析。

2.1 星角绕组移相的结构特点

该移相方式可细分为二次侧移相和一次侧移相。

2.1.1 二次侧移相

这种移相方式较为简单，只需要配置1台整流变压器，并在一次侧设置1个联结成Y或D的三相绕组，二次侧设置2个分别联结成Y和D的二次绕组（同名端线电压之间的相位移为30°）。二次侧以星角的方式联结的2个绕组能使整流电路的脉冲数提高1倍左右。如果采用桥式整流电路，则可以使脉冲数达到12.从理论的角度讲，星角联结方式下的2个二次绕组的匝数比为1∶ ，但这个比值在实际中很难达到。在装置容量较大、二次电压较低的情况下，二次绕组的匝数仅为一两匝，基本无法满足理论给出的比值。只有当容量小、二次电压较高时，匝数比才有可能接近1∶ .由于星角绕组的线电压之间存在较为明显的差别，所以，会在两组整流器之间产生一定的环流。因此，可采取相控调压的措施，尽可能地使整流器的输出相等，从而消除环流。

2.1.2 一次侧移相

与二次侧移相不同，一次侧移相需配置2台整流变压器以并联的方式运行，其一次绕组分别联结成Y和D，二次绕组联结成Y或D（同名端线电压之间的相位移为30°）。这样可使整机的脉冲数可提升1倍。2台整流变压器的铁芯可采用共轭结构，如图1所示。

当式（1）中的Φ1=Φ2时，则Φ3=0.518Φ1.虽然这种共轭式铁芯结构在加工制造时较为复杂，但实际应用中的经济性较好。

2.2 移相绕组移相的结构特点

在实际应用中，脉冲数为12的大功率整流设备很难满足使用需求，因此，应选用脉冲数更大的整流机组。在此前提下，必须选择移相绕组的方式移相。通常情况下，移相绕组基本安装在整流变压器的一次侧，而一次侧移相绕组与主绕组的联结方式有以下2种。

2.2.1 曲折形

对于前移曲折形绕组而言，在移相绕组的作用下，主绕组的电压向量会向前移1个相位角。对于后移曲折形绕组而言，受移相绕组的影响，主绕组的电压箱梁会向后移1个相位角。移相绕组电压与合成电压的之间关系可用下式表示：

. （2）

式（2）中：UY为移相绕组电压；U1为合成电压；α为相位角。

主绕组电压与合成电压之间的关系可用下式表示：

. （3）

式（3）中：UM为主绕组电压。

由式（2）和式（3）可以看出，当相位角α≥60°时，UM=0.因此，能得出一次绕组的结构容量KP与移相角度之间的关系，可用下式表示：

. （4）

由式（4）可以看出，当移相角度 增大时，一次绕组的结构容量KP也会随之增大。在这种联结方式下，中性点可引出直接接地。

2.2.2 延边三角形

这种结构形式的绕组电压与合成电压的关系表达式为：

. （5）

由式（5）可知，当相位角α≥30°时，UM=0.这种结构形式最突出的特点是材料用量少。

2.3 移相自耦变压器移相的结构特点

为了达到整流设备移相的目的，可将移相绕组设置在整流变压器一次侧。由于不同变压器的结构、阻抗不同，导致处于并联状态下的变压器之间会出现环流现象。采用单独的自耦移项变压器能有效避免上述问题的发生。如果采用联结组形式，则各台整流变压器可采用D和Y的联结方式进行一次绕组，从而节省材料。

参考文献

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[2]辛成山.关于移相整流变压器绕组电流的进一步分析[J].变压器，2013（12）

[3]李登峰.高压变频器配套用移相整流变压器[J]变频器世界，2012（04）.

〔编辑：张思楠〕