高压变频器中移相整流变压器移相角的测量方法研究

陈栋

摘 要：在交流电机的控制中，变频调速技术因效率较高且不会产生谐波污染，成为最有前景的调速方式。采用PWM技术的变频调速器是此技术的重点应用之一，其中移相整流变压器起到了不可或缺的作用，对此类特种变压器移相角的测量也显得相当重要。

关键词：移相整流变压器；变频器；移相角的测量

1.变频器系统拓扑结构

电动机的转速n=60*电源频率f（1-转差率S）/极对数P，变频调速技术是利用改变电动机定子电源频率f来改变电动机的转速n的调速方法。转速n与频率f之间为线性关系，调速过程中没有节流作用以及励磁滑差产生的附加功率损耗，使得这种调速有无极、范围大、效率高、低损耗的特点。采用PWM技术的变频调速器，是由多个功率单元串联多电平的拓扑结构。以6kV五级变频器为例，每相有五个功率单元，每个功率单元输入经移相整流变压器移相的三相交流电压，经整流逆变后输出单相交流电压，五个功率单元串联叠加后输出改变频率的6kV电压，驱动电动机工作。

2.移相整流变压器的原理

移相整流变压器的原理是将变压器副边分为多绕组形式，每个绕组采用延边三角形移相，从而使得二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移。根据变频器电压等级和容量大小的不同，整流脉波数各有不同：以ZTSGF_1600/6型6kV五级移相整流变压器为例，变压器原边绕组6kV，副边共15个绕组分为三相，通过延边三角形接法，分别有+24°、+12°、0°、-12°、-24°移相角度，每个绕组接一个功率单元。移相整流变压器起到了电气隔离的作用，使得各功率单元相互独立从而实现电压串联，并且通过多重化整流逆变有效消除了谐波。其副边绕组延边三角形联接及移相方式分为顺时针（正角度）和逆时针（负角度），联结及移相方式如图1：

3.移相整流变压器移相角的计算方法

本文以ZTSGF_1600/6型6kV五级移相变为例，讨论移相角的测量方法。

3.1使用DP-PP11a型数字频率计测量移相角

数字频率计可以测量两组矩形波信号的时间间隔，再通过公式算得移相角。通过整形装置并调整移相变压器原边输入电压的幅值，将两个正弦波转换为10V左右的两个矩形波。测得时间间隔 后，则有移相角

。对于50Hz的电源， ， ，

分别测量移相角为+24°，+12°，-12°，-24°副边与0°副边输出信号的时间间隔，得到各组移相角。此方法测量精度较高，误差为±30′。但对设备精度及操作水平有较高要求，适合在对移相角有较高要求的场合采用。下面是空载时测得的+24°与0°副边移相角数据：

3.2使用相量比较法测量移相角

根据移相变压器二次绕组延边三角形移相原理，可选择变压器同一低压绕组，连接同一同名端子，测量其他端子的电压，通过比较相量来得到移相角，如图2：

，同理可計算出各二次绕组

之间移相角度。一次施加三相正序电压，二次侧短接a相，测量 移相角：短接b相，测量 移相角：短接c相，测量 移相角。下面是空载时测得的+24°与0°副边移相角数据：

3.3测量结果分析

以上两种方法，可以根据现场对移相角的精度要求来选择使用。虽然使用频率计测量的角误差要稍精确于相量比较法，但操作太过复杂且需要仪器较多；而采用相量比较法较简单，实验数据也很理想，特别适合现场调试，因此建议推广使用相量比较法来测量移相整流变移相角。

参考文献：

[1]魏雪亮；崔立君 特种变压器理论与设计 1996

[2]王兆安；黄俊 电力电子技术 2000

[3]张皓；续明进；杨梅 高压大功率交流变频调速技术 2006