用于高压变频调速的三相分裂式移相变压器制造技术

一种用于高压变频调速的三相分裂式移相变压器，其特征在于其器身内侧为接成星形连续式的网侧绕组、外侧为３组分裂、Ｎ组移相、饼式网侧绕组。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及变压器的制造技术，特别是涉及一种用于高压变频调速的三相分裂式移相变压器。
技术介绍
目前，高压交流电动机变频调速节能潜力可观50Hz虽是最佳发电频率，但不是所有用电设备的最佳频率。占全国总耗电量2/3的在网交流电动机多数工作在全压、额频、恒速条件下，效率只有60％，功率因数仅0.7。如能工作在5-45Hz，其节电率为20-60％。在网的交流电动机总容量中，其中低压中小型电动机容量占40％，高压(3、6、10kV)中大容量电动机占60％(其中大容量800kW及以上的占50％)。上世纪80年代，中小型交流电动机的通用变频调速已在国内进入了实际应用阶段；到了90年代，已取得了迅猛发展，实现了商品化和系列化。直到上世纪90年代中期，用电量大、节能效果最为显著的高压交流电动机的变频调速技术仍没有得到很好的应用。高压变频器的特点高电压、大功率、技术复杂、高可靠性。制约高压变频器发展及其应用的主要因素有三第一、是高压逆变器件问题。第一代SCR到第二代的GTO，虽然电压等级、功率大小能满足其要求，但调制频率低，谐波含量高，功率因数和效率低，而且结构复杂，性能上也不令人满意，直到第三代IGBT(绝缘栅双极晶体管)和第四代IGCT(集成门控变流晶体管)的出现，才得以发展。第二、直到上世纪90年代末，高压变频器还没像低压通用变频器那样具有基本一致的主电路拓扑结构(附图1)。按高压组成方式，目前可分为以下两大类；第二类中又可分为三种型式，其实质仍是沿用低压通用变频器的拓扑结构，如用于高压变频调速，则存在着诸多问题。目前高压变频器有1.交—交类。2.交—直—交类高—低式、高—低—高式、高—高式。交—交类的缺点是输出频率低(小于1/2电网频率)，电网功率因数低，受旁频谐波影响，还需无功补偿和滤波装置，造价高、占地大。逐渐为交—直—交类所取代。高—低式目前GTO、IGBT电压等级至多为4.5-6.0KV，须经串联方可用于6KV及以上的变频器，其技术远比1-3KV变频器复杂。为此，经变压器降压后，采用低压变频器。此方式虽有一定发展前途，但要求配用1-3KV非标准电压的特殊电动机。高—低—高式经变压器降压后，可采用通用变频器，再经变压器升压。升压变压器应能在变频器频率变化范围内可变电压外，还必须考虑逆变器的输出波形(含有大量的高次谐波甚至还有直流分量)。因此必须选用与逆变器型式相一致的专用升压变压器。高次谐波将增加变压器和电动机等的附加损耗、额外温升、铁心饱合、出力下降、产生振动和力矩脉动，增加噪声。输出 和共模电压，增加重复峰值电压，降低线缆、电动机的绝缘。该方式有被淘汰的趋势。高—高式电网高压直接经高压变频器，再直接供给高压电动机，效率高，输出频率范围宽，应用广泛。现有产品仍沿用普通双电平电压型变频器主路拓扑结构(附图1)，为获得高压大功率，必须采用器件的串并联(附图2)。串并联将带来静、动态均压、均流等一系列技术上的不确定因素，可靠性降低。输出只有两电平、电压波动大、谐波大。高压变频器容量大，占整个电网的比重尤为显著。高压变频器对电网的谐波污染和对电动机等的影响较为严重。IEC、美国以及我国等都制定了限制谐波的标准(表1)。随着这类设备的增多，这种限制将愈来愈严格。如何降低谐波，已成研制高压变频器的首要考虑问题。表1电网谐波电压极限值 现有技术中已知采用多重化整流电路可消除谐波如附图3a所示，两组6脉波整流电路串联而成输出12脉波的整流电路。附图3b，分别显示了6和12脉波整流电路的谐波分量，可见谐波分量大大降低，接近70％。如采用N个多绕组隔离变压器移相，将N个三相桥式6脉波整流电路多重连结，则可变换成输出6N个脉波的整流电路，其网侧电流仅含6Nk±1次谐波，可大大减少谐波(表2)。表2 现有技术已知采用单相串联多重叠加式逆变器可使输出电压更近于正弦波。逆变器多重叠加原理初期传统逆变器的输出电压为180°的方波(附图4a)。如将两个相同频率、相同幅值、相同脉宽180°的方波U1和U2分别错开180°/3＝60°和180°/5＝36°而叠加，因3次和5次谐波相互错开了180°相位角而抵消，则合成输出电压脉宽分别为120°和144°的一阶阶梯波(附图4(b)和附图4(c))。所谓多重叠加，就是将几个输出电压方波及频率相同的逆变器，使它们依次错开相同的相位角，然后把它们叠加起来形成接近于正弦波的阶梯波输出，从而消除某些低次谐波的一种幅值调制(PAM)波形改善法——谐波消除法。多重叠加是手段，消除某些低次谐波是目的。N个单相串联多重叠加式逆变器若将N个输出电压为方波的桥式逆变器，依次移相一定相位差，通过输出变压器次级绕组串联叠加，就组成了N个单相串联多重叠加桥式逆变电路(附图4d)。使它们所含的某些低次谐波抵消，可得到单相输出基波近似于正弦波的合成多阶阶梯波(表3)。采用谐波消除法，既改善了输出波形，又可调节输出电压。当输出变压器的初级或次级接成三角形时，零序谐波就自动被消除了。只要消除2kN±1以外的谐波，就是最大限度地消除了谐波。要想再多消除谐波，就必须增加叠加方波电压个数N。各单相逆变桥的容量可以取得相等，而且它们各自的大小为叠加合成后总容量的1/N。多重叠加法的移相式控制电路采用多电平移相式PWM技术，单相多重叠加控制电路和波形如附图5所示。其中振荡器产生2NfHz脉冲(f-逆变器输出电压频率)，环形计数器(N位)起脉冲分配器的作用，它输出N组互相移相2π/N，频率为f的脉冲系列1、2、……N。该系列脉冲分别经相应的移相器(由锯齿波发生器和电压鉴幅整形电路组成)，分别移相Φ后，再去控制相应的PWM单相逆变桥。如控制Φ，便可调节逆变桥输出的电压脉冲宽度。该控制电路的线性好，反应速度快。常应用在大容量多重叠加式PWM逆变器中。同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基本电压，但串联各单元的载波之间相互错开一定角度，实现了多电平移相式PWM，输出波形非常近于正弦波。多重叠加式逆变器对改善输出波形效果显著，输出电压调节也很方便，故得到了广泛应用。在本技术涉及的高压变频系统中，采用了三套彼此相移120°如附图5的控制电路。现有技术已知三种单元串联多电平PWM逆变器(电压源型)的拓扑结构由前可知，与普通双电平逆变器比较，串联叠加多电平PWM逆变器具有以下优点可产生N层阶梯形输出电压，提高电平数可接近于正弦波，谐波含量很小。电磁干扰(EMI)大大减轻，dv/dt只有双电平的1/(N-1)，效率高，更适用于大容量、高电压。有三种拓扑结构实现多电平串联叠加。一是二极管钳位式多相电平逆变器(附图6)；二是电容钳位式多电平逆变器(附图7)；三是带有分裂直流电源的串联式(Cascaded Invevrters WithSeparated DC Sources)多电平逆变器(附图8)。为更好的了解上述三种多电平拓扑结构，现列表比较如下(表4) 表4 从表4可知，带有分离直流电源的串联叠加多电平型结构以其独特的拓扑形式和显著的优点更适用于大功率交流电动机的变频调速。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种网侧电流谐波小的用于高压变频调速的三相分裂式移相变压器。为实现上述目的，本技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭勇，
申请(专利权)人：谭勇，
类型：实用新型
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