移相整流变压器复习课程
35kV 12脉波移相整流变压器电磁与结构设计
- 45 -工 业 技 术１ 项目背景多脉波移相整流变压器广泛应用于各行各业的变频调速系统中，电压等级一般为10 kV~35 kV，低压侧输出脉波数以6脉波和12脉波为主，12脉波整流变压器高压侧经移相后，2台可组成24脉波输出，大大降低整流装置注入电网的谐波，提高电能质量[1]。
该项目所设计的35 kV 12脉波整流变压器，安装地点位于海拔高达4 600 m 的西藏地区，外绝缘距离与变压器温升需要特殊考虑，同时，该地区运行的变压器遭受大气过电压概率大，需要对变压器绕组进行必要的保护。
目前国内外市场上的35 kV 高压外延三角形移相整流变压器，基本绕组与高压移相绕组都采用辐向排列方式，在雷电冲击电压下，高压移相绕组尾端与高压基本绕组首端连接处冲击电位震荡很大，绝缘性能不易保证，需要增大绝缘距离以保证绝缘强度[2]。
为了解决上述技术问题，该项目通过技术研究与电磁仿真技术，将高压基本绕组与移相绕组调整为轴向排列，经仿真计算与测试，移相绕组尾端与基本绕组首端连接处的冲击电位震荡明显下降，提高了绝缘可靠性，高压移相绕组引线与其它绕组引线连接更加方便，器身的布置结构更加紧凑合理，器身机械稳定性得到提高。
２ 产品开发与设计针对项目技术协议中所需特点，研究采用合理的结构满足实现35 kV 高压外延三角形移相，单器身输出12脉波的整流变压器。
并可以D （+7.5°）d0y11配合D （-7.5°）d0y11组成24脉波整流变压器。
２．１ 电磁设计部分采用了组合式双分裂绕组结构，高压线圈4个绕组采用轴向排列后，器身布置更加紧凑，机械强度较原辐向排列结构大大提高。
经波过程电磁分析软件仿真分析，改进后结构在大气过电压下，绕组中的电位振荡大为降低，由原来电位幅值达到入波的约150%以上降低到入波的约115%，如图1所示，降低了绝缘设计的难度。
经电磁场仿真软件进行器身的详细磁场仿真计算，绕组结构与布置改进后油箱中磁密有一定程度的增大，如图2所示，右侧绕组磁通密度明显高于左侧绕组。
双分裂移相整流变压器短路阻抗的仿真研究
双分裂移相整流变压器短路阻抗的仿真研究作者：吴文辉来源：《城市建设理论研究》2013年第24期摘要：整流变压器是交流变频调速中的关键设备，而整流变压器具有很复杂的结构，为了促进交流变频调速技术的发展，本文将简要介绍整流变压器的类型和组成部分，并在此基础上，通过对短路抗阻的计算分析，进一步探析双分裂移相整流变压器在短路抗阻方面的仿真研究和仿真结果。
关键词：双分裂移相；整流变压器；短路阻抗；计算；仿真研究中图分类号： TM4 文献标识码： A 文章编号：就现今来看，传统高耗能企业普遍都采用了交流变频调速这一项技术，并在这项技术的隔离电源方面大力推广了整流变压器。
1整流变压器的种类和构成1.1整流变压器的类型整流变压器有很多种，可分为二十四脉波、十八脉波、十二脉波以及六脉波等类型的整流变压器。
而二十四脉波、十八脉波以及十二脉波等整流变压器能够有效控制网侧的谐波含量，使其控制在相关标准要求的最高限值以内。
1.2整流变压器的组成部分关于整流变压器，不同脉波的变压器之间又产生相互的联系，如二十四脉波的整流变压器的设备里面就包含了一个十二脉波的整流变压器，而十二脉波型的整流变压器主要靠两台网侧移相的轴向分裂变压器所组成的。
而每台十二脉波变压器中除了包括一个Y接阀侧绕组之外，还包含了一个D接阀侧绕组，其中网侧绕组的移相分别为负的7.5度以及正的7.5度，而二十四脉波类型的整流变压器主要是通过把两台十二脉波类型的整流变压器进行并联组合而成。
关于整流变压器，其十二脉波双分裂移相这一类型变压器的接线方式至关重要，它接线方式会在很大程度上影响到短路阻抗。
因此针对双分裂移相的变压器而言，通过有关的电磁场分析软件，即可对其在不同界限条件下所出现的短路阻抗实现了仿真计算，而该计算的结果会和实际测试的结果进行相关方面的比较。
2相关的阻抗计算在具有双分裂移相的变压器当中，其阀侧绕组的排列方式主要是沿着轴向排列的，而这两个阀侧绕组，一个作为Y接头，另一个作为D接头，在电气方面，这两个阀侧绕组是相互独立进行的。
整流移相变压器移相角测量结果分析
整流移相变压器移相角测量结果一、佛山1500KVA/6KV 移相整流变压器（1）、测量方法1将副边绕组b1、b2、b3、b4绕组短接在一起（标注统一用b 表示），原边ABC 三相加150V AC 电压，用万用表测量b a U 1（在实际测量中，b a U 1≈b a U 2≈b a U 3≈b a U 4＝42.6V ）、21a a U 等值，按下式计算得到不同绕组之间的移相角。
（2）、测量方法2将副边绕组b1、b2、b3、b4绕组短接在一起（标注统一用b 表示），原边ABC 三相加150V AC 电压，用双通道示波器观测b a U 1、b a U 2等电压波形，根据两个波形过零点的时间差计算不同绕组之间的移相角。
（实际测量时由于三相电压的相位问题，导致超前或滞后相对关系是错误的）（3）、测量方法3用导线连接Aa1；在高压侧施加100V AC 电压，用万用表测量a1/b1/c1副边绕组，得到下列数据：AB U ＝BC U ＝AC U ＝99.6V ，ab U =27.4V ，bc U ＝27.3V ，ca U ＝27.3，Bb U =72.7V ，Bc U =86.3V ，Cb U ＝93.4V 。
按下式计算则可以得到移相角。
BAb ab AB ab AB U Bb ∠⨯⨯⨯-+=cos 222 BAc ac AB ac AB U Bc ∠⨯⨯⨯-+=cos 222bAC ab AC ab AC U Cb ∠⨯⨯⨯-+=cos 222ABCa1/b1/c1绕组：a2/b2/c2绕组：用导线连接Aa2；测量a2/b2/c2副边绕组，数据如下：AB U ＝BC U ＝AC U ＝100.5V ，ab U =27.6V ，bc U ＝27.6V ，ca U ＝27.6，Bb U =75.3V ，Bc U =100.5V ，Cb U ＝79.9V 。
二、新华都1000KVA/6KV 移相整流变压器（1）、测量方法1将副边绕组b1、b2、b3、b4绕组短接在一起（标注统一用b 表示），原边ABC 三相加150V AC 电压，用万用表测量b a U 1（在实际测量中，b a U 1≈b a U 2≈b a U 3≈b a U 4＝43.2V ）、21a a U 等值，按下式计算得到不同绕组之间的移相角。
移相变压器设计研究
高压变频装置配套用移相整流变压器的设计研究云南变压器电气股份有限公司柳溪摘要：本文介绍了高压变频器的工作原理，并论述高压变频器配套用移相整流变压器的移相原理，设计研究和技术特点，提出了相应的计算方法。
关键词：高压变频器移相整流变压器移相设计要点计算方法Design and Study on phase-shifting rectifier transformer for the supporting use of high-voltage frequency converter Yunnan Transformer and Electric Joint-stock Company Ltd.Liu XiAbstract: This article introduces the operating principle of the high-voltage frequency converter, expounds the rectifyingprinciple of the phase-shifting rectifier transformer forthe supporting use of high-voltage frequency converter, itsdesign and study and its technological characteristics andputs forward the relevant calculating methods.Key words: high-voltage frequency converter, phase-shifting rectiformer (rectifier transformer), phase-shifting, calculating methods,main design consideration1．前言随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，带动了交流传动技术日新月异的进步，也使得高功率、大电流的功率器件制造技术日趋成熟。
变压器结构、原理及维护
移相变压器结构、工作原理及日常维护1、移相变压器，属于整流变压器的一种，因为二次绕组之间存在相位上的角度差异，二次绕组相对于一次绕组也存在相位上的差异（15副边的二次绕组可能会存在中间一组二次绕组和一次绕组相位一致），又称作移相变压器。
一次有三副高压绕组，在星点处完成星形联结；根据所在电网的实际情况，可以适当调整抽头来实现“输入电压”的改变。
以下是其一次原理图。
2、绝缘等级是指电动机或变压器绕组采用的绝缘材料的耐热等级。
绕组常用的绝缘材料，按其耐热性一般分为A、E、B、F、H五种等级，每一绝缘等级的绝缘材料都有相应的极限允许工作温度，运行绕组绝缘最热点的温度不得超过其规定数值；否则将加速绕组绝缘老化，缩短寿命；如果温度超过允许值很多，绝缘就会损坏，导致绕组烧毁。
2.1、在变压器、发电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。
绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。
不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。
因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。
2.2、什么是干式变压器的绝缘等级？干式变压器的绝缘等级，并不是绝缘强度的概念，而是允许的温升的标准。
比如，B级绝缘允许工作到130℃，H级绝缘允许工作到180℃，所以，H级绝缘允许导线选得细一些。
2.3、什么叫“H级绝缘，用B级考核温升”？就是说，变压器采用H级绝缘材料，但是各个点的工作温度不允许超过B级绝缘所允许的工作温度。
这实际上是对绝缘材料的一种浪费，但是，变压器的过载能力会很强。
2.4、主体绝缘材料一般采用NOMEX纸，为C级绝缘；诺梅克斯（NOMEX）是美国杜邦公司为其间位聚芳酰胺产品注册的商品名，包括间位聚芳酰胺纤维、纸和层压板等产品。
绝缘的温度等级A级E级B级F级H级最高允许温度（℃）105 120 130 155 180绕组允许温升限值（K）60 75 80 100 125性能参考温度（℃）80 95 100 120 1451、最高允许温度是绕组的最高能够承受的温度2、绕组允许温升限值是指绕组实际温度减去环境温度的极限值3、性能参考温度是指元件的参考工作温度3、变压器的接地点主要是铁心；铁心是变压器的磁路部分，绕组是变压器的电路部分。
整流变压器常用移相方式与结构特点的分析及讨论
整流变压器常用移相方式与结构特点的分析及讨论作者：赵丽来源：《科技与创新》2016年第08期摘要：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/ki.kjycx.2016.08.1111 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°）。
整流变压器的移相
整流变压器的移相
由于整流变绕组电流是非正弦的含有很多高次谐波，为了减小对电网的谐波污染，为了提高功率因数，必须提高整流设备的脉波数，这可以通过移相的方法来解决。
移相的目的是使整流变压器二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移。
最简单的移相方法就是二次侧采用量、角联结的两个绕组，可以使整流电炉的脉波数提高一倍。
对于大功率整流设备，需要脉波数也较多，脉波数为18、24、36等应用的日益增多，这就必须在整流变压器一次侧设置移相绕组来进行移相。
移相绕组与主绕组联结方式有三种，即曲折线、六边形和延边三角形。
用于电化学行业的整流变压器的调压范围比电炉变压器要大的多，对于化工食盐电解，调压范围通常是55％--105％，对于铝电解来说，调压范围通常是5％--105％。
常用的调压方式如电炉变压器一样有变磁通调压，串联变压器调压和自耦调压器调压。
另外，由于整流元件的特性，可以在整流电炉的阀侧直接控制硅整流元件导通的相位角度，可以平滑的调整整流电压的平均值，这种调压方式称为相控调压。
实现相控调压，一是采用晶阀管，二是采用自饱和电抗器，自饱和电抗器基本上是由一个铁心和两个绕组组成的，一个是工作绕组，它串联联结在整流变压器二次绕组与整流器之间，流过负载电流；另一个是直流控制绕组，是由另外的直流电源提供直流电流，其主要原理就是利用铁磁材料的非线性变化，使工作绕组电抗值有很大的变化。
调节直流控制电流，即可调节相控角α，从而调节整流电压平均值。
移相变压器的原理与用途
变压器中移相的形成及工作原理由于干式变压器的无油污染问题，防潮、耐热、阻燃、防腐蚀等特性，广泛应用于工业、生活的各个方面。
目前主要存在两种主流类型的干式变压器：一种是以欧洲为代表的树脂浇注式干式变压器（简称ordt），另一种是以美国为代表的浸漆式干式变压器（简称ovdt）。
而作为h级绝缘的干式整流变压器，以c级绝缘材料nomex纸作为绝缘介质，具有更高的可靠性和环保特性，而且具有更好的经济性，测功机系统受到广泛的欢迎。
干式移相整流变压器是一种专门为中高压变频器提供多相整流电源的装置，采用延边三角形移相原理，通过多个不同的移相角二次绕组，可以组成等效相数为9相、12相、15相、18相、24相以及27相等整流变压器。
变压器的一次侧直接入高压电网，法国车上必须携带酒精测试仪其二次侧有多个三相绕组，它按0°、θ°、…、（60-θ）°等表示延边三角连接变压器二次侧的各低压三相绕组，同时表示各低压三相绕组线电压相对对应绕组的移相角。
当每相由n电机试验个h桥单元串联时，θ=60°/n，实现了输入的多重化，形成6n脉波整流。
这样，如果各h桥单元功率平衡，电流幅值相同，理论上一次侧输入电流中不含有6n±1以下各次谐波，并可提高功率因数，一般不需再配备无功补偿和谐波滤波装置。
最适宜用于防火要求高、负荷波动大的环境中，如海上石油平台、火力发电厂、自来水厂、冶金化工、矿山建材等特殊的工作环境中。
多绕组干式移相整流变压器是根据不同的用户而设计，容量从200kva~10000kva不等，一次阻抗较大，变压器的效率＞98%，采用h级绝缘系统，绕组温升限值120k。
为了提高电能质量，整流变压器的输出波形不像电力变压器在一个周期内只有三个正弦脉波，而是根据一次侧电压和装机容量，确定每台变压器在一个周期内的脉波数。
高压变频调速技术目前呈现多样化，以西门子技术为代表的级联式多重化技术，基本可以做到完美无谐波，它采用整流变压器将多个低压模块叠加（串联）而形成高压输出，功率器件采用igbt，目前国内绝大多数高压变频器厂家都是采用这种技术。
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▪α
5° 7.5° 12° 15° 20° 22.5° 25°
结构容量 1.0195 1.0264 1.0338 1.0352 1.0313 1.0264 1.0195
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 延边三角形阻抗计算(见分列式牵引整流变压 器）
▪ 有三种阻抗 ▪ 穿越阻抗：分裂侧支路并联时对不分裂侧绕
小于1.5%； ▪ 额定输出功率：每组19KVA，额定输出功率：
500KVA；
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 副边三相辅助绕组一组：空载电压380VAC， 输出功率：10KVA；
▪ 额定频率：50Hz； ▪ 短路阻抗：__8___%； ▪ 工作效率：≥98%；
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 接线方式： ▪ 初级绕组接线方式：Y接法，中性点引出； ▪ 次级绕组接线方式：延边三角形移相，共27
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 电压的偏差计算ΔU2 ▪ U21 = U2Y * Sin(120 ) / Sin(α) ▪ = U2Y * √3/ 2 / Sin(α) '电压计算值 ▪ U2——给定电压 ▪ ΔU2 = (U2 - U21) / U2
延边三角形移相整流变压器计算
▪完
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▪ 计算公式： ▪ 延边三角形电压计算 ▪ 移相绕组电压 ▪ UY=U2sinα/sin120=2 /√3×U2sinα ▪ 主绕组电压 ▪ UD=（U2sin（60-α）-sinα）/
sin120=2×U2sin（30-α）
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 电流关系 ▪ IY=√3 ID ▪ 变压器的初级（网侧）和次级（阀侧）要保
组的阻抗。
▪ 半穿越阻抗：分裂侧任一支路对不分裂侧绕 组的阻抗。
▪ 分裂阻抗：分裂侧支路间的阻抗。
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 移相角偏差计算Δα
延边三角形移相整流变压器计算
▪ AA2 = N2Y*SIN(60) ▪ A2A1 = N2Y*COS(60) ▪ tgα = AA2/（A2A1+A1B） =
组，每9组构成一块，共三块，块间每组线圈 彼此移相6.7度，误差小于±0.25度；
延边三角形移相整流变压器计算
号组ห้องสมุดไป่ตู้1 2 3
移相 53．3 46．7 40 角度 联 接 电 压 电 流
456
33.3 26.7 20
789
13.3 6.7 0
延边D 660V 16.2×27 A
延边三角形移相整流变压器计算
移相整流变压器
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 技术要求：（举例） ▪ 基本参数： ▪ 存储环境温度：-40℃～45℃； ▪ 工作环境温度：-30℃～45℃； ▪ 海拔高度：<1000 m； ▪ 环境湿度：0～95%； ▪ 产品名称：移相整流变压器；
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 产品型号： ZYSG-500/10 ； ▪ 容量：500KVA； ▪ 额定输入线电压：3X10000V±5%； ▪ 额定输入线电流：30A； ▪ 额定输出线电压：3X9X660V（空载），误差
N2Y*SIN(60)/(N2Y*COS(60)+N2D+N2Y） ▪ =(N2Y*3^0.5/2)/(N2Y*1/2+N2D+N2Y)
=(N2Y*3^0.5/2)/(3/2*N2Y+N2D) ▪ 计算移相角α = Arc tgα ▪ = Atn(tgα)/3.14159 * 180 ——由弧度化为角度 ▪ Δα = 计算移相角α- 给定移相角α
持磁势平衡 : I1 N1 - I2 N2 = 0 ▪ I1 =（各次级和辅助绕组安匝之和）/ N1 ▪ 为抵消次级（阀侧）匝数的增加，初级（网
侧）电流相应增加，反应到结构容量的增大
延边三角形移相整流变压器计算
▪ 容量关系 ▪ 一次绕组的结构容量与移相角的关系 ▪ Kp=(Uz+√3×Uy)/U2 = 1.035 cos(15-α) ▪ 上式中Uy前的√3 是考虑到移相绕组的电流为