新型整流變壓器的研制及應(yīng)用分析.pdf

1、1948年普通晶體管的發(fā)明引起了電子工業(yè)革命，半導(dǎo)體器件首先應(yīng)用于小功率領(lǐng)域，如通訊、信息處理的計(jì)算機(jī)等。1958年，自從美國(guó)通用電氣公司研制成功第一個(gè)工業(yè)用的普通晶閘管開始，大大擴(kuò)展了半導(dǎo)體器件功率控制的范圍。電能的變換和控制由原來(lái)的旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止的離子變流器進(jìn)入以電力半導(dǎo)體器件組成的變流器時(shí)代，這標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子技術(shù)的應(yīng)用已深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，其典型的用途包

2、括：電化學(xué)、直流傳動(dòng)、交流傳動(dòng)、電鍍及電加工、電機(jī)勵(lì)磁、中頻感應(yīng)加熱、直流輸電及無(wú)功補(bǔ)償?shù)?，成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和高新技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。然而其負(fù)面效應(yīng)也日益明顯，電力電子裝置的開關(guān)動(dòng)作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量，導(dǎo)致了交流電網(wǎng)中電壓和電流波形的嚴(yán)重失真，從而替代了傳統(tǒng)的變壓器等鐵磁材料的非線性引起的諧波，成為最主要的諧波源。傳統(tǒng)的整流裝置中，由于整流變壓器結(jié)構(gòu)上的原因，并不能夠起到諧波抑制作用，諧波仍然通過(guò)變壓器進(jìn)入電網(wǎng)，從

3、而影響電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。新型整流變壓器由于具有無(wú)功補(bǔ)償和諧波屏蔽作用，提高了變壓器的性能，這是以往傳統(tǒng)整流變壓器所不具備的，所以具有重要的研究?jī)r(jià)值。論文主要做了以下幾個(gè)方面的工作： (1)首先論述了國(guó)內(nèi)外整流變壓器的發(fā)展與研究現(xiàn)狀，特別用于電化工行業(yè)的整流變壓器，進(jìn)行了較詳細(xì)的說(shuō)明。 (2)介紹了新型整流變壓器工作原理和結(jié)構(gòu)特征，為了更好的分析新型整流變壓器的工作原理，從理論上設(shè)計(jì)了一臺(tái)13KVA的干式變壓器，并且根據(jù)中

4、間繞組等值阻抗為“零阻抗”的要求，對(duì)變壓器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括鐵心截面、繞組的線徑規(guī)格、繞組間的氣隙距離和繞組電抗高度。 (3)新型整流變壓器中間繞組接有濾波器，濾波器的性能也決定了新型整流變壓器是否能夠順利的進(jìn)行諧波屏蔽，本論文中采用了兩種主要濾波方案，一種是單調(diào)協(xié)濾波器，另一種是雙調(diào)諧濾波器，并且在設(shè)計(jì)雙調(diào)諧濾波器時(shí)，對(duì)四種特征諧波次數(shù)進(jìn)行了不同的組合。根據(jù)不同濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)在MATLAB中建立了仿真模型，通過(guò)仿

5、真能明顯觀察到諧波抑制的效果，并且通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的比較，單調(diào)諧濾波器方案更為合理，當(dāng)然采用雙調(diào)諧方案也能滿足要求。 (4)介紹了經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論，尤其對(duì)麥克斯韋方程組和電磁場(chǎng)中的一般邊界條件進(jìn)行了理論說(shuō)明。對(duì)有限元法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述及現(xiàn)階段電磁場(chǎng)分析軟件進(jìn)行了介紹。文中采用美國(guó)Ansoft Corp.公司的Maxwell軟件建立了新型整流變壓器的三維有限元仿真模型，模型的各項(xiàng)尺寸完全與新型整流變壓器設(shè)計(jì)尺寸相同，應(yīng)用軟件中的靜磁

6、場(chǎng)計(jì)算模塊對(duì)繞組的漏電抗進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果與設(shè)計(jì)計(jì)算的短路電抗進(jìn)行比較，其誤差相當(dāng)??；并且分析了各繞組上所受的洛侖茲力和鐵心柱中的磁能密度分布。應(yīng)用瞬時(shí)電磁場(chǎng)仿真模塊對(duì)激勵(lì)源為正弦電流源時(shí)，可以得到三個(gè)繞組的受力情況和鐵心中的磁通密度變化，觀察鐵心中的主磁通瞬時(shí)變化情況及各個(gè)時(shí)刻各繞組受力。 本文對(duì)新型整流變壓器的進(jìn)行了全面的研究，通過(guò)對(duì)整流變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，能夠有效地降低了變壓器中間繞組等效短路阻抗，同時(shí)增加網(wǎng)側(cè)等效短路