多重化高压整流变压器 【技术领域】
本发明涉及一种工业用变压器，尤其涉及一种多重化高压整流变压器。
背景技术
高压交流电动机在电力消耗中占有很大的比重。在我国，1987年-91年高压电动机全国产量为38196.5MW，产量每年递增10％，到1997年产量已达1000万KW。如何以最佳的节能方式实施电动机调速运行，具有极其显著的社会、经济效益。
高压交流电动机使用高压变频器进行驱动。高压变频器是以电网交流输入经过交-直变换，即整流后，再转换为交流电。在交-直-交的PWM(脉冲宽度调制)逆变过程中，会有大量谐波发生，因此大大降低电力系统的功率因素，企业配电系统也消耗大量无功功率，被迫采取后治理，以改善电能质量，浪费大量人力、财力和电能。
抑制谐波的有效办法之一是通过对整流变压器高压侧进行移相，这种办法可以基本上消除幅值较大的低次谐波。一般情况下，只要一套整流装置有两台整流变压器，均采用等效12相系统，因为这种系统不需专门移相，只要变换绕组的连接方式即可达到。但是这种系统可滤除的谐波分量相对有限，无法满足对于更低失真的要求。目前对于更高脉波的多重化移相方案正在探索之中，尚没有一种可以设计出任意脉波的通用方法。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以降低谐波的多重化高压整流变压器，依据本发明可以设计出各种所需的脉波整流变压器。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种多重化高压整流变压器，包括：移相变压器，按照多重化需要将三相电压中的每一相电压分为多个分压；以及多个移相单元，对每一相电压的多个分压以不同的移相角进行移相，其中各移相角之间具有一固定角度，并且以0°为中心对称分布，该固定角度满足：
固定角度＝60°/N，其中N是每一相电压所分成的分压数量。
在上述的多重化高压整流变压器中，所述移相单元包括外延三角形连接的线圈，其中三角形线圈的三个顶点连接移相前的各相分压，从三个顶点延伸的线圈末端为移相后的各相分压。
在上述的多重化高压整流变压器中，所述移相变压器按照五重化需要将三相电压中的每一相电压分为五个分压。
在上述的多重化高压整流变压器中，每一相电压的五个分压的移相角分别为：±24°，±12°，0°。
在上述的多重化高压整流变压器中，所述移相变压器按照八重化需要将三相电压中的每一相电压分为八个分压。
在上述的多重化高压整流变压器中，每一相电压的五个分压的移相角分别为：±26.25°，±18.75°，±11.25°，±3.75°。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，可以设计各种脉波的多重化移相变压器，从而基本消除谐波，谐波含量(占基波)可控制在2％以下，以取得几乎完满的无纹波交流正弦波形。
【附图说明】
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是根据本发明一实施例的五重化移相高压整流变压器结构图。
图2是对三相电的每一相电压进行的五重分压示意图。
图3A和图3B是对每一分压进行滞后移相的原理示意图。
图4A和图4B是对每一分压进行超前移相的原理示意图。
图5是根据本发明另一实施例的八重化移相高压整流变压器结构图。
图6是对三相电的每一相电压进行的八重分压示意图。
图7是根据本发明的八重化移相后每一移相分压的PWM波形示意图。
图8是根据本发明的八重化移相后各移相分压叠加后的相电压示意图。
图9是现有的6脉冲系统总电流和总电压失真示意图。
图10是现有12脉冲系统总电流和总电压失真示意图。
图11是本发明的30脉冲系统总电流和总电压失真示意图。
【具体实施方式】
本发明的多重化功率单元，可根据需要分别采用五重化、八重化或二十四重化等多种设计，多重化等级越高，则系统中抵消谐波效果越明显，但系统更复杂，因而五重化和八重化效果和经济性更适宜。举例来说，当采用五重化30脉冲时，一次电子流中将只有基波以及29次谐波以上的谐波残留。当采用八重化48脉冲时，一次电子流中将只有基波以及47次谐波以上的谐波残留。
下面举若干个实施例，作为本发明据以实施的范例，所描述的实施例并非旨在限制本发明。
图1是根据本发明一个实施例地五重化移相高压整流变压器结构图。参照图1所示，该变压器包括移相变压器10及移相单元20。三相交流电进入移相变压器20后，每相都会进行分压。分压方案如图2所示，假设星形连接的三相交流电的每一相A、B、C相对连接点的电压为3450V，则经过5均分后每一部分的电压为690V，分压是通过设定移相变压器10的匝数比来实现的。
经过分压后，会得到许多如图2所示的分压，其值均为690V。对每一相电压的5个分压依次按照下表1所示的移相角进行移相。参考表1，各移相角之间具有a＝12°的固定角度，并且以0°为中心对称分布：
表1
初、次级电压相位差接法-24°逆延-12°逆延0°不变12°顺延24°顺延
上述固定角度a＝12°是基于如下计算：
a＝60°/5＝12°。
其中5是五重化分压后的电压数量。
也就是说，对于N重化整流，其固定角度＝60°/N。
在图1中，A1～A5，B1～B5及C1-C5均表示移相单元。移相单元的结构是用外延三角形结构的线圈来实现，可以将三相电中处于同一范围的电压并进行移相。因此移相单元A1、B1、C1共同构成一个外延三角形线圈。其中滞后移相角的矢量图可参照图3A、3B所示，x，y，z表示移相前的三相电压，A、B、C表示移相后的电压，当分别自z、x、y三相延伸一定长度的线圈，使之满足图3A所示的矢量关系时，A点电压与y点电压之间有图3B所示相位关系，即A点电压滞后θ角。
对于任意的移相角θ，通过分别计算A-z，B-x，C-Y之间的距离即可知分别从x，y，z三点需分别延伸的线圈的长度，从而计算出线圈的圈数。
另外，通过寻找UAx与U1(移相前每两相之间的电压)之间，UAz与U1之间的确定关系，可以更加精确的确定线圈的圈数，从而实现任意角的精确移相，这对高脉波的系统来说是十分关键的，公式如下：
类似地，图4A和图4B示出A点电压超前θ角的矢量图。
依次类推，可以完成5个电压范围A1～A5、B1～B5以及C1～C5的移相。
图5是根据本发明另一实施例的八重化移相高压整流变压器结构图。参照图5所示，该变压器包括移相变压器110及多个移相单元120。三相交流电进入移相变压器20后，每一相电压进行分压。分压方法如图6所示，假设星形连接的三相电的每一相对连接点的电压为4320V，则经过8均分后每一部分的电压为540V，分压是通过设定移相变压器110的匝数比来实现的。
经过分压后，每一相的8个电压将按照表2所示的移相角进行移相。参考表2，各移相角之间具有a＝7.5°的固定角度，并且以0°为中心对称分布：
表2
初、次级电压相位差 接法 -26.25° 逆延 -18.75° 逆延 -11.25° 逆延 -3.75° 逆延 +3.75° 顺延 +11.25° 顺延 +18.75° 顺延 +26.25° 顺延
上述的固定相差a＝7.5°是基于如下计算：
a＝60°/8＝7.5°
其中8是八重化分压后的电压数量。
移相的过程可参照五重化的移相，其不同之处仅在于，八重化过程中是对8组三相电压A1～A8、B1～B8以及C1～C8进行移相。
图7是根据本发明的八重化移相后每一移相分压的PWM波形示意图。图8是根据本发明的八重化移相后各移相分压叠加后的相电压示意图。可以看出，经过八重化移相后的相电压已经具有完美的波形，没有明显的失真。
通过图8～图10所示的现有技术的脉冲系统与本发明的脉冲系统的比较，可以明显看出本发明的优势，在常见的6脉冲和12脉冲电流波形有明显的纹波。其中6脉冲系统总电流失真25％，总电压失真10％，12脉冲系统总电流失真8.8％，总电压失真5.9％，而根据本发明实施例的30脉冲系统中总电流失真0.8％，总电压失真1.2％。
综上所述，本发明的多重化移相整流变压器，输入功率单元PWM逆变侧串联逆加成为VVVF的高压交流电输出，可基本消除谐波，谐波含量(占基波)可控制在2％以下，以取得几乎完满的无纹波交流正弦波形。
本发明既实现高压电动机调速运行，又改善了电网和供电系统的电能质量，是电力企业和工业得到双赢的一项节能技术。本发明可广泛应用于钢铁、石化、煤矿、冶金、热力、供水等行业大量高压电动机调速运行的急需，目前全网约5000MW高压电动机，年产量急需递增10％的行业需求，具有十分显著的社会，经济效益。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。