华意电力是一家专业研发生产三倍频变压器的厂家，本公司生产的三倍频变压器在行业内都广受好评，以打造最具权威的“三频变压器“高压设备供应商而努力。1 概述
铁磁型的三倍频变压器是利用铁心材料的饱和特性进行变频和变压的,其变频方式是一种传统的变频方式。自20世纪50年代以来,在世界各国工业界,三倍频变压器的基本电路结构和工作原理已得到了普遍承认。其特点是经济、可靠、容量大,但变频倍数较低。铁磁型的三倍频变压器作为感应加热炉、高速回转机、X射线发生器、臭氧发生器等装置的电源得到了广泛的应用。在分频输电系统中,倍频变压器也是关键的设备。
铁磁型的倍频变压器的主要问题是效率问题,但国外已有容量6.6MVA、效率高达95%的三倍频变压器投入使用的报道[1]。国内从事此方面的研究主要是在20世纪60～ 70年代,近些年没有见到这方面的文献报道。倍频变压器效率方面的主要结论来自教科书[3],人们普遍认为其效率不够高,只有60%左右。本文主要对三倍频变压器进行了试验研究,提出了通过开路试验和短路试验确定倍频变压器等值漏感抗的方法,为倍频变压器等值参数的仿真计算提供了验证的基础。根据等值内阻抗确定的匹配负载电阻,可得到最大输出功率。研制的日字形三倍频变压器输出容量为6kVA,效率可达92.5%。该研究成果为进一步优化三倍频变压器设计,提高其效率奠定了基础。
2 三倍频变压器的基本结构
三倍频变压器实质上是由三个单相变压器组成,如图1a所示。一次绕组为星形联结,二次绕组为开口三角形联结。变压器在高度饱和状态下运行。对于一次侧为星形联结且中性点不接地的变压器而言,当铁心高度饱和时,磁通不再与励磁电流成比例增长。其波形将发生严重畸变,磁通中包含有基波分量和所有奇次谐波。这时,如果将二次侧接成开口三角形,则只有三倍频次的谐波功率输出,利用此特性就可以构成一个三倍频变压器,即在其一次侧输入对称的三相电流iu、iv、iw,在二次侧输出基波的三倍次电压,其中主要是三倍频电压。图1b和图1c分别给出了口字形及日字形两种铁心结构,其中口字形的一、二次绕组在两个侧柱上,而日字形的一、二次绕组都是绕在中柱上。
3 三倍频变压器漏电感的定义及试验确定
短路阻抗和负载损耗的测量是变压器的例行试验的主要项目[4]。试验时,通常使额定电流大的一侧绕组如低压绕组短路,另一侧绕组处于额定分接位置,并施加额定频率的额定电流。此时,瓦特表所指示的数值即为负载损耗,电压表所指示的数值即为阻抗电压。
对于三倍频变压器试验,工作情况与一般变压器完全不相同。试验时,一次侧必须加适当的电压使铁心在饱和状态下工作,才能产生足够的三次谐波磁通,才有三次谐波电流输出,而当铁心退出饱和区时,则无输出电流。要使输出电流等于额定电流,此时的一次电压已接近额定电压,因此,此时的损耗值和阻抗电压已无任何意义。对于在饱和状态下工作的电器设备,漏电感是一个比较模糊的概念,它的定义取决于如何使用这个参数。文献中采用的倍频变压器的等效电路,如图2所示。图中U1、U2、U3为工频50Hz的一次侧三相电源电压; R1、L1是外接线路电阻及电感,C2为无功补偿电容;RL、C0为负载电阻和并联电容;N1为一次绕组匝数、N2为二次绕组匝数;G1为倍频变压器的空载损耗;R3、L3分别为倍频变压器的等效电阻和漏电感。显然,漏电感代表了在能量传递中存储在倍频变压器绕组中无法输出的那一部分能量。
但是从三倍频变压器的试验数据中仍然能反映出它的一些性能。根据图2的等效电路,由于R3、L3分别为倍频变压器的等效电阻和漏电感,因此漏感抗可用实验测量的方法确定。按照戴维南定理,任含源网络,都能用一等效电势源和一阻抗串联电路来代替。等效电势源为该网络的开路电压,串联阻抗是该网络化为无源网络时的输入端阻抗。因此用测量一次侧加额定电压时的开路电压比短路电流即为等值内阻抗。内阻抗的大小为:
z=(R23+ x2L3)12
式中R3为等值负载损耗电阻,可用计算方法确定;x13为漏感抗,xL3= 2π fL3;f为三次谐波频率。根据上述原则,对两种铁心结构的三倍频变压器进行了等值漏感抗的试验测定。
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