CN103138592A - 一种利用移相变压器改进的交交变频器系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，包括：一电网，一与电网相连的三相交交变频器，所述电网和三相交交变频器输出一相之间采用普通三绕组变压器连接，另外两相的电网和三相交交变频器之间采用移相变压器连接。能够进一步降低输入电流的THD（总谐波失真），改善电网和工业企业生产现场的电能质量，具有实现方式简单、成本较低的特点。

Description

一种利用移相变压器改进的交交变频器系统

技术领域

本发明涉及电网领域，尤其涉及一种移相变压器在12脉波交交变频器中的应用。

背景技术

交交变频器是一种直接交交变频设备，能够将一种频率的交流电直接变成可变频率的交流电，已经广泛应用于中压大功率交流电动机的变频调速传动系统。目前常采用的三相交交变频器为6脉波电路，其输出上限频率仅为电网频率的1/3且谐波含量非常高，不仅给电网注入大量谐波，严重影响公共电网的电能质量，还有可能导致相邻电器无法正常工作。若采用12脉波电路的三相交交变频器，不但可以将输出上限频率提高到电网频率的1/2，还能大大减小谐波电流的含量。

虽然采用12脉波电路后，交交变频器输入电流的THD得到了较大程度的减小，但其含量仍然较大，无法满足GB14549-1993国家标准的要求。为了进一步减小谐波含量以满足国家标准，需要对谐波进行治理。

谐波治理的方法主要有两类：主动治理，从谐波源本身出发，降低谐波源产生的谐波；被动治理，即外加滤波器，阻碍谐波注入电网。目前应用最多的是被动治理，但其成本往往很大。

本发明考虑在不大幅增加成本的情况下采用移相变压器来改进三相12脉波交交变频电路，降低其输入电流的谐波含量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，能够进一步降低输入电流的THD（总谐波失真），改善电网和工业企业生产现场的电能质量，具有实现方式简单、成本较低的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，包括：

一电网，

一与电网相连的三相交交变频器，

所述电网和三相交交变频器输出一相之间采用普通三绕组变压器连接，另外两相的电网和三相交交变频器之间采用移相变压器连接。

优选的，所述电网和三相交交变频器输出A相之间采用普通三绕组变压器连接，电网和三相交交变频器输出B相之间采用移相变压器连接，电网和三相交交变频器输出C相之间采用移相变压器连接。

优选的，所述A相三绕组变压器，B相移相变压器以及C相移相变压器三者的阻抗一致，且三相的相角与电网电压的角度相差分别为：A相0°、-30°；B相-10°、-40°；C相-20°、-50°。

优选的，所述的移相变压器采用延边三角形结构。

优选的，所述三相交交变频器为12脉波结构。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

1．本应用移相变压器的三相12脉波交交变频电路在原有三相12脉波交交变频电路的基础上，将原有的B、C相三绕组变压器用移相变压器替代，原有A相三绕组变压器采用YYD1联结组号不变，A、B、C三相的变压器阻抗保持一致。这样A、B、C三相的变压器副边绕组电压幅值相同，相角与电网电压的角度相差分别为：A相0°、-30°；B相-10°、-40°；C相-20°、-50°。

2．本发明具有设计合理、电路简单、性能稳定可靠的特点，在不大幅增加成本的情况下可以有效降低输入电流的谐波含量，能够广泛应用于工矿企业大功率交流调速系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的工作原理图；

图2为采用延边三角形结构的移相变压器电路图；

图3为单相12脉波交交变频电路拓扑结构图；

图4为本发明的结构示意图；

图5为采用普通三绕组变压器时A相输入电压、电流波形；

图6为采用普通三绕组变压器时A相输入电流频谱；

图7为采用移相变压器后A相输入电压、电流波形；

图8为采用移相变压器后A相输入电流频谱。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种应用移相变压器的三相12脉波交交变频电路如图1和图4所示，是基于以下原理实现输入电流谐波抑制的：

一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，包括：一电网，一与电网相连的三相交交变频器，所述电网和三相交交变频器输出一相之间采用普通三绕组变压器连接，另外两相的电网和三相交交变频器之间采用移相变压器连接。

优选的，所述电网和三相交交变频器输出A相之间采用普通三绕组变压器连接，电网和三相交交变频器输出B相之间采用移相变压器连接，电网和三相交交变频器输出C相之间采用移相变压器连接。

图2为移相变压器结构图，其两组输出端与输入端三相电压相角分别相差δ°和δ+30°；

图3为各个单相12脉波交交变频器结构，其输入端由图2中移相变压器的两组输出电压供电。

以A相为例，分析12脉电路的输入电流特征谐波。对于6脉波电路，其谐波主要为6n±1次，令：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_a=\underset{n=\mathrm{1,5,7,11,13}...}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\\ i_{\tilde{a}}=\underset{n=\mathrm{1,5,7,11,13}...}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n\sin (n(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\δ})+{\mathrm{\φ}}_n)\end{array}\right.$

其中δ＝-30°为二次绕组超前一次绕组的角度。为方便计算，设变压器匝比N₁N₂＝2，

计算出每个二次绕组电流在一次绕组中对应的电流：

${i_a}^{\′}=\frac{1}{2}\underset{n=\mathrm{1,5,7,11,13}...}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)$

${i_{\tilde{a}}}^{\′}=\frac{1}{2}(\underset{n=\mathrm{1,7,13}...}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n+\mathrm{n\δ}+\frac{\mathrm{\π}}{6})+\underset{n=\mathrm{5,11}...}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n+\mathrm{n\δ}-\frac{\mathrm{\π}}{6}))$

又 $i_{A1}={i_a}^{\′}+{i_{\tilde{a}}}^{\′},$ δ＝-30°

n=7时， $\mathrm{n\δ}+\frac{\mathrm{\π}}{6}=-\mathrm{\π};$ n=5时， $\mathrm{n\δ}-\frac{\mathrm{\π}}{6}=-\mathrm{\π}.$

这样5、7次，17、19次等次数的谐波得到消除，得到：

$i_A=\underset{n=\mathrm{1,11,13,23,25}...}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{I}}_n\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)$

这样，由于副边的两组电压相差30°，两组6脉波电路的电流折算到变压器输入端后，特定次的谐波相角互差180°，因而互相抵消从而降低了谐波含量。

A、B、C三相的变压器之间，副边输出电压在60°内均分，折算到变压器一次侧后，三相之间的电流以同样的原理互相抵消，从而进一步消除了部分特征谐波。需要指出的是，交交变频器的输入电流谐波即和输入频率有关，又和输出频率有关，因此包含大量的间谐波。间谐波的存在使得移相效果打了折扣，但本发明为交交变频器的输入电流谐波抑制提供了一条新颖的思路。

为了验证本发明的有效性，在Matlab/Simulink平台上搭建了普通三相12脉波交交变频器和本发明所提出的交交变频电路仿真模型，并对各相输入电流进行了频谱分析，仿真结果见图5～8。图5、图6为采用普通变压器时A相输入电流及其频谱，图7、图8为本发明采用移相变压器后A相输入电流及其频谱。对比频谱可以看到，采用移相变压器后输入电流的部分特征谐波得到了抑制，500Hz附近的谐波簇得到了削弱，各次谐波的THD都降低到国家标准以内，总THD也得到了一定降低。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，其特征在于，包括：

一电网，

一与电网相连的三相交交变频器，

所述电网和三相交交变频器输出一相之间采用普通三绕组变压器连接，另外两相的电网和三相交交变频器之间采用移相变压器连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，其特征在于：所述电网和三相交交变频器输出A相之间采用普通三绕组变压器连接，电网和三相交交变频器输出B相之间采用移相变压器连接，电网和三相交交变频器输出C相之间采用移相变压器连接。

3.根据权利要求2所述的一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，其特征在于：所述A相三绕组变压器，B相移相变压器以及C相移相变压器三者的阻抗一致，且三相的相角与电网电压的角度相差分别为：A相0°、-30°；B相-10°、-40°；C相-20°、-50°。

4.根据权利要求1所述的一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，其特征在于：所述移相变压器采用延边三角形结构。

5.根据权利要求1所述的一种利用移相变压器改进的交交变频器系统，其特征在于：所述三相交交变频器为12脉波结构。

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