CN1529404A - 用于高压变频的三相分裂式移相变压器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高压变频的三相分裂式移相变压器及其应用。为解决现有变压器网侧电流谐波大，污染电网的问题，其器身内侧为接成星形连续式的网侧绕组、外侧为3组分裂、N组移相、饼式网侧绕组构成。因此，成功的解决了谐波污染电网，谐波损耗的问题，具有运行可靠，维修简单，网侧电流谐波小，噪声低、发热低，功率因数高的优点。用于高压变频调速则也能成功的解决电动机发热、转矩脉动、dv/dt及共模电压对电动机绝缘的影响的问题，既使电动机出现电流不平衡，也能保证各相位组的电流基本相同，达到理想的谐波抵消效果，具有输出电压近于正弦波形，变频效率高，噪声低、发热低，功率因数高的优点。

Description

用于高压变频的三相分裂式移相变压器及其应用

技术领域

本发明涉及变压器和高压变频技术，特别是涉及一种用于高压变频的三相分裂式移相变压器及其应用。

背景技术

目前，高压交流电动机变频调速节能潜力可观：50Hz虽是最佳发电频率，但不是所有用电设备的最佳频率。占全国总耗电量2/3的在网交流电动机多数工作在全压、额频、恒速条件下，效率只有60％，功率因数仅0.7。如能工作在5-45Hz，其节电率为20-60％。在网的交流电动机总容量中，其中低压中小型电动机容量占40％，高压(3、6、10kV)中大容量电动机占60％(其中大容量800kW及以上的占50％)。上世纪80年代，中小型交流电动机的通用变频调速已在国内进入了实际应用阶段；到了90年代，已取得了迅猛发展，实现了商品化和系列化。直到上世纪90年代中期，用电量大、节能效果最为显著的高压交流电动机的变频调速技术仍没有得到很好的应用。

高压变频器的特点：高电压、大功率、技术复杂、高可靠性。制约高压变频器发展及其应用的主要因素有三：第一、是高压逆变器件问题。第一代SCR到第二代的GTO，虽然电压等级、功率大小能满足其要求，但调制频率低，谐波含量高，功率因数和效率低，而且结构复杂，性能上也不令人满意，直到第三代IGBT(绝缘栅双极晶体管)和第四代IGCT(集成门控变流晶体管)的出现，才得以发展。第二、直到上世纪90年代末，高压变频器还没像低压通用变频器那样具有基本一致的主电路拓扑结构(附图1)。按高压组成方式，目前可分为以下两大类；第二类中又可分为三种型式，其实质仍是沿用低压通用变频器的拓扑结构，如用于高压变频调速，则存在着诸多问题。

目前高压变频器有：1.交—交类。2.交—直—交类：高—低式、高—低—高式、高—高式。

交—交类的缺点是：输出频率低(小于1/2电网频率)，电网功率因数低，受旁频谐波影响，还需无功补偿和滤波装置，造价高、占地大。逐渐为交—直—交类所取代。

高—低式：目前GTO、IGBT电压等级至多为4.5-6.0KV，须经串联方可用于6KV及以上的变频器，其技术远比1-3KV变频器复杂。为此，经变压器降压后，采用低压变频器。此方式虽有一定发展前途，但要求配用1-3KV非标准电压的特殊电动机。

高—低—高式：经变压器降压后，可采用通用变频器，再经变压器升压。升压变压器应能在变频器频率变化范围内可变电压外，还必须考虑逆变器的输出波形(含有大量的高次谐波甚至还有直流分量)。因此必须选用与逆变器型式相—致的专用升压变压器。高次谐波将增加变压器和电动机等的附加损耗、额外温升、铁心饱合、出力下降、产生振动和力矩脉动，增加噪声。输出du/dt和共模电压，增加重复峰值电压，降低线缆、电动机的绝缘。该方式有被淘汰的趋势。

高—高式：电网高压直接经高压变频器，再直接供给高压电动机，效率高，输出频率范围宽，应用广泛。现有产品仍沿用普通双电平电压型变频器主路拓扑结构(附图1)，为获得高压大功率，必须采用器件的串并联(附图2)。串并联将带来静、动态均压、均流等一系列技术上的不确定因素，可靠性降低。输出只有两电平、电压波动大、谐波大。

高压变频器容量大，占整个电网的比重尤为显著。高压变频器对电网的谐波污染和对电动机等的影响较为严重。IEC、美国以及我国等都制定了限制谐波的标准(表1)。随着这类设备的增多，这种限制将愈来愈严格。如何降低谐波，已成研制高压变频器的首要考虑问题。

                            表1电网谐波电压极限值

标准代号		IEC				(美)IEEEstd.519-1992		GB 12668-1993(GB/T14549-1993)
											A		B	C	电力系统	整流系统	配电系统
		系统电压(kV)		配电系统				2.4-69		0.38										6(10)	35(66)
电压总谐波奇变率(THD)(％)											25		10	3.0	5.0	8.0	5.0	4.0	3.0
		奇次谐波含有量(％)		12.5		5.0	1.0	3.0		4.0										3.2(2.0)	2.4
偶次谐波含有量(％)											2.0		2.0	0.75		2.0	1.6	1.2
		短时(≤30S)任一次谐波含量(％)																		10
IEEEstd.519-1992通用系统电流畸变的限制(120V-69KV)
											ISC/IC	THD		h＜11			11≤h＜17	17≤h＜23	23≤h＜35		35≤h
0～20	5.0		4.0			2.0	1.5	0.6		0.3
											20.1～50	8.0		7.0			3.5	2.5	1.0		0.5

现有技术中已知：采用多重化整流电路可消除谐波：如附图3a所示，两组6脉波整流电路串联而成输出12脉波的整流电路。附图3b，分别显示了6和12脉波整流电路的谐波分量，可见谐波分量大大降低，接近70％。如采用N个多绕组隔离变压器移相，将N个三相桥式6脉波整流电路多重连结，则可变换成输出6N个脉波的整流电路，其网侧电流仅含6Nk±1次谐波，可大大减少谐波(表2)。

表2

移相绕组数(N)	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											移相角度		30°	20°	15°	12°	10°	8.57°	7.5°	6.67°	6.0°
脉波数(Q)	6	12	18	24	30	36	42	48	54	60
											电压总畸变率(％)	10	5.9	3.61		1.2
电流总畸变率(％)	25.0	8.8			0.8
											网侧电流中含谐波次数6Nk±1k＝1、2、3…	6k±1	12k±1	18k±1	24k±1	30k±1	36k±1	42k±1	48k±1	54k±1	60k±1

现有技术已知：采用单相串联多重叠加式逆变器可使输出电压更近于正弦波。逆变器多重叠加原理：初期传统逆变器的输出电压为180°的方波(附图4a)。

如将两个相同频率、相同幅值、相同脉宽180°的方波U1和U2分别错开180°/3＝60°和180°/5＝36°而叠加，因3次和5次谐波相互错开了180°相位角而抵消，则合成输出电压脉宽分别为120°和144°的一阶阶梯波(附图4(b)和附图4(c))。所谓多重叠加，就是将几个输出电压方波及频率相同的逆变器，使它们依次错开相同的相位角，然后把它们叠加起来形成接近于正弦波的阶梯波输出，从而消除某些低次谐波的一种幅值调制(PAM)波形改善法—谐波消除法。多重叠加是手段，消除某些低次谐波是目的。

N个单相串联多重叠加式逆变器：若将N个输出电压为方波的桥式逆变器，依次移相一定相位差，通过输出变压器次级绕组串联叠加，就组成了N个单相串联多重叠加桥式逆变电路(附图4d)。使它们所含的某些低次谐波抵消，可得到单相输出基波近似于正弦波的合成多阶阶梯波(表3)。采用谐波消除法，既改善了输出波形，又可调节输出电压。

当输出变压器的初级或次级接成三角形时，零序谐波就自动被消除了。只要消除2kN±1以外的谐波，就是最大限度地消除了谐波。要想再多消除谐波，就必须增加叠加方波电压个数N。各单相逆变桥的容量可以取得相等，而且它们各自的大小为叠加合成后总容量的1/N。

多重叠加法的移相式控制电路：采用多电平移相式PWM技术，单相多重叠加控制电路和波形如附图5所示。其中振荡器产生2NfHz脉冲(f-逆变器输出电压频率)，环形计数器(N位)起脉冲分配器的作用，它输出N组互相移相2π/N，频率为f的脉冲系列1、2、……N。该系列脉冲分别经相应的移相器(由锯齿波发生器和电压鉴幅整形电路组成)，分别移相Φ后，再去控制相应的PWM单相逆变桥。如控制Φ，便可调节逆变桥输出的电压脉冲宽度。该控制电路的线性好，反应速度快。常应用在大容量多重叠加式PWM逆变器中。同一相的功率单元输出相同幅值和相位的基本电压，但串联各单元的载波之间相互错开一定角度，实现了多电平移相式PWM，输出波形非常近于正弦波。多重叠加式逆变器对改善输出波形效果显著，输出电压调节也很方便，故得到了广泛应用。在本发明涉及的高压变频系统中，采用了三套彼此相移120°如附图5的控制电路。

现有技术已知：三种单元串联多电平PWM逆变器(电压源型)的拓扑结构：

由前可知，与普通双电平逆变器比较，串联叠加多电平PWM逆变器具有以下优点：可产生N层阶梯形输出电压，提高电平数可接近于正弦波，谐波含量很小。电磁干扰(EMI)大大减轻，dv/dt只有双电平的1/(N-1)，效率高，更适用于大容量、高电压。有三种拓扑结构实现多电平串联叠加。一是二极管钳位式多相电平逆变器(附图6)；二是电容钳位式多电平逆变器(附图7)；三是带有分裂直流电源的串联式(Cascaded Invevrters WithSeparated DC Sources)多电平逆变器(附图8)。

为更好的了解上述三种多电平拓扑结构，现列表比较如下(表4)：

表4

结构形式项目	二极管钳位式	电容钳位式	分裂串联式
				关开元件(只)	2(N-1)	2(N-1)	2(N-1)
二极管(只)	2(N-1)	2(N-1)	2(N-1)
				钳位二极管(只)	(N-1)(m-2)	0	0
钳位电容(只)	0	(N-1)(N-2)/2	0
				直流公共电容(只)	(N-1)	(N-1)	(N-1)/2
优缺点	二极管上承受不同反压；电容器上不均压，体积大，开关元件所需额定电流不一致，利用率低；体积大；	无需钳位二极管，钳位电容器上可均压，成本高，封装困难；体积大；	1.采用分裂式电源，无需钳位二极管和电容器，无均压问题，所需器件最少；2.每一级逆变桥结构相同，模块设计，制造安装简单，系统可靠性高；3.由于无二极管式或电容器的限制，可充分利用现有低压逆变桥的成熟技术，串联电平数可增多，实现高电压、大容量、低谐波；4.可分别对每一级进行PWM控制，然后进行波形重组，控制简单；5.如采用旁路和冗余技术，旁路故障的某一级逆变桥，可实现不降容或只降容1/N无间断供电；6.缺点需要较多的分裂式直流电源，能量不能回馈电网，不能在四象限运行；
				适用场合	1.适用于无功调节；2.如用于有功调节和电动机调速，控制困难；	1.较适用于有功调节，2.可用于变频调速系统，但控制方法仍较复杂；	适用于大功率交流电动机如风机，水泵，压缩机，鼓风机等的变频调速；

从表4可知，带有分离直流电源的串联叠加多电平型结构以其独特的拓扑形式和显著的优点更适用于大功率交流电动机的变频调速。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种网侧电流谐波小的用于高压变频的三相分裂式移相变压器。

本发明的指导思想是：不采用惯用的安装交流电抗器(ACL)、直流电抗器(DCL)以及滤波器等方法来消除谐波，也不采用功率因数补偿，而应着眼于谐波发生源头(变频器)，充分利用以下三项现有技术，优化选择并创新主电路拓扑结构，尽量达到低谐波，甚至完美无谐波的要求。

为实现上述目的，本发明用于高压变频的三相分裂式移相变压器的器身内侧为接成星形连续式的网侧绕组、外侧为3组分裂、N组移相、饼式网侧绕组构成。如此设计可以减小网侧电流谐波，减轻对电网的污染。

作为优化，3N个阀侧绕组的布置方式为沿窗高芯柱轴向自上而下分裂为I、II、III三段，每段都布置着N组移相绕组，各段之间，相同序号的绕组在轴向的位置一一对称。如此设计更有利于减小网侧电流谐波和减轻对电网的污染。

作为优化，3N个网侧绕组的移相方式为：分段移相式，即I、II、III三段中，每段轴上位置对称的绕组的相位相同，每段上相邻相位差均为π/3N，每段的移相范围为0°～(N-1)π/3N；或三段连续移相式，即从第I段第1个绕组为0°开始，每一个绕组依次连续移相，直到第III段3N个中的最后一个相位为(3N-1)π/9N，段与段之间和每一段上任何相邻绕组的相位差均为π/9N。如此设计能更进一步的减小网侧电流谐波和减轻对电网的污染。

作为优化，3N个网侧绕组的接线方式为：3N个绕组中无一星形接法时，对于分段移相式，当N为偶数时，均为延边三角形接法，当N为奇数时，除3个为三角形接法，其余为延边三角形；或3N个绕组中无一为星形接法时，对于三段连续移相式，当N为偶数或奇数时，其绕组的接线同权利要求书4中所述的三段移相式；或3N个绕组中有3个绕组为星形接线时，对于分段移相式，当N为偶数时，除另有3个绕组为三角形接法外，其余(3N-6)个为延边三角形；当N为奇数时，其余(3N-3)个绕组均为延边三角形接法；或3N个绕组中有1个绕组接成星形接法时，对于三段连续移相式，当N为偶数时，除另有3个绕组为三角形接法外，其余(3N-4)个绕组为延边三角形接法；当N为奇数时，其余(3N-1)个绕组均为延边三角形接线。该接线方式具有方便实施的优点。

作为优化，根据谐波限值和交流电动机电压，N值优选3、4、5、6、7、8、9或10，对应于输出电压等级为2.3、3.0、4.16、6.0、10KV。

作为优化，铁芯与绕组之间采用弹性固定装置。如此设计有利于减小工作时的燥声。

作为优化，机体优选干式非包封型。其与油浸式相比具有不渗漏油的优点。

作为优化，阀侧和阀侧绕组之间有静电屏，高压绕组采用加强绝缘的连续式线圈结构。如此设计性能更可靠。

作为优化，其铁芯为三柱式45°全斜接缝型。如此设计具有制造和维修方便和性能可靠的优点。

作为优化，其外侧绕组进一步连接多重叠加式变频器和控制器后，用于高压电动机的变频调速。如此设计能确保均压并输出波形逼近正弦，即使电动机出现电流不平衡，也能保证各相位组的电流基本相同，达到理想的谐波抵消效果。

采用上述技术方案后，本发明用于高压变频的三相分裂式移相变压器利用上述现有技术，它支撑了聪明的开发商创新了多重整流、单元串联、多电平、移相式PWM电压源型变频器主电路的拓扑结构，推进并可实现高压(3、6、10KV)200-5000KW系列普通交流异步电动机的低谐波甚至完美无谐波的变频调速。即：一是采用了创新的拓扑结构与一体化的三相N组移相变压器输出6N个脉波的移相整流技术，在无需任何滤波器或功率因素补偿，成功地减少了网侧电流谐波，解决了对电网的谐波污染。二是因一体化的三相3组分裂式变压器的存在可采用，N单元单相串联、(2N+1)个多电平移相式叠加PWM技术，输出电压逼近于正弦波形，减少了谐波损耗、电动机发热、转矩脉动、dv/dt及共模电压对电动机绝缘的影响。一句话，从污染源头上，解决了高压变频应用中无法避免的通病。既适用于新的，也适用于旧的普通的交流电动机的调速。三是一体化3组分裂式变压器的存在，在每相主电路上方可采用功率单元串联技术，解决了低压器件(IGBT)实现高压直接输出的难题。

本发明变压器采用N重移相用于6N个脉波整流的变频器无需任何滤波器，就能满足各国对电压和电流畸变的要求(表1)。N个多重化叠加输出(2N+1)种电平，输出近似正弦波形，噪声低、发热低，所用交流电动机无需降容使用。没有dv/dt及共模电压，不必增加电动机的绝缘强度，既适用于新的，也适用于旧的普通交流电动机。没有转矩脉动，不会导致机械谐振。功率因数高于0.95，不需无功补偿。包括本发明变压器在内，变频器效率可达97％(高出其它的2-4％)。可采用低压IGBT器件和模块化设计，运行可靠、维修简单。如采用旁路和冗余技术，还可提高运行可靠性。

本发明三相分裂式移相变压器的功用有四：一是电网隔离与降压，可配用3N个低压功率单元；二是N组移相绕组实现了N重化整流，6N个脉波输出，降低了输入侧谐波；三是3组分裂式绕组之间和N组个功率元件之间彼此绝缘，没有采用传统的器件串联，而在电路上实现了N个移相式(即同一相各串联单元的载波之间相互移相2π/N)PWM逆变桥的单相输出串联叠加，确保了均压并输出波形逼近正弦；四是具有同一相位的三组分裂式三相绕组分别给电动机U、V、W相的相应的功率单元供电，即使电动机出现电流不平衡，也能保证各相位组的电流基本相同，达到理想的谐波抵消效果。

因此，本发明变压器成功的解决了谐波污染电网，谐波损耗的问题，具有运行可靠，维修简单，网侧电流谐波小，噪声低、发热低，功率因数高的优点。用于高压变频调速则也能成功的解决电动机发热、转矩脉动、dv/dt及共模电压对电动机绝缘的影响的问题，既使电动机出现电流不平衡，也能保证各相位组的电流基本相同，达到理想的谐波抵消效果，具有输出电压近于正弦波形，变频效率高，噪声低、发热低，功率因数高的优点。

附图说明

图1是现有技术的普通电压源型三相变频器的主电路拓扑图；

图2是现有技术的高压变频器串联IGBT主电路；

图3(a)是现有技术的12脉波二极管整流电路图；

(b)是现有技术的二极管整流电路输入谐波电流效果图；

图4是现有技术的一组多重叠加原理示意图。其中：(a)是单相无脉宽调制的传统方波逆变器主电路图和输出波形图；(b)是消除3次谐波的叠加法的示意图；(c)是消除5次谐波的叠加法的示意图；(d)是单相串联多重叠加式逆变器电路示意图。

图5是现有技术的多重叠加法的控制电路及波形图：(a)控制电路图；(b)波形图；

图6是现有技术的二极管钳位5电平逆变器的(a)电路结构图和(b)相、线电压波形图；

图7是现有技术的电容飞跨钳位式5电平变频器的(a)电路图和(b)输出波形图；

图8现有技术的3相Y接9电平串联型逆变器的电路图；

图9是应用本发明变压器的N个功率单元串联多电平PWM变频器的

(a)变频器主电路拓扑图  (b)电压串联叠加原理

(c)变频器网侧输入波形  (d)变频器输出波形

图10是图9的三相输入单相输出的功率单元的

(a)功率单元结构图   (b)单元输出的PWM波形图。

图11是应用本发明变压器(N＝3时)的变频器的输出电压波形图，其中

(a)是U相电压形成图；(b)UV相线电压形成图。

图12是应用本发明变压器(N＝5时)的变频器的输出波形图：其中

(a)U相电压的形成图；(b)是UV相线电压、W相电流波形图。

图13是本发明分裂式分段移相式变压器的原理图；

图14是本发明分裂式连续移相式变压器的原理图；

图15是应用本发明变压器的2.3KV(非标准)输出变频器的拓扑图；

图16是应用本发明变压器的3KV输出变频器的拓扑图；

图17是应用本发明变压器的4.16KV(非标准)输出变频器的拓扑图；

图18是应用本发明变压器的6KV输出变频器的拓扑图；

图19是应用本发明变压器的10KV输出变频器的拓扑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例作进一步的详细说明：

图9即为应用本发明变压器的N个功率单元串联，多电平PWM变频器。它的功率单元就是普通的、技术成熟的、运行可靠的、低压单相PWM变频器。凭借一台一体化的特殊设计的——阀侧彼此独立的、又有一定相移的多绕组变压器T，如将这一低压变频器重组——单元多重化串联叠加，就把3N个相同的低压单相变频器成功地应用到了高压大功率变频器中。理想地解决了一般6或12脉波，难于避免的谐波干扰问题。

附图10画出了其中一个功率单元—单相输出的交—直—交电压源型PWM变频器。二极管组成三相桥式整流电路，由本发明变压器中的一组阀侧三相绕组供电，整流后由四只IGBT逆变成单相交流输出，每个输出电压为U(附图10b)。

电网电压经过本发明变压器T降压后，3N个三相分裂式移相绕组分别依次给3N功率单元供电(附图9a)，然后，再分别将I段、II段、III段中各自相邻的N个单元输出端串联，输出相电压为NU，分别按U、V、W相组成Y联结(附图9b)，再采用三套互成2π/3相移的移相控制电路(附图5)，变频器即可输出三相对称的交流电压，其线电压为3NU。可实现变压和变频输出，直接控制高压交流电动机。每个功率单元只提供了1/N的相电压，1/3N的输出功率。如其中一个单元发生故障，通过K将其旁路，系统可继续运行。

附图9c为变频器网侧输入波形，附图9d为变频器输出波形。从表5可看出，当N＝1时，即为普通的三相6脉波三电平变频器。当N＝10时，几乎达到完美无谐波的程度。

表5

移相绕组数	N
											1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	整流脉波数	6	12	18	24	30	36	42	48	54											60
网侧电流谐波次数											6k±1	12k±1	18k±1	24k±1	30k±1	36k±1	42k±1	48k±1	54k±1	60k±1
	相电压电平数	3	5	7	9	11	13	15	17	19											21
附图													11		12

3N个分裂式移相绕组沿轴向自上而下地分裂布置，方式有两种。一是将具有同一相位角的绕组一分为三，分别布置在I、II、III三段相同的对称位置上，每段均有N个移相绕组(附图13)。另一种是自上而下，I、II、III三段也分别布置着N个移相绕组，但在每段相同的位置上其相角均不相同(附图14)。网侧和阀侧绕组之间有静电屏。

分段移相式原理接线附图13。阀侧共有3N个轴向分裂式绕组，从上至下沿轴向分裂为I、II、III段并按一定的分裂系数和绝缘水平布置。在每一段内，均有N个移相绕组，其相邻绕组相角差Φ＝π/3N，移相范围：0°～(N-1)Φ。移相绕组有两种接线方式。其中之一，3N个绕组中无星形接线方式时；当N为偶数，3N个绕组均为延边三角形接线；当N为奇数时，除有三个为三角形接线外，其余均为延边三角形接线，三角形由基本绕组组成。延边三角形由基本绕组和移相绕组组成。其中之二，3N个绕组中只有3个为星形接线方式时，当N为偶数时，除另有三个为三角形接线外，其余(3N-6)均为延边三角形接线。当N为奇数时，其余(3N-3)个均为延边三角形接线。

三段连续移相式原理接线附图14。阀侧共有3N个轴向分裂式移相绕组，从上至下沿轴向分裂为I、II、III段并按一定的分裂系数和绝缘水平布置。I、II、III段各布置N个移相绕组。从第I段的第一个绕组0°开始，每一个绕组依次连续移相，直到第III段的第3N个(最后一个)绕组相位为(3N-1)Φ，移相范围：0°～(3N-1)Φ，段与段和每一段上任何两相邻绕组间的相差均为Φ＝π/9N。移相绕组有两种接线方式：其中之一，3N个绕组中无星形接线方式：当N为偶数时，3N个绕组均为延边三角形接法；当N为奇数时，除有3个为三角形接法外，其余均为延边三角形接法。其中之二，3N个绕组中有1个为星形接线方式时，当N为偶数时，除另有三个为三角形接法外，其余(3N-4)个为延边三角形接法；当N为奇数时，其余(3N-1)个为延边三角形接法。

应用本发明变压器的变频系统结构及2.3、3.0、4.16、6.0、10KV五种实施方案：

其采用单元串联多电平技术，属高—高电压源型的高压变频器，主要由三相分裂式移相变压器，多电平移相式PWM变频器(功率模块单元)和控制器组成。电网3、6、10KV直接输入，变频器直接输出驱动2.3、3.0、4.16、6.0、10KV的交流电动机(见附图15-18)。图中，T为三相分裂式移相变压器，An、Bn、Cn为基本的交—直—交单相逆变电路，整流侧为二极管三相桥，通过IGBT逆变桥进行正弦PWM控制，可得单相输出(附图10)。系统中共有3N个功率模块(单元)，每一个在结构上完全一致，可以互换。K为控制器。M为交流异步电动机。

2.3KV(非标准)输出变频系统中的本发明变压器(附图15)

采用了3分裂3组移相变压器，3×3＝9个阀侧绕组，分别给9个功率单元三相供电，18脉波整流，串联叠加后的相电压有7种电平，可配套驱动2.3KV200～630KW交流异步电动机。

3.0KV输出变频系统中的本发明变压器(附图16)

采用了3分裂4组移相变压器，3×4＝12个阀侧绕组。分别给12个功率单元三相供电，24脉波整流，串联叠加后的相电压有9种电平，可配套驱动3.0KV200～1250KW交流异步电动机。

4.16KV(非标准)输出变频系统中的本发明变压器(附图17)

采用了3分裂5组移相变压器，3×5＝15个阀侧绕组，分别给15个功率单元三相供电，30脉波整流，串联叠加后的相电压有11种电平，可配套驱动4.16KV 200～1600KW交流异步电动机。

6.0KV输出变频系统中的本发明变压器(附图18)

采用了3分裂7组移相变压器，3×7＝21(或3×5)个阀侧绕组，分别给21(或15)个功率单元三相供电，42或30脉波整流，串联叠加后的相电压有15或11种电平，可配套驱动6.0KV 200～2500KW交流异步电动机。

10KV输出变频系统中的本发明变压器(附图19)

采用了3分裂8组移相变压器，3×8＝24个阀侧绕组，分别给24个功率单元三相供电，48脉波整流，串联叠加后的相电压有17种电平，可配套驱动10KV 200～5000KW交流异步电动机。

本发明变压器既可采用油浸式，也可采用干式变压器。油浸式的优点是技术比较成熟，其缺点是阀侧绕组端子较多，难免渗漏油。宜采用干式非包封(OVDT)三相分裂式移相变压器。干式中，绝缘耐热等级又分为B级和H级。B级较为普通，不必多述。H级是近几年发展起来的。高、低压绕组采用美国杜邦NOMEX绝缘材料。高压绕组采用机械强度高、散热好、具有加强绝缘的连续式线圈结构。低压绕组采用饼式线圈结构。高、低压绕组采用套绕工艺。三相干式H级绝缘分裂式移相变压器的防潮性能较B级有大幅度提高。允许温升达125K，具有较强的过负荷和耐热冲击能力。寿命期后，易于分解回收，满足环保要求。

铁芯采用优质冷轧取向硅钢片，三柱式45全斜接缝结构。无冲孔.表面涂防潮防锈漆。与绕组之间采用了弹性固定装置，降低噪声。

Claims (10)

1.一种用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于其器身内侧为接成星形连续式的网侧绕组、外侧为3组分裂、N组移相、饼式网侧绕组构成。

2.根据权利要求1所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于3N个阀侧绕组的布置方式为沿窗高芯柱轴向自上而下分裂为I、II、III三段，每段都布置着N组移相绕组，各段之间，相同序号的绕组在轴向的位置一一对称。

3.根据权利要求2所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于3N个网侧绕组的移相方式为：分段移相式，即I、II、III三段中，每段轴上位置对称的绕组的相位相同，每段上相邻相位差均为π/3N，每段的移相范围为O°～(N-1)π/3N；或三段连续移相式，即从第I段第1个绕组为0°开始，每一个绕组依次连续移相，直到第III段3N个中的最后一个相位为(3N-1)π/9N，段与段之间和每一段上任何相邻绕组的相位差均为π/9N。

4.根据权利要求3所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于3N个网侧绕组的接线方式为：3N个绕组中无一星形接法时，对于分段移相式，当N为偶数时，均为延边三角形接法，当N为奇数时，除3个为三角形接法，其余为延边三角形：或3N个绕组中无一为星形接法时，对于三段连续移相式，当N为偶数或奇数时，其绕组的接线同权利要求书4中所述的三段移相式；或3N个绕组中有3个绕组为星形接线时，对于分段移相式，当N为偶数时，除另有3个绕组为三角形接法外，其余(3N-6)个为延边三角形；当N为奇数时，其余(3N-3)个绕组均为延边三角形接法；或3N个绕组中有1个绕组接成星形接法时，对于三段连续移相式，当N为偶数时，除另有3个绕组为三角形接法外，其余(3N-4)个绕组为延边三角形接法；当N为奇数时，其余(3N-1)个绕组均为延边三角形接线。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于根据谐波限值和交流电动机电压，N值优选3、4、5、6、7、8、9或10，对应于输出电压等级为2.3、3.0、4.16、6.0、10KV。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于铁芯与绕组之间采用弹性固定装置。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于机体优选干式非包封型。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于阀侧和阀侧绕组之间有静电屏，高压绕组采用加强绝缘的连续式线圈结构。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的用于高压变频的三相分裂式移相变压器，其特征在于其铁芯为三柱式45°全斜接缝型。

10.本发明用于高压变频的三相分裂式移相变压器的应用，其特征在于其外侧绕组进一步连接多重叠加式变频器和控制器后，用于高压电动机的变频调速。

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