综述移相整流变压器

综述高压变频器的重要配角—移相整流变压器

上海昊德电气有限公司 李登峰

摘要：H级干式整流变压器以其优越的电气性能、耐温性能、抗短路能力及过载能力、环境友好型等优点，在新兴高科技产品—高压变频器领域得到广泛应用。各变频器厂家的装配习惯不同，使得整流变压器在结构形式上以及脉波数均有所不同。

关键词: 整流变压器 高压变频器 调速

1 引 言

高压变频调速技术近年来发展很快，在能源紧缺、环境问题日益严重的今天，节能减排已经有了量化的考核指标。中压电机的调速方式改为变频调速，已经作为通用节能技术在“十一·五”将加以重点推广。电动机的转速n与电源频率f、转差率s、电机极对数p的关系为n=60f（1－s）/p，由于n与f之间为线性关系，这种调速具有无级、宽范围的特点，而且在调速过程中不存在励磁滑差和节流作用带来的功率损失。有资料统计，通过变频调速，节电效果可达30%以上。

2 H级干式整流变压器更适合于高压变频器

由于高压变频器的拓扑结构目前呈现多样化，以西门子(原ASIRobicon)技术为代表的级联式多重化技术，基本可以做到完美无谐波，它采用整流变压器将多个低压模块叠加(串联)而形成高压输出，功率器件采用IGBT，目前国内绝大多数高压变频器厂家都是采用这

种技术，也包括日本的东芝、三菱、日立公司等。ABB公司的ACS5000系列变频器是三电平拓朴结构，36脉波的整流变压器共有6个移相组，每2个移相组为一个变频单元供电，功率器件为IGCT，ABB还有一种变频器采用12脉波整流逆变技术，其变压器采用三绕组形式。以AB(Rockwell)为代表的18脉波整流逆变技术，不同于ASIRobicon和ABB，其需要整流变压器采用三分裂形式。

高压变频器是一个成套设备，有变压器单元柜、功率单元柜、控制单元柜组成，还有的带有旁路柜等。由于整流变压器是放在柜内，需要变压器的耐热等级高、散热好、过载能力强。

H级干式整流变压器耐温等级为180℃，主要绝缘材料为Nomex纸，该绝缘纸是美国杜邦公司的专利产品，是一种以芳香酰胺纤维为基础的合成绝缘材料，本身为C级，耐温在220℃。 Nomex纸还有许多优点，是极佳的电气绝缘材料，用其制造的变压器可以防潮、阻燃，对环境适应性好，而且变压器尺寸紧凑，占用空间小，变压器抗冷热冲击、抗短路能力、抗过电压能力均好于其它类型变压器。特别是H级整流变压器的制造工艺和产品结构特点，对于需要多个抽头，结构复杂的多个移相绕组的整流变压器来说，具有非常明显的优势，使其制造加工周期短、成本低、真空压力浸渍(VIP)后绕组刚性好、机械强度得到保证，同时，由于有漆膜覆盖在绝缘材料表面，提高了变压器的防潮能力。

3 多重化技术通过变压器得以实现

完美无谐波变频器是通过整流变压器的多个移相组将各二次绕组形成相位差, 各移相组分别为相应的功率单元供电, 实现了输入多重化功效，在这些单元内完成整流、逆变、变频，然后再进行叠加。有了多个移相，就可以消除各单元产生的谐波对电网的污染，这就是完美无谐波变频器的基本工作原理。整流变压器作为这一技术的重要配角，是伴随高

压变频器的出现而得到迅速发展。根据变频器单元数和电压等级的不同，移相整流变压器输出绕组数和电压也不同，3kV的多采用3级，移相分为0°、±20°，每移相组电压为630V； 6kV的多采用6级，移相分为±5°、±15°、±25°，每移相组电压为630V；也有采用5级或7级，5级时移相角为0°、±12°、±24°，电压为710V；7级时移相角为0°、±8.57°、±17.14°、

±25.71°，电压为490V；10kV的多采用8级，移相分为

±3.75°、±11.25°、±18.75°、±26.25°， 每移相组电压为720V，也有采用9级和10级等。

理论上讲，级数越多，变压器输入侧的谐波越少，对电网的污染越小，但级数多，高压变频器的功率单元就多，增加了制造成本，所以上述级数是各变频器厂家普遍采用的。ABB的ACS5000变频器所需变压器在结构上要与上述的简化一些；12脉波和18脉波的整流变压器多采用分裂方式，适用于ABB和AB公司的高压变频器。

4 各变频器厂家的整流变压器结构差异

由于各变频器厂家技术和安装方式的不同，整流变压器在结构上有较大差异，分别有以下几种；

(1) 以西门子（原ASIRobicon）为代表的整流变压器采用两种结构形式。小容量采

用立式结构，变压器设计紧凑、占空小、工艺性好、机械强度高、散热好、过载能力强。大容量采用常规的卧式，便于制造和安装使用。图1的a)、b)是其两种结构形式。

a) 结构一 b) 结构二

图1 原ASIRobicon为代表的整流变压器

(2) 北京利德华福电气技术有限公司的整流变压器采用常规的卧式结构。有集中的端

子板，布置在变压器的左侧或右侧，便于接线。各移相组采用沿边三角形移相，角内封角线用NZB型纸包电磁线。见图2。

图2 北京利德华福的整流变压器

(3)以广东明阳龙源电力电子有限公司和湖北三环发展股份有限公司为代表的几家变频器厂家，在变压器结构上与北京利德华福电气技术有限公司的整流变压器基本类似，只是在变压器上增设了挡风板。见图3。

图3 与广东明阳龙源和湖北三环配套的整流变压器

(4)东方日立（成都）电控设备有限公司的变压器移相组封角线采用耐高温150℃、耐压7500V的电缆，挡风板设置在上部三分之一处，见图4

图4东方日立（成都）用的整流变压器

(5)日本东芝公司的变压器要求采用方线圈结构，以减小宽度方向尺寸，底部配置小车轮，便于现场安装移动。各移相组的接线用端子集中布置在变压器的左或右边，见图5。

图5 日本东芝公司用的变压器

(6)图6、7是ABB和AB公司配套用的12脉波和18脉波整流变压器。

图6 12脉波整流变压器 图7 18脉波整流变压器

(7)对整流变压器附件的要求

一般对于整流变压器附件的要求为配风机和温控器，温度传感器多采用PT100探头，该探头埋设在变压器的最热点，通过它向温控器或温控箱传递温度信号，温控器三相巡显

温度。温控器设置3个控制点，分别起动风机、过温报警、超温跳闸功能。有厂家要求埋设带有常闭触点的温度开关，直接通过温度开关提供温度信号控制变频器的运行和停止。12脉波和18脉波的变压器基本带有不同防护等级的外壳，可与变频器分开放置。

5整流变压器系列化进程

根据中压电机的功率和电压等级，变频器所需整流变压器已逐步系列化。作为一个新的系列产品，目前尚未有针对性的性能标准，变压器行业有个变流变压器的专业标准JB/T8636-1997，干式变压器的国家标准GB6450-1999可以作为通用标准部分采用。针对各变频器厂家都分别有一套具体的技术要求，来指导变压器的生产和设计。目前这类产品的发展趋势是向单台大容量如6000kVA以上，不同的使用场合如高海拔、湿热地区、海洋平台、以及电源频率为60Hz的国家等。

6整流变压器的市场集中度较高

由于中压电机在使用中所扮演的重要角色，要求变频调速系统相当可靠，也就对整流变压器的可靠性提出了很高的要求。变频器厂家在选择变压器配套生产厂家时，首先看业绩，然后再看硬件。这类变压器在电磁计算和结构设计中，有许多与普通变压器不同之处，与其它整流变压器相比，也有不少特殊的地方，例如如何在多谐波含量的情况下保证变压器的热点温升符合绝缘等级的要求；又如何通过二次阻抗的计算来减少谐波电流；制造过程中怎样将看似错综复杂的二次出线布置得有条不紊，以保证各部分绝缘水平等等，都是需要认真解决的重要问题。所以，生产整流变压器这一产品的入门坎较高，目前国内市场主要集中在3~4家变压器厂家。其中，上海昊德电气有限公司进入这一领域较早，技术已经成熟、质量比较稳定、产能提升较快，市场占有率接近60%，年生产各种整流变压器达600~800台，有十几家高压变频器公司与其配套，单台最大容量已经做到7000kVA，电

源频率也可做到60Hz，电压等级覆盖了10kV级以下中压各个等级，并与接在电机出口电压13.8kV的变频器配套过整流变压器。上海昊德电气有限公司在这类产品的研发生产方面有自主知识产权，拥有多个专利技术。

7结束语

移相整流变压器与高科技节能产品—高压变频器配套，使得其本身也具有了高科技的概念，发展的前景很好。又由于从事这类产品的技术人员不多，在产品的设计计算方面还有许多课题需要进一步理论研究，如漏磁场、温度场、谐波含量、二次阻抗、更大容量的产品冷却散热方式、多种移相方式、多种结构形式等。都是要在近期尽快解决的重要问题，通过努力，我公司一定会交出优秀的答卷的。

参考文献

[1] 李登峰.高压变频装置配套用移相整流变压器.变频器世界,2007(3)

[2] 李登峰.H级干式变压器（OVDT）一种新型绿色环保产品.杂志名称??，出版时间？

作者简介

李登峰（1964-）男 上海昊德电气有限公司总工程师，1985年毕业于湖南大学电机专业，工学学士，长期从事变压器设计和制造技术研究工作