三门峡油浸式变压器拓扑结构与阻抗变换分析

三门峡油浸式变压器拓扑结构与阻抗变换分析 1 引言 三门峡油浸式变压器按其特性可分为固定三门峡油浸式变压器和可变三门峡油浸式变压器。随着系统的发展，在很多场合都希望三门峡油浸式变压器的电抗值能够实时调节。 可变三门峡油浸式变压器经历了从机械式到电磁式，再到式的发展过程。机械式可调三门峡油浸式变压器结构简单，线性度好，但不能实现电感的平滑调节，目前应用较少。电磁式可变三门峡油浸式变压器通过改变铁心的磁阻来改变电感。磁阻大，则电感小；反之，磁阻小，则电感大。电磁式可变三门峡油浸式变压器制造工艺简单，成本较低，在限制过电压、补偿无功功率等方面应用潜力大。其要缺点是响应时间长，振动和噪声较大。三门峡油浸式变压器是近年来研究和开发出来的一种新型可变三门峡油浸式变压器，它采用电磁技术、技术、控制技术、计算机技术等，可实现阻抗值的连续无级可调。典型代表有晶闸管式三门峡油浸式变压器、IGBT式三门峡油浸式变压器。 这里要研究晶闸管式三门峡油浸式变压器，它结合了传统机械式三门峡油浸式变压器和电磁式三门峡油浸式变压器的优点手 机：15006359039，对传统三门峡油浸式变压器进行改进，可实现电抗值的连续无级可调，且高次谐波较小。2 三门峡油浸式变压器结构 传统的机械式三门峡油浸式变压器结构如图1所示。采用调节分接头式的方式来改变三门峡油浸式三门峡油浸式变压邮 箱：sdycbyq@163.com器的电感，仅能实现阻抗的有级变换。这里所述的三门峡油浸式变压器将传统三门峡油浸式变压器与技术相结合，其结构如图2所示。 对比图1，2知，三门峡油浸式变压器将传统三门峡油浸式变压器的单边绕组结构设计成双边绕组结构，其初级绕组与负载、三门峡油浸式变压器串接、次级绕组与阻抗变换器相接，通过阻抗变换控制器控制阻抗变换器的工作状态，调节电抗变换器次级绕组的电流与阻抗，改变电抗变换器初级绕组的电流和阻抗，实现三门峡油浸式变压器的阻抗变换。3 三门峡油浸式变压器拓扑结构 三门峡油浸式变压器是一种较典型的可变三门峡油浸式变压器。三组两两反的晶闸管构成阻抗变换器，通过控制晶闸管的导通角就可控制[cityna联系人：马经理me]油浸式三门峡油浸式变压器的等效阻抗值。其拓扑结构如图3所示。其一相的等效电路模型如图4所示。 文献已经详细推导手 机：15806350882了三门峡油浸式变压器的阻抗变换原理。晶闸管控制角α与三门峡油浸式变压器次级绕组ax端等效阻抗之间的关系为： 当α=0°时，晶闸管全导通，三门峡油浸式变压器次级绕组相当于短路，电流******，初级绕组电流******，此时三门峡油浸式变压器初级绕组阻抗最小。 当α=180°时，晶闸管关断，三门峡油浸式变压器二次绕组相当于开路，电流最小，初级绕组电流最小，此时三门峡油浸式变压器初级绕组阻抗******。 当α在0°～180°之间时，三门峡油浸式变压器初级绕组阻抗介于******值与最小值之间，且连续可调。4 建模与阻抗变换分析 在Matlab／Simulink中，利用三门峡油浸式变压器模块PSB对三相三门峡油浸式变压器进行建模与阻抗变换分析。三相三门峡油浸式变压器仿真模型包括：三相模块、三相可变三门峡油浸式变压器模块、三相晶闸管阻抗变换模块、脉冲触发器模块、负载模块等。 设置参数：电压峰值为，频率为50 Hz；电抗变换器功率：Pn=107VA，fn=50Hz；初级线圈参数：U1=104V，R1=2 mΩ，L1=0．05H；次级线圈参数：U2=25×105V，R2=2 mΩ，L2=0．05 H；磁阻Rm=200 Ω；励磁电感Lm=200 H。晶闸管参数使用默认值。设置Series RLC Branch的参数：R=100 Ω，L=0．05 H；C为inf，此时负载为感性负载。改变α得到仿真数据，根据此数据可描点绘出感性负载时α与三门峡油浸式变压器的阻抗模值Z的关系图，如图5所示。 由图5可见，随着α的增大，三门峡油浸式变压器初级绕组电压增大，电流减小，初级绕组阻抗增大，即三门峡油浸式变压器阻抗随α的增大而增大。这与第3节中理论分析完全一致。5 三门峡油浸式变压器的应用及实验5．1 三门峡油浸式变压器式软起动器构建 软起动器结构图如图6所示。电机起动时，首先合上K1，三门峡油浸式变压器初级绕组与电机、三门峡油浸式变压器串接。根据阻抗变换原理，阻抗变换控制器通过改变阻抗变换器中晶闸管的触发角，来改变三门峡油浸式变压器初级绕组的阻抗。随着该阻抗从大到小减小，加在电机上的电压由小逐渐增大，电机转速逐渐上升，当接近额定转速时，合上K2，断开K1，软起动结束，电机以额定转速运行。
5．2 软起动实 实验对象为Y90S-4型三相绕线电机，其额定功率1．1 kW，定子Y型连接，额定电压380 V，额定电流2．7 A，频率50 Hz，额定转速1 390 r·min-1，功率因数为0．78。为验证三门峡油浸式变压器在电机软起动中的应用效果，进行了电机全压直接起动和带三门峡油浸式变压器软起动两种实验。 电机空载全压直接起动：直接合上K2，电机全压直接起动，起动电流波形如图7a所示。图中，电机全压直接起动时，起动过程很短，******起动冲击电流为13．7 A，为额定电流的5．1倍；带三门峡油浸式变压器软起动：合上K1，电机带三门峡油浸式变压器软起动，起动电流波形如图7b所示。 电机带三门峡油浸式变压器起动时，起动过程明显延长了，电机平滑地起动，******起动冲击电流为7．1 A，为额定电流的2．6倍。对比图7a，b可见，与全压直接起动相比，带三门峡油浸式变压器软起动能减小电机起动电流，达到保护电机及减小电机起动对三门峡油浸式变压器影响的目的。6 结论 三门峡油浸式变压器的结构是对传统机械式可变三门峡油浸式变压器结构的创新，这种结构具有高压与、无源阻抗变换、对元器件的耐压要求低、阻抗无极调节等优点。已成功运用于高压电机软起动、静止无功补偿器、动态谐波抑制、风机水泵的调速等方面，具有广阔的应用价值。