电源变压器十篇

电源变压器篇1

电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用，电子变压器可以分为：

1）起电压和功率变换作用的电源变压器，功率变压器，整流变压器，逆变变压器，开关变压器，脉冲功率变压器；

2）起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器，声频变压器，中周变压器；

3）起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器，驱动变压器，触发变压器；

4）起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器，起屏蔽作用的屏蔽变压器；

5）起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器，起改变输出相位作用的相位变换变压器（移相器）；

6）起改变输出频率作用的倍频或分频变压器；

7）起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器；

8）起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器（包括恒压变压器）或稳流变压器，起调节输出电压作用的调压变压器；

9）起交流和直流滤波作用的滤波电感器；

10）起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器，起抑制噪声作用的噪声滤波电感器；

11）起吸收浪涌电流作用的吸收电感器，起减缓电流变化速率的缓冲电感器；

12）起储能作用的储能电感器，起帮助半导体开关换向作用的换向电感器；

13）起开关作用的磁性开关电感器和变压器；

14）起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器；

15）起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。

从以上的列举可以看出，不论是直流电源，交流电源，还是特种电源，都离不开电子变压器。有人把电源界定为经过高频开关变换的直流电源和交流电源。在介绍软磁电磁元件在电源技术中的作用时，往往举高频开关电源中的各种电磁元件为例证。同时，在电子电源中使用的软磁电磁元件中，各种变压器占主要地位，因此用变压器作为电子电源中软磁元件的代表，称它们为“电子变压器”。

2电源技术对电子变压器的要求

电源技术对电子变压器的要求，像所有作为商品的产品一样，是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。有时可能偏重价格和成本，有时可能偏重效率和性能。现在，轻、薄、短、小成为电子变压器的发展方向，是强调降低成本。从总的要求出发，可以对电子变压器得出四项具体要求：使用条件，完成功能，提高效率，降低成本。

2.1使用条件

电子变压器的使用条件，包括两方面内容：可靠性和电磁兼容性。以前只注意可靠性，现在由于环境保护意识增强，必须注意电磁兼容性。

可靠性是指在具体的使用条件下，电子变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度。决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点。软磁材料居里点高，受温度影响小；软磁材料居里点低，对温度变化比较敏感，受温度影响大。例如锰锌铁氧体的居里点只有215℃，比较低，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化，除正常温度25℃而外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参数数据。因此，锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下，也就是环境温度为40℃时，温升必须低于60℃。钴基非晶合金的居里点为205℃，也低，使用温度也限制在100℃以下。铁基非晶合金的居里点为370℃，可以在150℃～180℃以下使用。高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480℃，可以在200℃～250℃以下使用。微晶纳米晶合金的居里点为600℃，取向硅钢居里点为730℃，可以在300℃～400℃下使用。

电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰，又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声。电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩。磁致伸缩系数大的软磁材料，产生的电磁干扰大。铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大（27～30）×10－6，必须采取减少噪声抑制干扰的措施。高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10－6，锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10－6。以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料，在应用中要注意。3％取向硅钢的磁致伸缩系数为（1～3）×10－6，微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为（0.5～2）×10－6。这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料。6.5％硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10－6，高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为（0.1～0.5）×10－6，钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10－6以下。这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料。由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同。如果有低于或高于工作频率的电磁干扰，那是由其他原因产生的。

2.2完成功能

电子变压器从功能上区分主要有变压器和电感器2种。特殊元件完成的功能另外讨论。变压器完成的功能有3个：功率传送、电压变换和绝缘隔离。电感器完成功能有2个：功率传送和纹波抑制。

功率传送有2种方式。第一种是变压器传送方式，即外加在变压器原绕组上的交变电压，在磁芯中产生磁通变化，使副绕组感应电压，加在负载上，从而使电功率从原边传送到副边。传送功率的大小决定于感应电压，也就是决定于单位时间内的磁通密度变量ΔB。ΔB与磁导率无关，而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关。从饱和磁通密度来看，

各种软磁材料的Bs从大到小的顺序为：铁钴合金为2.3～2.4T，硅钢为1.75～2.2T，铁基非晶合金为1.25～1.75T，铁基微晶纳米晶合金为1.1～1.5T，铁硅铝合金为1.0～1.6T，高磁导铁镍坡莫合金为0.8～1.6T，钴基非晶合金为0.5～1.4T，铁铝合金为0.7～1.3T，铁镍基非晶合金为0.4～0.7T，锰锌铁氧体为0.3～0.7T。作为电子变压器的磁芯用材料，硅钢和铁基非晶合金占优势，而锰锌铁氧体处于劣势。

功率传送的第二种是电感器传送方式，即输入给电感器绕组的电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁变成电能释放给负载。传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能，也就是决定于电感器的电感量。电感量不直接与饱和磁通密度有关，而与磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多，传送功率大。各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为：Ni80坡莫合金为（1.2～3）×106，钴基非晶合金为（1～1.5）×106，铁基微晶纳米晶合金为（5～8）×105，铁基非晶合金为（2～5）×105，Ni50坡莫合金为（1～3）×105，硅钢为（2～9）×104，锰锌铁氧体为（1～3）×104。作为电感器的磁芯用材料，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占优势，硅钢和锰锌铁氧体处于劣势。

传送功率大小，还与单位时间内的传送次数有关，即与电子变压器的工作频率有关。工作频率越高，在同样尺寸的磁芯和线圈参数下，传送的功率越大。

电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数比来完成，不管功率传送大小如何，原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比。

绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘结构来完成。绝缘结构的复杂程度，与外加和变换的电压大小有关，电压越高，绝缘结构越复杂。

纹波抑制通过电感器的自感电势来实现。只要通过电感器的电流发生变化，线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变化，使电感器的线圈两端出现自感电势，其方向与外加电压方向相反，从而阻止电流的变化。纹波的变化频率比基频高，电流纹波的电流频率比基频大，因此，更能被电感器产生的自感电势抑制。

电感器对纹波抑制的能力，决定于自感电势的大小，也就是电感量大小，与磁芯的磁导率有关，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大，处于优势，硅钢和锰锌铁氧体磁导率小，处于劣势。

2.3提高效率

提高效率是对电源和电子变压器的普遍要求。虽然，从单个电子变压器来看，损耗不大。例如，100VA电源变压器，效率为98％时，损耗只有2W并不多。但是成十万个、成百万个电源变压器，总损耗可能达到上十万W，甚至上百万W。还有，许多电源变压器一直长期运行，年总损耗相当可观，有可能达到上千万kW·h。显然，提高电子变压器的效率，可以节约电力。节约电力后，可以少建发电站。少建发电站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放CO2，SO2，NOx，废气，污水，烟尘和灰渣，减少对环境的污染。既具有节约能源，又具有保护环境的双重社会经济效益。因此，提高效率是对电子变压器的一个主要要求。

电子变压器的损耗包括磁芯损耗（铁损）和线圈损耗（铜损）。铁损只要电子变压器投入工作，一直存在，是电子变压器损耗的主要部分。因此，根据铁损选择磁芯材料，是电子变压器设计的主要内容，铁损也成为评价软磁材料的一个主要参数。铁损与电子变压器磁芯的工作磁通密度和工作频率有关，在介绍软磁材料的铁损时，必须说明是在什么工作磁通密度下和什么工作频率下的损耗。例如，P0.5/400，表示在工作磁通密度0.5T和工作频率400Hz下的铁损。P0.1/100k表示在工作磁通密度0.1T和工作频率100kHz下的铁损。

软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。涡流损耗又与材料的电阻率ρ成反比。ρ越大，涡流损耗越小。各种软磁材料的ρ从大到小的顺序为：锰锌铁氧体为108～109μΩ·cm，铁镍基非晶合金为150～180μΩ·cm，铁基非晶合金为130～150μΩ·cm，钴基非晶合金为120～140μΩ·cm，高磁导坡莫合金为40～80μΩ·cm，铁硅铝合金为40～60μΩ·cm，铁铝合金为30～60μΩ·cm，硅钢为40～50μΩ·cm，铁钴合金为20～40μΩ·cm。

因此，锰锌铁氧体的ρ比金属软磁材料高106～107倍，在高频中涡流小，应用占优势。但是当工作频率超过一定值以后，锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化，ρ变得相当小，损耗迅速上升到很高水平，这个工作频率就是锰锌铁氧体的极限工作频率。

金属软磁材料厚度变薄，也可以降低涡流损耗。根据现有的电子变压器使用金属软磁材料带材的经验，工作频率和带材厚度的关系为：工频50～60Hz用0.50～0.23mm（500～230μm），中频400Hz至1kHz用0.20～0.08mm（200～80μm），1kHz至20kHz用0.10～0.025mm（100～25μm），中高频20kHz至100kHz用0.05～0.015mm（50～15μm），高频100kHz至1MHz用0.02～0.005mm（20～5μm），1MHz以上，厚度小于5μm。金属软磁材料带材只要降到一定厚度，涡流损耗可显著减少。不论是硅钢、坡莫合金，还是钴基非晶合金和微晶纳米晶合金都可以在中、高频电子变压器中使用，和锰锌铁氧体竞争。

2.4降低成本

降低成本是对电子变压器的一个主要要求，有时甚至是决定性的要求。电子变压器作为一种商品和其他商品一样，都面临着市场竞争。竞争的内容包括性能和成本两个方面，缺一不可。不注意成本，往往会在竞争中被淘汰。

电子变压器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本。降低成本要从这三个方面来考虑。

软磁材料成本在电子变压器的材料成本中占有相当大的比例。根据现行的市场价格，每kg重量的软磁材料的价格从小到大的顺序是：锰锌软磁铁氧体，硅钢，铁基非晶合金，Ni50坡莫合金，钴基非晶合金，Ni80坡莫合金。锰锌铁氧体在中高频范围内广泛应用，硅钢在工频范围内广泛应用，最主要的原因之一就是价格便宜。

制造成本与设计和工艺有关。电子变压器所用的磁芯、线圈和总体结构的加工和装配工艺是复杂还是简单？需要人工占的比例多大？是否需要工模具？质量控制中需要检测的工序和参数有多少？要用什么检测仪器和设备？这些都是降低制造成本时要考虑的问题。

管理成本一般约占材料和制造成本之和的30％左右。如果管理得好，充分利用人力和财力，有可能降到20％左右。充分利用人力，是指工时利用率要高，减少管理人员和工人比例等等。充分利用财力，是指缩短生产周期，减少库存，加快资金流转等等。

所以，一个好的电子变压器设计者，除了要了解电子变压器的理论和设计方法而外，还要了解各种软磁材料，电磁线，绝缘材料的性能和价格；还要了解磁芯加工和热处理工艺，线圈绕制和绝缘处

理工艺和结构组装工艺；还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备；还要了解生产管理的基本知识以及电子变压器的市场动态等等。只有知识全面的设计者，才能设计出性能好，价格低的电子变压器。

3新软磁材料在电子变压器中的应用

电子变压器中的软磁材料，根据上面的分析，在工频及中频范围内主要采用硅钢，在高频范围内主要采用软磁铁氧体。现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战，软磁铁氧体既遇到非晶纳米晶合金的挑战，又遇到软磁复合材料的竞争。在挑战和竞争中，不但使新软磁材料迅速发展，也使硅钢和软磁铁氧体得到发展。新发展起来的软磁材料在电子变压器中的应用，使电子变压器的性能提高，成本下降。而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决。

下面分别介绍硅钢，软磁铁氧体，非晶纳米晶合金，软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展。这里不介绍薄膜软磁材料，它是用于1MHz以上的，高频小型电子变压器的新一代软磁材料，留待以后专文介绍。

3.1硅钢

电源技术中的工频电子变压器大量使用3％取向硅钢，现在厚度普遍从0.35mm减到0.27mm或0.23mm。国内生产的23Q110的0.23mm厚，3％取向硅钢，饱和磁通密度Bs为1.8T，其P1.7/50为1.10W/kg；27QG095的0.27mm厚，3％HiB取向硅钢，Bs为1.89T，P1.7/50为0.95W/kg。日本生产的0.23mm厚，3％取向硅钢Bs为1.85T，P1.7/50为0.85W/kg。与国内产品相差不多。但是0.23mm厚的3％取向硅钢经过特殊处理，即用电解法将表面抛光至镜面，再涂张力涂层，最后细化磁畴，可以使P1.7/50下降到0.45W/kg。同时，对要求损耗低的电子变压器，日本还进一步把厚度减薄到0.15mm，经过特殊处理，可以使P1.3/50下降到0.082～0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当。

日本还用温度梯度炉高温退火新工艺，使0.15mm厚，3％取向硅钢的Bs达到1.95～2.0T，经过特殊处理，使P1.3/50为0.15W/kg，P1.7/50为0.35W/kg。采用三次再结晶新工艺，制成更薄的硅钢，Bs为2.03T，P1.3/50为0.19W/kg（0.075mm厚），0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032mm厚）。

电源装置中的中频（400Hz至10kHz）电子变压器，除了使用0.20～0.08mm厚，3％取向硅钢外，日本已采用6.5％无取向硅钢。6.5％硅钢，磁致伸缩近似为零，可制成低噪声电子变压器，磁导率为16000～25000。ρ比3％硅钢高一倍，中频损耗低，例如：0.10mm厚的6.5％无取向硅钢P1/50为0.6W/kg，P1/400为6.1W/kg，P0.5/1K为5.2W/kg，P0.1/10k为8.2W/kg，Bs为1.25T。采用温轧法可以生产6.5％取向硅钢，Bs提高到1.62～1.67T。0.23mm厚的6.5％取向硅钢P1/50为0.25W/kg。日本已用6.5％硅钢制成1kHz音频变压器，在1.0T时，噪声比3％取向硅钢下降21dB，铁损下降40％，还用6.5％硅钢取代3％取向硅钢用于8kHz电焊机中，铁芯重量从7.5kg减少到3kg。6.5％硅钢国内已进行小批量生产。

与研制6.5％硅钢的同时，日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢。

1）中高频低损耗梯度硅钢，表层硅含量6.5％，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，涡流也集中表面，损耗小。内部硅含量低于6.5％。总的损耗低于6.5％硅钢。例如：0.20mm厚的6.5％硅钢的P0.1/10k为16W/kg，梯度硅钢为13W/kg；P0.05/20k6.5％硅钢为14W/kg，梯度硅钢为9W/kg。由于总的硅平均含量低于6.5％，Bs比6.5％硅钢高，可达1.90T。延伸性即加工性也比6.5％硅钢好。已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器，由于Bs高，损耗低，既体积小，又发热少。

2）低剩磁梯度硅钢，表层硅含量高，磁致伸缩小，中心层硅含量低，磁致伸缩大。表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力。出现的弹性能导致剩磁低，一般饱和磁通密度Bs为1.96T，剩磁Br为0.34T。ΔB=Bm－Br超过1.0T（Bm为工作磁通密度）。损耗也低，P1.2/50为1.27W/kg。可以用于脉冲变压器，单方向磁通变化电源变压器等。作为电源变压器铁芯时，还可以抑制合闸时的突发电流浪涌。

最近报导，日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬（Cr）的硅钢。在4.5％硅钢中，添加4％铬，电阻率可达82μΩ·cm，而一般3％取向硅钢电阻率为44μΩ·cm，牌号为“HiFreqs”。0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低，P0.2/5k为20.5W/kg，P0.1/10k为10W/kg，P0.05/20k为5W/kg；延伸性即加工性好，与3％硅钢一样，可以进行冲剪，铆固加工；耐腐蚀性好，在盐水和湿气中，不涂层也不腐蚀。已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器，铁芯损耗为22W/kg，比6.5％硅钢（36W/kg）和铁基非晶合金（29W/kg）小。还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器，比0.1mm厚3％取向硅钢发热显著减少，寿命延长4倍以上。

3.2软磁铁氧体

软磁铁氧体的特点是：饱和磁通密度低，磁导率低，居里温度低，中高频损耗低，成本低。前三个低是它的缺点，限制了它的使用范围，现在正在努力改进。后两个低是它的优点，有利于进入高频市场，现在正在努力扩展。

以100kHz，0.2T和100℃下的损耗为例，TDK公司的PC40为410mW/cm3，PC44为300mW/cm3，PC47为250mW/cm3。TOKIN公司的BH1为250mW/cm3，损耗不断在下降。国内金宁生产的JP4E也达到300mW/cm3。

不断地提高工作频率，是另一个努力方向。TDK公司的PC50工作频率为500kHz至1MHz。FDK公司的7H20，TOKIN的B40也能在1MHz下工作。Philips公司的3F4，3F45，3F5工作频率都超过1MHz。国内金宁的JP5，天通的TP5A工作频率都达到500kHz至1.5MHz。东磁的DMR1.2K的工作频率甚至超越3MHz，达到5.64MHz。

磁导率是软磁铁氧体的弱项。现在国内生产的产品一般为10000左右。国外TDK公司的H5C5，Philips公司的3E9，分别达到30000和20000。

采用SHS法合成MnZn铁氧体材料的研究，值得注意。用这种方法的试验结果表明，可以大大降低铁氧体的制造能耗和成本。国内已有试验成功的报导。

3.3非晶和纳米晶合金

铁基非晶合金

在工频和中频领域，正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比，有以下优缺点。

1）铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低，但是，在同样的Bm下，铁基非晶合金的损耗比0.23mm厚的3％硅钢小。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄，电阻率高。这只是一个方面，更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态，原子排列是随机的，不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性，也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此，妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小，具有前所未有的软磁性，所以磁导率高，矫顽力小，损耗低。

2）铁基非晶合金磁芯填充系数为0.84～0.86，

与硅钢填充系数0.90～0.95相比，同样重量的铁基非晶合金磁芯体积比硅钢磁芯大。

3）铁基非晶合金磁芯的工作磁通密度为

1.35T～1.40T，硅钢为1.6T～1.7T。铁基非晶合金工频变压器的重量是硅钢工频变压器的重量的130％左右。但是，即使重量重，对同样容量的工频变压器，磁芯采用铁基非晶合金的损耗，比采用硅钢的要低70％～80％。

4）假定工频变压器的负载损耗（铜损）都一样，负载率也都是50％。那么，要使硅钢工频变压

器的铁损和铁基非晶合金工频变压器的一样，则硅钢变压器的重量是铁基非晶合金变压器的18倍。因此，国内一般人所认同的抛开变压器的损耗水平，笼统地谈论铁基非晶合金工频变压器的重量、成本和价格，是硅钢工频变压器的130％～150％，并不符合市场要求的性能价格比原则。国外提出两种比较的方法，一种是在同样损耗的条件下，求出两种工频变压器所用的铜铁材料重量和价格，进行比较。另一种方法是对铁基非晶合金工频变压器的损耗降低瓦数，折合成货币进行补偿。每瓦空载损耗折合成5～11美元，相当于人民币42～92元。每瓦负载损耗折合成0.7～1.0美元，相当于人民币6～8.3元。例如一个50Hz，5kVA单相变压器用硅钢磁芯，报价为1700元/台；空载损耗28W，按60元人民币/W计，为1680元；负载损耗110W，按8元人民币/W计，为880元；则，总的评估价为4260元/台。用铁基非晶合金磁芯，报价为2500元/台；空载损耗6W，折合成人民币360元；负载损耗110W，折合成人民币880元，总的评估价为3740元/台。如果不考虑损耗，单计算报价，5kVA铁基非晶合金工频变压器为硅钢工频变压器的147％。如果考虑损耗，总的评估价为89％。

5）现在测试工频电源变压器磁芯材料损耗，是在畸变小于2％的正弦波电压下进行的。而实际的工频电网畸变为5％。在这种情况下，铁基非晶合金损耗增加到106％，硅钢损耗增加到123％。如果在高次谐波大，畸变为75％的条件下（例如工频整流变压器），铁基非晶合金损耗增加到160％，硅钢损耗增加到300％以上。说明铁基非晶合金抗电源波形畸变能力比硅钢强。

6）铁基非晶合金的磁致伸缩系数大，是硅钢的3～5倍。因此，铁基非晶合金工频变压器的噪声为硅钢工频变压器噪声的120％，要大3～5dB。

7）现行市场上，铁基非晶合金带材价格是0.23mm3％取向硅钢的150％，是0.15mm3％取向硅钢（经过特殊处理）的40％左右。

8）铁基非晶合金退火温度比硅钢低，消耗能量小，而且铁基非晶合金磁芯一般由专门生产厂制造。硅钢磁芯一般由变压器生产厂制造。

根据以上比较，只要达到一定生产规模，铁基非晶合金在工频范围内的电子变压器中将取代部分硅钢市场。在400Hz至10kHz中频范围内，即使有新的硅钢品种出现，铁基非晶合金仍将会取代大部分0.15mm以下厚度的硅钢市场。

值得注意的是，日本正在大力开发FeMB系非晶合金和纳米晶合金，其Bs可达1.7～1.8T，而且损耗为现有FeSiB系非晶合金的50％以下，如果用于工频电子变压器，工作磁通密度达到1.5T以上，而损耗只有硅钢工频变压器的10％～15％，将是硅钢工频变压器的更有力的竞争者。日本预计在2005年就可以将FeMB系非晶合金工频变压器试制成功，并投入生产。

非晶纳米晶合金在中高频领域中，正在和软磁铁氧体竞争。在10kHz至50kHz电子变压器中，铁基纳米晶合金的工作磁通密度可达0.5T，损耗P0.5/20k≤25W/kg，因而，在大功率电子变压器中有明显的优势。在50kHz至100kHz电子变压器中，铁基纳米晶合金损耗P0.2/100k为30～75W/kg，

铁基非晶合金P0.2/100k为30W/kg，可以取代部分铁氧体市场。

非晶纳米晶合金经过20多年的推广应用，已经证明其具有下述优点：

1）不存在时效稳定性问题，纳米晶合金在200℃以下，钴基非晶合金在100℃以下，经过长期使用，性能无显著变化；

2）温度稳定性比软磁铁氧体好，在－55℃至150℃范围内，磁性能变化5％～10％，而且可逆；

3）耐冲击振动，随电源整机在30g下的振动试验中，均未发生过性能恶化问题；

4）铁基非晶合金脆性大大改善，带材平整度良好，可以剪切加工，也可以制成搭接式卷绕磁芯，经过5次弯折或拆卸，性能无显著变化。

3.4软磁复合材料

经过争论，现在对磁粉芯等已经取得了一致认识，即认为它属于软磁复合材料。软磁复合材料是将磁性微粒均匀分散在非磁性物中形成的。与传统的金属软磁合金和铁氧体材料相比，它有很多独特的优点：磁性金属粒子分散在非导体物件中，可以减少高频涡流损耗，提高应用频率；既可以采取热压法加工成粉芯，也可以利用现在的塑料工程技术，注塑制造成复杂形状的磁体；具有密度小，重量轻，生产效率高，成本低，产品重复性和一致性好等优点。缺点是由于磁性粒子之间被非磁性体分开，磁路隔断，磁导率现在一般在100以内。不过，采用纳米技术和其他措施，国外已有磁导率超过1000的报导，最大可达6000。

软磁复合材料的磁导率受到很多因素的影响，如磁性粒子的成分，粒子的形状，尺寸，填充密度等。因此，根据工作频率可以进行调整。

磁粉芯是软磁复合材料的典型例子。现在已在20kHz至100kHz甚至1MHz的电感器中取代了部分软磁铁氧体。例如铁硅铝磁粉芯，硅含量为8.8％，铝为5.76％，剩余全为铁。粒度为90～45μm，45～32μm和32～30μm。用硅树脂作粘接剂，1％左右硬脂酸作剂，在2t/cm2压力下，制成13×8×5的环形磁芯，在氢气中用673°K，773°K，873°K退火，使磁导率达到100，300，600。在100kHz下损耗低，已经代替软磁铁氧体和MPP磁粉芯用于电感器中。

已经有人对大功率电源的电感器用软磁复合材料——磁粉芯进行了开发研究。在20kHz以下，磁导率基本不变。在1.0T下，磁导率为100左右。50Hz～20kHz

损耗小，可制成100kg重量以上的大型的磁芯，而且在20kHz下音频范围，噪声比环形铁氧体磁芯降低10dB。可以在大功率电源中代替硅钢和软磁铁氧体。

有人用钴/二氧化硅（Co/SiO2）纳米复合软磁材料制作不同于薄膜的大尺寸磁芯。钴粒子平均尺寸为30μm，填充度40％至90％，经过搅拌后，退火形成Co/SiO2纳米复合粉，然后压制成环形磁芯。磁导率在300MHz以下，都可达到16。镍锌铁氧体的磁导率为12，而且在100MHz以后迅速下降。证明在高频和超高频下，软磁复合材料也可取代部分铁氧体市场。

4新磁芯结构在电子变压器中的应用

4.1搭接式卷绕磁芯

搭接式卷绕磁芯最早用于非晶合金配电变压器。它既有卷绕磁芯优点，激磁电流小，空载损耗低，又可以打开装卸线圈，消除一般卷绕磁芯的缺点，不需要用专用绕线机绕制线圈，生产效率提高，线圈出现问题时也便于更换和维修。现有3％取向硅钢的厚度已减薄到0.23mm和0.27mm，用它们制造搭接式卷绕磁芯比非晶合金更容易。因此，搭接式卷绕磁芯有可能用于500VA以上的硅钢电源变压器，尤其是大容量整流电源和不停电电源中的硅钢电源变压器。

4.2立体三角形磁芯

立体布置的三角形三相磁芯，现在正在国内风行。最早出现立体三角形磁芯可追溯到20世纪30年代，但是，由于磁芯需要特殊剪切加工，线圈需要专用绕线机绕制，而未能推广应用。现在可以用计算机控制磁芯剪切加工，已经有专用绕线机绕线。国内有5—6家企业在申请立体三角形磁芯变压器的专利。立体布置的三角形三相磁芯与平面布置的三柱式三相磁芯相比，磁通分布均匀，不会出现局部饱和，激磁电流和磁通的对称性好。问题是各个柱的截面要形成接近圆形相当困难，绕组平均匝长增加，负载损耗也会增加。可用于30kVA以上的大型变压器。

4.3正交形磁芯

把C型磁芯的一半旋转90°，再接合在一起，就形成正交形磁芯。可以用直流控制绕组控制正交形磁芯的电感。日本索尼公司已经用软磁铁氧体制成这种磁芯，叫SX形磁芯，并且已经用于各种电视机的开关电源，作为驱动变压器，控制它的电感，使电路出现电压谐振或者电流谐振，而实现软开关条件。日本东北大学和东北电力公司已经用硅钢制成这种磁芯，用于功率补偿器和移相器，控制电力系统的有功和无功功率。与晶闸管功率补偿器和移相器相比，具有高次谐波少，电磁干扰小，控制电路简单等特点。

4.4磁性液体磁芯

有人曾设想过，用注塑机加工变压器磁芯，可以避免硅钢磁芯冲片，热处理，叠片，组装等多道工序。现在正在开发磁性液体磁芯可以实现这种设想，用工程塑料做成磁芯外壳，中间注入磁性液体，表面再用磁性片封住。这样，大量生产的中小型电源变压器的加工效率可以显著提高，使成本降低，与叠片式硅钢磁芯相比具有明显的优势。

5结语

电源变压器篇2

1原因分析

1.1主变压器通风联锁回路辅助接点接触不良主变通风端子箱为普通铁制端子箱。端子箱门与箱体密封不严，而宁夏地区风沙大，造成箱内元器件积尘较多。运行时间较长，再加上开关质量不好导致开关接点变形、氧化，接触不到位，造成连锁回路不能可靠动作。（1）如图2所示，当连锁开关1K工作位置①-②、③-④正常接通时，相序继电器KX接点或连锁继电器KM接点变形、氧化，接触不到位，造成连锁回路不能正常动作。（2）相序继电器KX接点和连锁继电器KM接点正常接通，连锁开关1K工作位置不能正常接通，造成连锁回路不能正常动作。

1.2交流电源开关与低压脱扣线圈机械配合不好主变通风回路交流电源开关QF均为ABB开关，而所配低压脱扣器均为SACES2型，不是配套产品，当其中一路交流电源QF失电后，低压脱扣器与开关在机械配合上存在缺陷，造成QF开关不能正常跳闸，所以两路电源不联动［3］。

2改造措施

2.1针对主变压器通风电源连锁条件不可靠（1）将联锁回路中不可靠的相序继电器KX的辅助接点（KX1、KX2）去掉，避免相序继电器前面的熔断器FU1-6中任一个假性故障，造成连锁回路误启动的情况。（2）在强油风冷控制回路的连锁回路中添加中间继电器（见图3中的KA4、KA5）的常开接点，避免连锁回路接通，故障侧交流电源开关QF跳不开，造成另一路交流电源向该故障电源反送电及开关偷跳连锁回路无法正常启动的情况发生。改造完成后主变压器正常运行时，2K在工作位置③-④正常接通，冷却器工作/备用电源切换开关ZK为备用投入状态。若QF1失电跳闸时，串接的QF1常闭接点接通将中间继电器KA4励磁，KA4常开接点将联锁回路接通，KM励磁，KM辅助接点接通，将二路电源接通。同理，主变压器正常运行时，若QF2失电跳闸时，串接的QF2常闭接点接通将中间继电器KA5启动将联锁回路接通，KM励磁，KM辅助接点接通，将一路电源接通。使主变压器通风回路正常运转。通过改进3号、4号主变压器风冷控制回路的联锁回路的对策实施，使回路设计很好地结合现场实际情况，克服了先前的缺陷，符合正确联动的条件。

2.2针对主变压器通风联锁回路辅助接点接触不良（1）在3号、4号主变压器端子箱的门上加装密封条，对关不严的端子箱门进行更换改造。加强平日巡回检查时的设备清扫和的设备停用检修时的吹灰清洁工作。严防灰尘或雨水进入端子箱造成的开关辅助接点氧化、变形。（2）在联锁开关1K上加装防护罩，将开关接点密封以防接点积尘造成开关接触不良。（3）通过完善管理制度，制定考核办法，加大考核力度，提高人员的责任意识，增强责任心，真正做到设备细化到人，对自己所辖设备原理与图纸全部搞清楚。

2.3针对交流电源开关与低压脱扣线圈机械配合不好（1）更换合适的低压脱扣器线圈考虑节约资金，只更换3号主变压器低压脱扣线圈。3号主变压器强油风冷控制回路的电源开关的低压脱扣器线圈原为SACES2型的，采用1SDA013321R1S1-S2型低压脱扣线圈后，经过现场试验论证，不再出现一路电源失压后低压脱扣线圈励磁但交流电源开关QF跳不掉的现象。（2）及时掌握材料消耗情况，建立良好的备品备件制度多参与厂家的产品及技术交流会议，了解不断更新升级的产品，搞好设备的更新换代和备品备件工作，及时掌握材料消耗情况，建立良好的备品备件制度，尽量少发生或不发生由于备品备件的缺乏造成的设备考核事故。在2009年1月检修时更换了施耐得开关和合适的低压脱扣线圈。具备试验条件后，对改造后的3号主变压器强油风冷控制回路进行双路电源的连锁试验，均能可靠联动。改善了交流电源开关与电压脱扣线圈的机械配合不好的缺陷。

3实施效果

（1）此次改造经济效益可观。增加了2个中间继电器，更换了2个脱扣器线圈，成本不到200元，相比更换施耐德QF1、QF2开关（价格1800元），直接节约了2×1800-200=3400元；（2）如果3号主变压器停用1h，那么汽轮发电机将少发电10万kW•h，按每度电上网电价为0.2683元计算，直接经济损失为100000×0.2683=26830元，间接为企业节省了大量资金。（3）此次改造大大提高了3号主变压器通风回路双路电源联动的成功率，提高了主变效率，提高了主变通风电源回路切换的消缺率，增加了主变运行周期，相应降低了检修费用。

4结论

电源变压器篇3

关键词：接地电流；变压器；来源分析；处理方法

中图分类号：F407 文献标识码：A

供电质量通常受到配电变压器接地电阻阻值大小的影响。如果接地电阻出现超过最高阻值之时，并且配电变压器避雷器接地电阻也遇到十分大的阻值，势必会导致避雷器难以正常对地进行放电，雨天发生雷击过电压时就可能产生故障，严重的可以烧毁避雷器或配电变压器。配电变压器在长期运行的状态下会发生严重氧化现象，这将会有效增大接地电阻，再者地埋接地体在长时间的影响下将会遭受到锈蚀、断裂情况的发生，造成中性点电位出现一定程度的偏移，在遭遇雷击的时候，容易产生故障。按照规程接地装置应当满足如下：小于100kVA的配电变压器接地电阻要控制在10Ω以内，若是配电变压器大于100kVA的接地电阻要控制在4Ω以内。

一、配电变压器接地带电流产生故障现象

9月15日，在测量某小区接线时，零线和地线被发现都带电，用电压表测得Udn为180V，然后沿主线路查到变压器，变压器的接地线对地电压Ud为150V，而电流Id为130A，因此可以说明变压器的接地线带电，并且变压器接地不好。工作人员对现场配电柜进行观察，三相电流表显示为130A，30A，32A，三相负载存在不平衡，再对沿线路逐层进行筛选，发现E栋施工致主线路B相接地。

二、对故障进行分析

1 在正常情况下，Iu+Iv+Iw=In为配电变压器低压侧各相电流，接地线没有带电流，Uno=0 ，变压器中性点O与大地等电位。

2 如果线路C点经R地′接地时，电路图如图1所示。R地与R地′串联在U∞上，U∞=220V，Id=U∞/（R地+R地′），若R地=2Ω，R地′=10Ω，则U地′=Id× R地′=183V，根据公式可知：变压器接地电阻越大，而电流不变，变压器接地线上的电压也越大。

三、配电变压器接地电阻出现过大的害处

1 在变电站接地线的接地中，若其出现过大的电阻阻值，而低压相线绝缘损坏出现接地，此时变压器的接地线中将会有电流的产生，接地电阻阻值越大，而接地电阻上的电流分压就也越大。在大地和接地电阻上产生L1相电压，若是工作人员一旦触碰到变压器接地线或变压器外壳，人的身体与接地电阻从而形成并联状态，身体触电事故随时都会发生。

2 在变压器三相四线中，若其中性线断线或接地电阻产生过大阻值之时，势必会出现不均匀的三相负荷，使得变压器中性点出现一定的偏移，使接地线产生电流，因此用电设备会因相电压升高而烧毁。

3 变压器比避雷器会因接地电阻阻值过大难以正常对地进行放电，将会造成变压器或避雷器的烧毁，从而影响到电力系统的正常运转。

四、接地电阻出现过大阻值的主要原因

1 接地电阻出现过大阻值原因多种多样，其主要原因有：例如接地装置产品材料和安装工艺不相符、接地线接头与接地体连接松动、变电站接地装置埋设不规范、大地过于干燥等等原因。

2 选择中性线截面积过小，安装人员对变压器接地线的作用认识不足，导致接地电阻阻值过大或接地线断线，由于接地线被盗或外力的破坏等原因。

五、对配电变压器接地带电流的处理方法

1 要严格控制变压器接地的施工工艺，规范接地体的有关埋设。由钢管、扁钢、钢绞线等材料构成接地装置，其埋设深度要大于0.5m～0.8m。并且要进行对接地装置与基础的施工，详细要求如下所述：①施工人员根据有关设计标准要求，接地槽的深度通常控制在0.5m～0.8m，接地装置若是安设在可耕地上，需要敷设于耕作深度以下为宜。槽中一切影响接地体与土壤接触的杂物要清除。②应沿电杆安装引下接地线，为了使其冲击电抗减少，要尽可能短而且直，在杆塔上固定接地引下线的支持件，为了加固接地线，支持件之间通常设1.0m～1.5m的直线距离，为0.1m转弯部分。③应按照设计要求来对钢管的规格进行设计，还有打入土壤中的深度方面，为了让电阻的阻值得以减小，接地体应垂直打入地下并加以固定。在遇到山区及土壤电阻率相对较高之处，采用表面埋入方式的接地装置，而尽量少用管形接地装置。④为了保证接触间的连接，接地引下线仅给测量接地电阻值而预留的断开处之外，其余地方不能另有接头的存在，而要采用焊接。在测量接地电阻值而预留的断开处接地引下线时要采用螺栓连接，一定要使用镀锌连接螺栓，这样不容易生锈。⑤接地装置安装完成之后，要第一时间进行回填土，为了让接地装置不受到影响，回填土不得有碎石及其他杂物等。

2 在变压器的中性线上采用适合的位置重复进行接地。如此变压器中性线的某点若是发生断线时，还存在其余点接地，中性线电流依然能够经过其余接地线回到变压器中性点上，其电位始终还是零，以致每相负载的电压能够保持正常的相电压。

3 在加装保护器于客户电表上面，一般都采用剩余电流动作保护器，变压器接地点的电阻若是产生过大的时候，而接地电位处于非零状态，此时必会有电流入变压器接地点，经过地线与保护器流，这电流可以使剩余电流动作保护器动作，然后使接地点切断，这样可以揭止接地电位不断地升高。若是加装保护器之后，人体一旦接触电的时候，保护器动作可以起到一定的作用，从而让人身安全得到有效保障。

结语

为了保证电网安全稳定运行，变电站必须要有良好的接地装置，减少接地电阻的阻值方法要掌握，设计规划论证阶段要重视接地，管理好施工过程质量，选择材料和形式，做好交接验收工程环节，还要做好检查和周期性运行维护工作。才能确保变电站接地装置的良好质量，从根本上防止发生接地事故。

电源变压器篇4

关键字：直流输电 换流变 电源 控制回路

0引言

南方电网超高压输电公司目前管辖着±500kV天广直流、±500kV贵广I回直流、±500kV贵广II回直流、±800kV云广直流四条西电东送直流输电通道。这四条直流输电系统总容量达到了1280万千瓦，约占整个南方电网西电东送总容量的50%。其安全稳定运行对南方五省区的电力供应尤其是广东地区负荷中心的电力供应具有极其重要的意义。

在高压直流输电系统中，换流变压器有着与换流阀同样重要的地位，同为直流输电系统的核心设备。这是由于其处在在交流电与直流电相互变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等因素所决定的。换流变压器的运行可靠性直接决定了整个直流输电系统的运行可靠性。而换流变压器的正常运行，依赖于其冷却系统、有载调压装置和测量、保护等一系列辅助系统。辅助系统正常工作则要依赖于外部电源，如换流变压器冷却系统的油泵、风扇和有载调压装置，这些设备均需要电源来驱动其电机工作。仅仅是短时间丢失电源，也将导致换流变压器的油温和线温迅速上升，严重影响换流变压器的安全运行。同时，有载调压装置也将失去电源，如恰逢换流变压器分接头调整，将导致三相换流变压器失步，使直流输电系统处于不正常运行状态。因此换流变压器辅助系统的供电可靠性要求较高，一般为两路电源供电，并采用控制回路自动切换。

在多年生产运行实践中，各换流站不同程度出现过换流变压器失去一路或两路辅助系统电源的故障，给换流变压器的持续可靠运行带来了较大风险。本文将分析对比天广直流、贵广I回、贵广II回、云广直流输电系统换流变压器的辅助电源回路，介绍其不同的设计特点及优缺点。

1天广直流换流变压器电源回路

天广直流是我国继葛上直流后投运的第二条远距离、大容量直流输电系统。其换流变压器为西门子生产的三绕组单相换流变压器。天广直流换流变压器的辅助电源回路如图1所示。

图1中F1、F2、F3、F4为空气小开关，K7、K8分别为第一路电源、第二路电源电压监视继电器。Q1、Q2分别为第一路、第二路电源进线开关，K1、K2分别为第一路、第二路电源接触器。正常运行时，Q1、Q2、F1、F2、F3、F4开关均在合上位置，K7、K8继电器正常励磁，其辅助触点由11-12切换至11-14。由于K10为延时继电器，K9继电器早于K10继电器励磁，断开辅助触点21、22，从而切断第二路电源回路，接通第一路电源回路。当第一路电源故障时，K7继电器失磁，其辅助触点由11接14切换至11接12，第一路电源回路断开，K9继电器失磁，其对应21、22触点接通，K1接触器失磁，其对应31、32触点接通，K10继电器延时励磁后接通第二路电源回路。当第一路电源恢复正常后，K9重新励磁切断第二路电源回路，冷却系统电源切回至第一路。

由此可见，天广直流输电系统的两路辅助系统电源为一主一备。两路电源均正常时，其运行在第一路电源。当第一路电源故障时，将自动切换至第二路电源供电。而当第一路电源恢复正常时，运行电源又将切回至第一路。

图 1天广直流换流变压器辅助电源回路图

2贵广I、II回直流换流变压器电源回路

随着西电东送规模的不断扩大，容量均为3000MW的贵广I回、贵广II回直流输电系统先后于2004年和2007年投运。贵广I、II回直流输电系统的换流变为双绕组结构，每相由星形连接和角形连接共两台换流变压器组成。贵广I回、II回直流系统的换流变压器辅助电源回路形式相同，均为图2所示。

图 2贵广I、II回直流换流变压器辅助电源回路图

在图2中，Q1、Q2、F1、F2、F3、F4各开关及K7、K8继电器的名称以及正常时的状态，均同图1的说明。S1为主电源回路选择开关，可通过选择开关S1选择第一路或者第二路为主电源。当S1在“1”位时，第一路电源被选为主电源，其辅助触点1-2接通，5-6接通，K5继电器励磁，接通第一路电源回路，断开第二路电源回路。第一路电源故障时，K5继电器失磁，K10继电器励磁，K6继电器励磁，换流变辅助电源切换至第二路电源。当S1在“2”位时，第二路电源被选为主电源，其辅助触点2-3接通，6-7接通，K6继电器励磁，接通第二路电源回路，同时断开第一路电源回路。第二路电源故障时，K6继电器失磁，K9继电器励磁，K5继电器励磁，换流变辅助电源切换至第一路电源。

可以看出，贵广I、II回直流系统的换流变压器辅助电源也是两路，同样是主备关系，但电源可以通过选择开关S1指定主电源回路，增加了运行的灵活性。

3云广直流换流变压器电源回路

图 3云广直流换流变压器辅助电源回路图

2010年容量为500万千瓦的±800kV云广直流系统投入运行，云广直流系统其换流变辅助电源回路设计在贵广I回、II回的基础上做了进一步的改进，考虑了K1或K2接触器继电器常开辅助触点三相粘连的情况。以下以K1接触器辅助触点三相粘连为例进行说明（K2同理）阐述。按照贵广I回、II回直流系统换流变辅助电源回路的设计，第一路电源故障跳开Q1空气开关，换流变辅助电源将切至第二路电源运行，若此时K1接触器三相辅助触点发生粘连，则第二路电源的正常电压通过公用母线经粘连的辅助触点被K7继电器感知，K7继电器误认为第一路电源电压恢复正常，使K5继电器励磁，K5继电器励磁后使K10继电器失磁，继而使K2接触器失磁，换流变辅助电源将切回至第一路电源运行。换流变压器辅助电源切回第一路运行后，因第一路电源事实上已无电压，换流变辅助电源将再次切至第二路运行。因此，换流变压器辅助电源将在第一路和第二路之间连续不停切换，辅助电源无法正常供电。为避免上述情况的发生，云广直流换流变压器辅助电源自动切换回路加装了K3、K4继电器。在发生K1接触器三相辅助触点粘连的情况时，K5继电器励磁并不能使K10继电器失磁，因为K1、K3继电器的辅助触点保证了对K10继电器的持续供电，由此避免了上述异常情况的发生。

4结语

经过以上的分析，我们可以看出，从天广直流到贵广直流I回、II回，再到云广直流，各工程的换流变压器辅助电源回路均为两路电源供电，均为主备式电源回路，具备主电源失电自动切换至备用电源功能。天广直流的换流变压器不能够设定第二路为主电源，只能长时间以第一路电源运行，而贵广直流和云广可以将第二路设定为主电源。而云广则更是考虑了K1或K2接触器触点粘连的情况。三种不同的换流变辅助电源控制回路，其结构和功能复杂度不断增加，设计不断完善。

__________________

电源变压器篇5

关键词：地铁车辆；辅助电源；节能

辅助电源系统是车辆牵引控制系统的重要组成部分。SIV为车辆客室空调机组及通风装置、空压机、电加热器、交流照明等交流负载提供三相与单相交流电源；充电机为车载各系统控制电路、直流照明、电动车门及车载信号与通信设备提供直流电源并给蓄电池组充电。辅助电源系统工作的安全性、可靠性对车辆正常运营具有重要影响。在车辆设计的前期就需要对系统的构成、容量范围、功能与性能要求等进行计算、分析和对比，选择合适的系统及设备、合适的参数来构成最优的辅助供电系统，满足车辆运营要求、降低系统的全寿命周期成本。

1、直接逆变方式

直接逆变辅助电源电路结构原理是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率GTO，IGBT或IPM。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式，逆变器按V/f等于常数的控制方式，输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便，但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响，输入与输出不隔离，输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。

2、斩波降压逆变方式

斩波降压加逆变方式的辅助电源电路结构主要由单管DC/DC斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。逆变器输出经过三相滤波后，输出稳定的正弦三相交流电压，作为驱动空调机、风机等三相交流负载电源，同时三相交流电压经变压器和整流后，可实现电源的多路直流输出。其特点如下。三相逆变器输出电压不受输入电网电压波动的影响，DC/DC斩波的闭环控制可以保持逆变器输入电压的恒定。每台辅助逆变电源斩波器只需一只大功率高压IGBT元件，逆变器可以采用较低电压的IGPT元件。由于逆变器输入电压恒定，对于只要求#+#，控制的逆变器来说，只需要一定数量的梯波输出，即可保证逆变器输出稳定的脉宽调制电压，谐波含量小于5%。斩波器分散布置在每台车的电源上，机组结构统一。对于供电网，虽然每台电源斩波的开关频率相同，但它们之间的斩波相位差是随机的，同样可实现斩波器多相多重斩波作用。隔离变压器的使用实现了电网输入与输出负载之间的电气隔离。（图一）

3、两重斩波降压逆变方式

与单管直接DC/DC斩波降压逆变方式的辅助电源电路基本相同，两重斩波器替代了DC/DC单管斩波器，开关元器件可采用GTO或IGBT。其特点是采用两重斩波器，当上、下两个斩波器控制相位互相错开180°时，可以使斩波器的开关频率相应提高一倍，因而可大大减小滤波装置的体积和重量，降低逆变器中间直流环节电压的脉动量，提高辅助逆变电源的抗干扰能力。两重斩波器闭环控制起到了稳压和变压作用，因此可提高逆变器的输出效率。两重DC/DC斩波器与单管斩波器相比，开关元器件和斩波器的附件多了一倍，但管子的耐压可降低一半，提高了元件的使用裕度和设备的安全可靠性。直流供电网与负载之间的变压器隔离以及相应设计的滤波器，可以保证逆变器输出的三相交流电压谐波最小，且可降低对负载过充电压的影响，提高负载的使用寿命。

4、升降压斩波逆变方式

升降压斩波加逆变的地铁辅助电源的前级斩波是由一个平波电抗器及两个开关管、二极管和储能电抗器构成，升降压斩波器本质上相当于两相DC/DC直流变换器，控制系统采用PWM控制方式。两个开关管交替通断，按输出电压适当地控制脉冲宽度，可以获得与输入电压相反的恒定直流输出电压。后级逆变输出由两点式三相逆变器和三相滤波器组成。斩波器和逆变器开关元器件可采用GTO或IGBT，IPM等。此电路的特点是：电网电压的波动不影响斩波器输出电压的恒定稳定，当电网电压高于斩波器输出电压时，斩波器按降压斩波控制方式工作；当电网电压低于斩波器输出电压时，斩波器按升压斩波控制方式工作。两个开关管的交替导通和关断，提高了斩波开关频率，降低了储能电抗器体积和容量以及开关器件的电压应力，减小了输出电压的脉动量。

综上所述，采用静止辅助逆变电源代替传统的直流发电机组供电装置，已是地铁与轻轨城市轨道交通发展的必然趋势。静止辅助逆变电源方案的选择，应结合国内电力电子技术的发展、元器件的使用水平以及国外地铁电动车组辅助逆变电源的发展方向，研制和开发出适合我国城市轨道交通地铁和轻轨车辆的辅助逆变供电系统。地铁静止辅助逆变电源的研制成功标志着我们已具备了开发和生产国产化地铁辅助电源的能力。

参考文献：

电源变压器篇6

1 　引　言

近年来, 我国上海、广州和北京等城市引进的地铁车辆上, 辅助电源均采用了静止式辅助逆变电源。广州地铁和上海地铁2# 线为igbt 辅助逆变电源; 北京“复八线” 为gto 热管散热器自冷式辅助逆变电源。因此开发和研制地铁车辆静止式辅助逆变电源实现国产化是发展我国城市轨道交通的必然趋势。静止式辅助逆变电源与传统的电动发电机组供电方式的比较如下:

(1) 静止式辅助逆变电源直接从地铁动车第三轨受电, 经过dc/ dc 斩波变换后向三相逆变器提供稳定的输入电压, 通过vvvf 变频调压控制, 逆变器输出三相交流电压向负载供电, 对于多路输出电源, 电路采用变压器隔离形式。这种辅助逆变电源的优点是输出电压品质因数好、电源使用效率高、工作性能安全可靠。

(2) 传统地铁辅助电源通常采用旋转式电动发电机组的供电方案。电动机从dc750v 第三轨受电, 发电机输出三相交流电压向负载供电, 对于直流dc110v 和dc24v 部分用电设备, 仍需通过三相变压器和整流装置提供电源。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低, 电源易受直流发电机组工况变化的影响, 输出电压波动大, 可靠性差。wWw.133229.CoM

2 　地铁车辆辅助电源系统方案比较

下面针对dc750v 地铁车辆上几种常用的辅助逆变电源电路结构方案, 进行分析和比较。211 　直接逆变方式图1 是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率gto , igbt 或ipm 。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式, 逆变器按v/ f 等于常数的控制方式, 输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便, 但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响, 输入与输出不隔离, 输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。

图1 　直接逆变辅助电源电路结构原理图

212 　斩波降压逆变方式

斩波降压加逆变方式的辅助电源电路结构如图2 所示。此电路主要由单管dc/ dc 斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。逆变器输出经过三相滤波后, 输出稳定的正弦三相交流电压, 作为驱动空调机、风机等三相交流负载电源, 同时三相交流电压经变压器和整流后, 可实现电源的多路直流输出。其特点如下。

(1) 三相逆变器输出电压不受输入电网电压波动的影响, dc/ dc 斩波的闭环控制可以保持逆变器输入电压的恒定。

(2) 每台辅助逆变电源斩波器只需一只大功率高压igbt 元件, 逆变器可以采用较低电压的igbt 元件。

(3) 由于逆变器输入电压恒定, 对于只要求cvcf 控制的逆变器来说, 只需要一定数量的梯波输出, 即可保证逆变器输出稳定的脉宽调制电压, 谐波含量小于5 % 。

(4) 斩波器分散布置在每台车的电源上, 机组结构统一。对于供电网, 虽然每台电源斩波的开关频率相同, 但它们之间的斩波相位差是随机的, 同样可实现斩波器多相多重斩波作用。

(5) 隔离变压器的使用实现了电网输入与输出负载之间的电气隔离。

图2 　斩波降压逆变方式电路结构原理图

213 　两重斩波降压逆变方式

与单管直接dc/ dc 斩波降压逆变方式的辅助电源电路基本相同, 两重斩波器替代了dc/ dc 单管斩波器, 开关元器件可采用gto 、igbt 或ipm 。电路结构原理图如图3 所示。其特点如下。

(1) 采用两重斩波器, 当上、下两个斩波器控制相位互相错开180°时, 可以使斩波器的开关频率相应提高一倍, 因而可大大减小滤波装置的体积和重量, 降低逆变器中间直流环节电压的脉动量, 提高辅助逆变电源的抗干扰能力。

(2) 两重斩波器闭环控制起到了稳压和变压作用, 因此可提高逆变器的输出效率。

(3) 两重dc/ dc 斩波器与单管斩波器相比, 开关元器件和斩波器的附件多了一倍, 但管子的耐 压可降低一半, 提高了元件的使用裕度和设备的安全可靠性。

(4) 直流供电网与负载之间的变压器隔离以及相应设计的滤波器, 可以保证逆变器输出的三相交流电压谐波最小, 且可降低对负载过充电压的影响, 提高负载的使用寿命。

图3 　两重斩波降压逆变方式电路结构原理图

214 　升降压斩波逆变方式

图4 为升降压斩波加逆变的地铁辅助电源电路结构原理图, 前级斩波由一个平波电抗器及两个开关管、二极管和储能电抗器构成, 升降压斩波器本质上相当于两相dc/ dc 直流变换器, 控制系统采用pwm 控制方式。两个开关管交替通断, 按输出电压适当地控制脉冲宽度, 可以获得与输入电压相反的恒定直流输出电压。后级逆变输出由两点式三相逆变器和三相滤波器组成。斩波器和逆变器开关元器件可采用gto 或igbt , ipm 等。此电路的特点是: 电网电压的波动不影响斩波器输出电压的恒定稳定, 当电网电压高于斩波器输出电压时, 斩波器按降压斩波控制方式工作; 当电网电压低于斩波器输出电压时, 斩波器按升压斩波控制方式工作。两个开关管的交替导通和关断, 提高了斩波开关频率, 降低了储能电抗器体积和容量以及开关器件的电压应力, 减小了输出电压的脉动量。

图4 　升降压斩波逆变方式电路结构原理图

3 　地铁辅助逆变电源的开发与研制

铁道科学研究院机车车辆研究所早在20 世纪80 年代末, 已开始采用先进的变流控制技术和新型大功率gto 和igbt 元器件, 开发车载电源产品。先后研制出大功率gto 斩波器、两象桥式igbt 斩波器、驱动大功率直线电机和地铁车辆的车载igbt 逆变器。1999 年研制客车dc600v 供电系统的空调逆变电源, 并于当年6 月在铁道部四方车辆研究所通过了性能试验,9 月在武昌车辆段k79/ 80 上装车运行。

2000 年开发研制出用于内燃机车和电力机车的空调逆变电源, 该产品已在南昌内燃机务段和邵武电力机务段装车运行考核。 2002 年针对北京“ 复八线” 地铁车辆进口辅助逆变电源的技术条件, 铁道科学研究院机车车辆研究所研制开发出了dc750v 国产化地铁车辆辅助电源工程化机组, 并通过铁道部产品质量监督检测中心机车车辆检验站的型式试验。开发研制的dc750v 地铁辅助电源总容量为40 kva , 主要负荷为照明、换气扇、司机室空调机组和车辆dc110v , dc24v 控制电源。考虑到电源的可靠性和车辆上多路电源的随机多重性, 电源主电路采用单管斩波降压逆变电路, 大功率igbt 开关元件和热管散热方式。控制采用斩波和逆变双闭环脉宽调制控制技术, 保证了电源三相交流输出电压稳定性好、谐波含量低。其主要技术参数见表1 。

表1 　地铁辅助电源装置主要技术参数

这种地铁辅助电源具有如下特点。

(1) 辅助电源斩波器采用斩波闭环控制方式, 保证输入电压变化时, 逆变电源中间直流环节的电压稳定。

(2) 输出逆变器的开关频率设定为214 khz , 采用了谐波抑制方法, 有效地抑制了输出电压、电流谐波含量和对输出高频隔离变压器冲击, 提高了逆变器的功率因数和负载的使用效率。

(3) 采用三相滤波装置和隔离变压器, 实现了输入与输出、交流负载和直流输出电源之间的电气隔离。

(4) 采用变频启动方式, 电器负载的启动电流冲击小, 有利于延长负载设备的使用寿命。

(5) 控制系统采用了mc80c196 十六位单片机作为主控制单元, 具有实施控制、保护、自诊断、自恢复、故障存储、l ed 指示灯和汉字显示、数据传输、指令接收等功能。

(6) 控制系统设有短路、过压、欠压、过流、过热、接地等故障保护功能, 保护信号消失后自动恢复运行, 提高了地铁辅助逆变电源的安全性和可靠性。

(7) 主控制单元使用箱式插板结构, 便于维修、检修及更换设备。为适应机车运行中的冲击大、振动大等特点, 机箱采用金属框架结构, 具有较高的机械强度和良好的电磁屏蔽效果。

dc750v 地铁辅助电源额定负载试验波形如图5 ～ 图8 所示。

图5 　输入电压与输出电压的稳态波形

图6 　输出电压、电流波形

图7 　中间环节电压起动、稳态、停止过程

4 　结　论

(1) 采用静止辅助逆变电源代替传统的直流发电机组供电装置, 已是地铁与轻轨城市轨道交通发展的必然趋势。

(2) 静止辅助逆变电源方案的选择, 应结合国内电力电子技术的发展、元器件的使用水平以及国外地铁电动车组辅助逆变电源的发展方向, 研制和开发出适合我国城市轨道交通地铁和轻轨车辆的辅助逆变供电系统。

(3) 地铁静止辅助逆变电源的研制成功标志着我们已具备了开发和生产国产化地铁辅助电源的能力。

图8 　输出电压、电流起动、稳态、停机过程

参考文献

[ 1 ] 　菊池高弘. 日本铁道车辆用新型逆变器[j ] . 国外铁道车辆, 2000 , 37(5) : 23 —26.

[ 2 ] 　第三代igbt 和智能功率模块应用手册[m] . 三菱电机, 1996.

[ 3 ] 　siv 使用说明书[ z] . 东洋电机制造株式会社, 1998.

电源变压器篇7

1 概述

随着电力电子技术及器件的发展，固态感应加热电源已在金属熔炼、透热、淬火、热处理、焊接等行业得到越来越广泛的应用。对于热处理行业的大部分负载来说，感应加热电源设备须经过负载阻抗匹配后才能正常工作。所谓负载阻抗匹配就是为了使电源输出额定功率，而采取的使负载阻抗等于电源额定阻抗的方法和措施。

对于一台电源设备，其额定电压UN和额定电流IN取决于电源本身，为使电源能输出额定功率，要求有合适的负载阻抗Z=ZN=UN/IN与电源匹配，如果Z≠ZN，电源与负载不匹配，电源利用率就降低。以简单的直流电压源为例：电源额定电压Ud=400V，额定电流Id=400A，额定阻抗|Zd|=1Ω，负载阻抗|Z|=1Ω时，电源输出额定功率；|Z|=0.5Ω时，输出电流为I=Ud/|Z|=400/0.5=800A，电源过载；|Z|=2Ω时，输出电流为I=Ud/|Z|=400/2=200A，电源轻载。图1可清楚的表明以上所说情况。

图1中，线1表示负载与电源匹配，线2表示电源重载，线3表示电源轻载。电源与负载不匹配时，为保证不损坏电源设备，只能降额运行，降低了电源利用率，适当的匹配可以使电源全功率运行，保证设备正常运转，减少故障。在实际中，很少有负载阻抗恰好等于电源额定阻抗的情况，负载匹配是感应加热装置安全可靠经济运行的一个必不可少的环节，是感应加热电源负载侧设计的重要内容。

2 负载等效电路分析

感应加热装置的感应器支路可以等效成一个电阻和一个电感串联或并联的形式[1]，等效的电感、电阻是感应器和负载耦合作用的结果，其值受感应器与负载耦合程度的影响。等效感应器支路是一个感性负载，功率因数很低，需加入电容器进行无功补偿，补偿电容器与感应线圈的连接方式有串联和并联两种形式，从而形成两种基本的谐振电路：并联谐振电路、串连谐振电路。为了提高效率和保证逆变器安全运行，固态感应加热电源一般工作在准谐振状态，串联谐振电路和并联谐振电路的特性，见表1。

从表1可以看出，串联谐振电路在谐振状态下等效阻抗为纯电阻，并达到最小值，并联谐振电路在谐振状态下等效阻抗达到最大值，为了获得最大的电源输出功率，串联谐振电路采用电压源供电，并联谐振电路采用电流源供电，即电压源型感应加热电源必须匹配串联谐振型负载电路，电流源型感应加热电源必须匹配并联谐振型负载电路，这是电源与负载的初次匹配措施。

3 负载匹配方案分析

负载匹配方法主要分为两大类：静电耦合和电磁耦合。静电耦合主要采用无源元件，通过改变电路拓扑结构来改变负载阻抗。这一方法在一定条件下可以省去匹配变压器，因此更加经济、方便。电磁耦合主要采用匹配变压器，通过变压器变换阻抗特性进行负载匹配。下面针对不同电路形式进行分析。

3.1 并联谐振电路负载匹配方法

并联谐振电路等效阻抗ZD=L/RC，改变等效电路中的电容、电感、电阻的值都能改变阻抗，这一特性使并联谐振电路的阻抗匹配更加灵活。

3.1.1 匹配电容元件

根据电容元件加入的位置不同，可以分为以下3种方法，分别示意在图2、图3及图4。

图2等效阻抗ZD=L/RC，其中C=C1＋C2＋C3，通过开关的开、合可以改变电容值，从而改变负载电路等效阻抗，此法简单易行，是实践中常用方法之一，但属于有级调节，调节时要求断电。另外，C的变化会引起电路谐振频率发生变化，负载谐振频率受工艺要求限制，当频率超出范围时应配合匹配电感的方法来抵消频率的变化。注意，所有匹配方法都应考虑频率的变化，处理方法类似，以后不再叙及。

图3等效阻抗ZD=LCs/〔RC(C＋Cs)〕，可见加入Cs后，阻抗成Cs/(C＋Cs)倍变化，可使原来的等效阻抗变小，适用于阻抗相对电源来说高的负载。

图4是串并联负载电路，电路仍工作在并联谐振状态，工作情况与并联谐振电路类似，Cs的加入使容性阻抗增加。该电路优点是启动容易，通常作为晶闸管感应加热电源的起动电路，单纯作为负载匹配措施则较少使用。

3.1.2 匹配电感元件

一般分为两种情况，分别如图5及图6所示。以上两种电路形式是通过加入可变电抗器改变感应线圈支路的电感，进而改变等效阻抗值，

图5串联电感的方式只能增加感应器支路的电感，图6的连接方式可以增大支路电感，也可以减小支路电感。由于并联谐振属于电流谐振，并联支路中流过谐振电流，达到电源电流的Q（Q=ω0L/R）倍，谐振电路等效电感增加会增加铜损。

感应加热电源负载匹配方法中利用电感匹配的方法可以归纳为以下几种。

——利用带铁心的多抽头电抗器，改变抽头调节电抗值，属于有级调节，调节时要求断电。由于制作工艺上的原因，抽头的数量受到限制，无法做到?调。

——采用动铁心电抗器，移动铁心与线圈的相对位置来改变电抗值，属于无级调节，调节时无须断电，可以跟随负载阻抗的变化，匹配效果好，容易组成稳定感应线圈上的电压，或恒温、恒功率自动控制系统，但铁心动作须经过一套传动系统，故障率较高，且须建立协调控制模型。

——采用动圈式变压器的形式，一次线圈与感应线圈并联，二次侧绕组自身短接，移动一次绕组与二次绕组的相对位置，便可以改变一次侧的等值电抗，属于无级调节。变压器必须采用空心变压器，一二次绕组相对位置的变化也须经过一套传动装置，故障率高，同样须建立控制模型。

——用磁饱和电抗器作为Lf，通过调节直流激磁电流来改变电抗值，属于无级调节。该方法无移动、旋转部件，也无触点控制，安全可靠，维护工作量小。

——增减感应线圈的匝数。在感应线圈的几何形状不变的条件下（感应线圈的长度和直径不变），感应线圈的电感与其匝数N的平方成正比，当匝数N增减时，感应线圈的电感L和工件的等效阻抗也会相应增减，从而改变负载的等效阻抗。

——改变感应线圈与被加热工件的耦合情况。感应器与被加热工件耦合的紧密程度直接影响感应器支路等效阻抗，从而影响谐振电路等效阻抗，但是，当感应器与工件的间隙增大，耦合较松时会降低加热效率，匹配效果有限。

3.1.3 匹配电阻元件

负载匹配的根本目的是尽量使电源额定功率全部用于工件加热，也就是提高电源效率的问题，因此，在负载匹配的问题中，应结合有利于提高电源效率综合进行分析。在电路中加入电阻可方便地使负载阻抗与电源相匹配，但装置的损耗增加，加热效率降低，没有根本解决问题，不是可行的负载匹配方法。

3.1.4 匹配变压器

利用电磁耦合进行负载匹配是通过变压器的变阻抗特性实现的，这在感应加热中非常普遍，采用的电路形式主要有两种，如图7及图8所示。变压器变阻抗特性以图7为例说明如下：变压器副边电路工作在谐振状态，等效阻抗ZD=L/RC，通过变比为n:1的变压器后，变压器原边的等效阻抗ZD=n2L/RC（忽略变压器漏抗的影响），可见阻抗成n2倍变化。

图7电路中感应器支路所需无功容量由并联电容器提供，负载电路工作在准谐振状态，匹配变压器通过少量无功功率，所需容量较小，匹

配变压器原边流过电源电流，损耗不大，可以采用铁心变压器。图8电路中，匹配变压器中既通过有功功率又通过无功功率，所需变压器容量较大，铁心变压器容量受铁心制造水平限制，在传输容量大时难以胜任，所以此电路通常采用空心变压器，匹配变压器原边流过谐振电流，损耗较大。利用匹配变压器进行负载匹配时应考虑以下选择原则。

——空心变压器易实现大容量化，?合于初级补偿，减轻了对C的要求，但随着电压、功率的上升，其体积相应增大。铁心变压器难以实现大容量化，无功须在次级补偿，增加了C的选择难度。另外，空心变压器漏感大，变比不等于匝比，在设计中难以掌握，变比较大时实现困难，铁心变压器漏感小，变比等于匝比，对于极低的负载阻抗可以做成较大的匝比。

——铁心变压器的铁损正比于频率的平方，高频时发热严重，这提高了对变压器冷却系统的要求，所以高频时常采用铁淦氧磁芯或空心变压器。

——当负载工作频率较高时，为保证匹配效率要求匹配变压器漏抗尽量小，这对匹配变压器的设计提出了更高要求。

——补偿电容C一般放在匹配变压器高压侧，在提供无功容量一定时，可大大降低电容值，当然，这需综合考虑所选电路形式、变压器和电容的市场售价而定。

——为适应多种负载，匹配变压器应设计成多抽头变压器，但抽头数量受变压器结构的限制，对负载的调节有限，难以做到最佳匹配。随着频率的增加，多抽头变压器的设计更加困难。

——随着铜价的上升，变压器造价会不断上升，而电容价格随着电容生产技术的发展有下降趋势，另外利用匹配变压器进行负载匹配须考虑其寄生元件的影响（漏抗、寄生电容），变压器铜损的存在也会降低电源效率，所以进行负载匹配时应首选静电耦合方法。

——匹配变压器可以起到电气隔离的作用。

3.2 串联谐振电路负载匹配方法

通过对串联谐振电路负载特性的分析可知，串联谐振电路等效阻抗只与等效电阻R有关，改变等效电路中电容和电感值不影响等效阻抗，这一特性大大限制了串联谐振电路的负载匹配措施。

3.2.1 改变感应器与工件的耦合

在并联谐振电路匹配电感的方法中已经提到，改变感应线圈与被加热工件间的耦合程度可以改变等效电阻，此法也适用于串联谐振电路阻抗匹配。

3.2.2 负载串接

当负载阻抗小时，将数个完全相同的感应线圈和被加热工件串接起来可以增大负载等效阻抗。

3.2.3匹配电容元件

图9（a）为匹配电路，该电路仍工作于串联谐振状态，即谐振时并联部分相当于感性负载，图9（b）为图9（a）的等效电路，其中可见，Cs的加入影响串联谐振电路等效电阻，从而影响串联谐振电路等效阻抗。在一定频率下负载的感性无功功率一定，工作在谐振状态的容性无功功率等于感性无功功率，所以要求补偿的容性无功功率容量也是一定的，Cs的加入只是分担了一部分容性无功功率，不会因增加无功功率容量而增加成本。

3.2.4 匹配变压器

串联谐振电路受其电路形式的限制，匹配方法单一，所以在实际应用中，串联谐振电路一般利用匹配变压器实现负载匹配。利用变压器进行负载匹配的研究与并联谐振电路类似，不同的是串联谐振属于电压谐振，匹配变压器位置不同所承受电压不同。图10所示电路中匹配变压器原边为谐振电压，对匹配变压器绝缘要求较高。而图11所示电路中匹配变压器承受电源电压，可以降低绝缘要求。

4 结语

串联谐振电路的特性决定改变等效电容和电感值不能改变谐振状态的等效阻抗，静电耦合负载阻抗匹配方案中许多不适用于串联谐振电路，串联谐振电路一般采用匹配变压器进行负载匹配。

电源变压器篇8

关键词:高压变频器 瞬停保护 电磁干扰

随着电力电子技术以及计算机控制技术的飞速发展,交流调速逐步取代直流调速,计算机数字控制技术逐渐取代模拟控制技术。高压变频调速装置也不断发展成熟,原来一直难于解决的高压问题,近年来也通过高压变频器得到解决。但是高压变频器在应用过程中仍然存在瞬停保护以及电磁干扰等问题,严重影响变频器的正常运行。

1、高压变频器简介

变频器是通过电力半导体器件的通断将工频电源转变为另一种频率的电能控制装置。高压变频器种类很多,按照中间环节有无直流部分,可以分为交交变频器和交直交变频器;按有无中间低压回路,可以分为高高变频器和高低高变频器;按照直流部分性质可以分为电流型和电压型;按电压等级和用途,可分为通用变频器和高压变频器等。高压变频器应用范围越来越大,被广泛引用于石油化工、市政供水、电力能源、冶金钢铁等行业的各种风机、水泵、轧钢机以及压缩机等。

2、高压变频装置运行时出现的问题分析

2.1 变频器出现瞬停故障

当高压变频器检测到主电源电压小于80%时,就会立即停止输出,此时电动机出现自由惰走现象,当主电源电压恢复90%时,变频器则跟踪电动机的实际转速,电动机转速恢复正常。当主电源电压在2秒内仍未恢复电压的90%时,变频器则会跳闸,变频器的主电源电压降低到一定值时,为了保护变频设施,变频器不得不停止输出。在实际生产过程中,影响变频器主电源电压发生骤降的因素有很多,如电源切换、大容量电机启动以及外部故障的影响等。

2.2 影响变频器瞬停保护因素分析

（1）厂用电系统切换电源的影响:现阶段,很多电源快速切换装置已经被广泛应用于大容量发电机组用电系统中。很多微机型的切换电源的切换功能可靠性较高,通常均能实现快速切换功能,很少发生非正常切换的现象。在实现串联快速切换的同时有大容量电机启动,这会导致母线电压出现最恶劣现象,切换时电压波动导致母线电压下降80%以下,很多进口变频器或者国产变频器均不能适应这种大范围的电压扰动。（2）大容量电机启动:大容量电机启动时的启动电流将会达到额定电流的5~7倍,这会导致母线电压在很大范围内下降,且启动时间较长,为10~15秒。（3）外部故障的影响:当用电系统或者相连电网发生外部故障时,母线电压会随之下降。由于故障类型、故障发生地点以及开关类型各不相同,所造成的母线电压的恢复时间也各不相同。其中以母线附近发生三相短路故障造成损失最大。

2.3 防止变频器出现瞬停故障对策

为了防止变频器经常发生瞬停故障,要对变频器的参数进行一定的设定及修改。通常情况下,以保证变频器正常运行为前提,其瞬停保护电压设为额定电压的65%~80%,恢复延时为2~3秒。针对变频器经常出现瞬停保护动作,首先要保证变频器的正常运行,再将变频器的瞬停动作电压设置为的额定压75%,延时仍设置为2秒。

3、高压变频器电磁干扰

3.1 高压变频器电磁干扰的主要来源

高压变频器与普通变频器最大的不同之处在于电压值的大小不同,高压变频器会产生强烈的信号干扰。电磁干扰对高压变频器产生较大干扰,主要从传导、电磁辐射、感应耦合三种途径产生。

（1）传导:通过传导途径产生的干扰强度较大,产生的电磁干扰表现为:与抵押网络相连的变频器产生干扰信号通过配电变压器传入中压网络,最终进入民用低压网络,导致电气设备受到电磁干扰而无法接收信号,造成变频器传输信号中断。（2）电磁辐射:变频器逆变桥的主要技术使变频器的脉冲宽度调制,当按照给定频率和复制产生预期的和重复开关模式时,会输出离散的电压和电流功率谱,造成高次谐波,对变频器产生干扰。（3）感应耦合:电力线路以及通信线路之间耦合产生电磁干扰。感应耦合在临近到县内产生感应电压或者感应电流,对变频器产生不利影响。感应耦合出现形式包括导体间电容耦合、电感耦合或者电容电感混合状态。

3.2 变频器抗干扰措施

（1）接地:由噪声引起的电磁干扰常采用接地方式进行调整。变频器接地方式常常采用多点接地、母线接地以及一点接地等方式。电力人员在采用接地方式时需根据实际需求,利用良好的接地控制噪声耦合,经接地改造后变频器抗干扰性得到明显提高。（2）隔离:隔离的目的是将变频器与其他线路相隔离,避免电磁干扰对其他正常电路造成干扰。通常情况下,可以利用电子检测仪器发现电路异常以后,然后对电路进行相应的改造处理,将干扰源与其他线路隔离开来,主要从电路上完成高压变频器的隔离处理。（3）屏蔽:在了解变频器干扰来源的情况下,直接对电磁干扰来源进行屏蔽处理。由于高压变频器结构的特殊性,屏蔽电磁干扰的关键在于对于信号线路的调整。（4）安装:高压变频器安装工艺的好坏直接影响着其性能的发挥,如果在安装环节出现错误将会直接损坏变频器的精密度,使其信号传递减弱。高压变频器的安装需要注意一下两方面:首先是安装温度,高压变频器的安装温度范围要控制在-10℃~50℃;其次是控制安装高度,变频器需安装在距离地面1000米的地方。（5）滤波:高压变频器时通过调整电机工作电源频率对交流电动机进行控制的,这样很容易在电源传输过程中出现谐波干扰。因此需对变频信号的传输进行过滤处理,这样便可提前检测异常信号,避免变频器受到电磁干扰。

4、结语

随着我国社会主义市场经济的快速发展,对电力能源的需求快速增长,电网规划成为电力改造中的重要内容。高压变频器作为主要调控装置被广泛应用,要针对其运行过程中出现的各类问题制定有效的防范措施,从而改善调控水平,保证变频装置安全可靠运行。

参考文献

电源变压器篇9

关键词：变压器  接地方式  分析

        1 变压器的零序保护配置

        变压器中性点零序过电流动作时先跳开中性点不接地变压器的保护方式，称为零序互跳。2台主变并列运行，1号主变中性点接地，当k2点发生接地故障时，1号主变中性点零序过流保护动作，第一时限跳2号主变高低压侧开关，k2故障点被隔离，1号主变恢复正常运行。如果故障点在k1处，当第一时限跳开2号主变后，零序过流保护第二时限跳本变压器，切除故障。零序互跳保护显而易见的缺点是：①有选择性切除故障的概率只有50%；②母线故障时没有选择性，会扩大停电范围；③零序过流保护时间整定必须和主变相间保护配合，对保护整定配合不利；④必须在2台变压器同时停运时才能进行互跳试验，条件苛刻，二次接线容易错误。

        2 统接线与保护配置特点

        110 kv系统接线特点是以放射状为主，以220 kv变电站为电源点，通过110 kv线路向各终端变电站辐射。110kv终端变电站则采用内桥接线或线路-变压器组接线方式，低压侧无电源。

        内桥接线变电站，在正常运行方式下，100母分开关不作为103和104线路的联络元件。因此，内桥接线变电站通常只有两种运行方式：1条线路带2台主变运行或2条线路各带1台变压器运行。在1线带2变运行方式下，2台主变只要有1台中性点接地即可，但必须由靠110kv供电线路侧的变压器中性点接地运行，这一点很重要。内桥接线变电站目前的变压器零序保护配置为：中性点零序电流保护第一时限跳100和900母分；第二时限跳本变压器；同时，变压器中性点装设棒间隙，但没有配置间隙ta以及开三角电压保护。

        为了节省投资、占地，节约110kv线路空中走廊等原因，新建设的110kv变电站较多采用线路-变压器组接线，而且1条线路可“t”接2台甚至3台变压器，变压器零序保护仅有中性点零序过电流保护，没有配置中性点间隙电流保护以及110kv tv开三角零序电压保护(主变110kv侧只有单相线路tv)。由于零序保护配置不够完整，在多台“t”接的线路-变压器组接线中，各变压器中性点仍全部接地运行。但是，变压器中性点全部接地运行对系统具有一定的负面影响。

        2.1 在部分线路或变压器检修、停运以及系统运行方式变化时，零序网络及零序阻抗值发生较大的变化，各支路零序电流大小及分布也会产生较大的变化。从保护整定配合出发，则要求保持变电站零序阻抗基本不变。

        2.2 在变压器投入运行或线路重合闸过程中，有时会使在同一线路上运行的中性点接地变压器产生由励磁涌流引起的，幅值较大而且衰减较慢，并带有较大直流分量的零序电流。较容易造成送电不成功或重合闸不成功。

        2.3 变压器中性点全部接地，使系统零序阻抗大幅度降低，由此造成不对称接地故障短路电流明显增大。因为雷击、不对称接地故障干扰二次设备，造成保护装置误动以及损坏通信设备的事故仍时有发生。因此，有效接地系统中应尽量采用部分变压器中性点接地方式，以限制单相接地短路电流，降低对通信系统的干扰。

        3 变压器零序保护存在的问题

        在有效接地系统中，变压器中性点对地偏移电压被限制在一定的水平，中性点间隙保护不会产生作用。配置间隙保护的目的，是为了防止非有效接地系统中零序电压升高对变压器绝缘造成的危害。只有当系统发生单相接地故障，有关的中性点直接接地变压器全部跳闸，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙才放电，以降低对地电压，避免对变压器绝缘造成危害。间隙击穿会产生截波，对变压器匝间绝缘不利，因此，在单相接地故障引起零序电压升高时，我们更希望由零序过电压保护完成切除变压器的任务。相反，间隙电流保护则存在一定程度的偶然性，可能因种种原因使间隙电流保护失去作用，从这个意义讲，对于保护变压器中性点绝缘而言，零序过电压保护比间隙电流保护更重要，零序过电压保护通常和间隙电流保护一起共同构成变压器中性点绝缘保护。所以仅设置间隙电流保护而没有零序过电压保护是不够完善的，特别是当间歇性击穿时，放电电流无法持续，间隙电流保护将不起作用。

        目前已经投运的110kv变电站，大多数只装设中性点棒间隙而没有相应的保护，这种配置有弊无利，当电网零序电压升高到接近额定相电压时，所有中性点不接地的变压器均同时感受到零序过电压。如果没有采用间隙过流保护的终端变压器中性点间隙抢先放电，当无法持续放电时，则带电源的中性点不接地变压器将无法脱离故障电网。因此，对于低压侧无电源的终端变压器，如果没有配置完整的间隙电流保护及零序过电压保护，应解除中性点棒间隙或人为增大间隙距离，避免间隙抢先放电。

        对于内桥接线的变电站，中性点接地变压器零序电流第一时限跳900和100母分不是最佳的方案。由于在低压侧并列运行时，跳900开关后多损失一段母线，同时中性点不接地变压器低压侧开关仍运行，在目前没有零序过电压保护的情况下，若因10kv转电等原因存在临时低压电源，则不接地变压器就存在过电压的危险。因此，在110kv侧已装设。

        首先是要确保110kv系统为有效接地系统。防止误操作是最根本的办法，保证电源端变压器110kv侧中性点有效接地。如果保护整定许可，可以将电源侧2台并列运行的变压器中性点同时接地。

        带电源变压器失去接地中性点后可能成为非有效接地系统，因此，对于电源端变压器或者将来可能带电源的变压器，在设计阶段就应考虑配置完整的中性点间隙保护，包括中性点零序过电流保护，中性点间隙电流保护以及母线开三角零序电压保护。

        在110kv馈出线路上，不论并接几台变压器，在电源侧中性点接地的情况下，各终端变压器中性点可以不接地运行。在实际运行中，为防止可能出现的不安全因素，可安排其中一台中性点接地，在选择接地中性点时，可按以下顺序考虑：首先选择低压侧临时带电源的变压器，其次考虑高压侧没有断路器的变压器，最后选择离电源端距离最短的变压器中性点接地即可。

        已经投入运行的大部分110kv终端变电站，由于目前尚未配置母线tv开三角零序电压保护以及中性点间隙电流保护，为避免中性点间隙抢先放电，应将原先装设的中性点棒间隙拆除或人为增大间隙距离。

电源变压器篇10

关键词：主变零升 问题 探讨

长期以来，基建调试中一直采用调用系统外电源的方法，实施对新建机组主变压器的零升试验。这种方法需要从系统隔离出一台专门用于试验的发电机组，且不说系统有没有这种可能及经济上是否可取，仅就将零升电源机组到被试变压器的通道从系统隔离出来，组织和协调工作的难度就已相当大。

1 主变压器零升试验的任务和目的及其分析

对新建机组的主变进行零升试验的任务和目的主要有下列几点：

（1）对主变进行零起升流试验。检查主变二次电流系统的正确性（甚至可包括检查发电机和高压厂变二次电流系统的正确性）；通过一次或多次零起升流试验检验主变差动保护的正确性（甚至可包括检查发电机和高压厂变差动保护的正确性）。

（2）对主变进行零起升压试验。检查主变二次电压系统的正确性（甚至可包括检查发电机和高压厂变二次电压系统的正确性）；检查发电机（或发电机－变压器组）同期系统的正确性。

（3）零升接线恢复系统运行后，用系统电源对主变压器进行全电压冲击试验，以考验主变压器耐冲击能力，检查主变压器绝缘情况；进行厂用电合环和备用电源自动切换试验。

以上试验中对主变进行零起升压试验，考验主变压器耐冲击能力，检查主变压器绝缘情况是调用系统外电源实施对主变压器零升试验的初衷，目的是在新机组整套启动前，及早发现主变压器的缺陷和隐患。

实际上目前建设单位和业主都要求对大型变压器进行局部放电试验，变压器局部放电的设备、技术和经验已相当成熟，对检查主变压器绝缘情况也很有效，而且该试验对发电机－变压器系统安装应具备的条件也比主变零升试验对安装应具备的条件宽松，因而可以更早地开展这项试验工作并发现主变压器的缺陷和隐患。另外，对于不设发电机开关的发电机－变压器组接线方式，正常运行是不会出现主变压器高压侧或低压侧受全电压冲击的情况的，变压器生产厂家一般也不同意进行主变压器全电压冲击试验，尤其是国外厂家，况且也可以通过厂用备用电源，经高压厂变对主变进行低压侧冲击试验来考验主变压器耐冲击能力，只不过主变高压侧承受的是感应电压．

对于厂用电切换试验只要通过有效手段能判别出备变、高压厂变和主变的接线组别符合设计，就可以通过厂用电A、B段经高压厂变合环模拟发电机并网后的厂用电合环和备用电源自动切换。检查主变、发电机和高压厂变二次电压系统的完整性可能通过对二次电压回路升压试验来完成。在通过厂用电A、B段经高压厂合环模拟发电机并网后的厂用电合环和备用电源自动切换（这时发电机出口母线已带电，且与系统电压同相位）的同时也可以检查主变、发电机和高压厂变二次电压系统的正确性以及发电机（或发电机－变压器组）同期系统的正确性。

检查主变、发电机和高压厂变二次电流系统的完整性可以通过对二次电流回路升流试验来完成。另外，大型发电机出口电流互感器一般直接安装在发电机出口瓷套上，而无法将发电机与其电流互感器隔离，这就使通过外电源对主变零起升流检查主变、发电机和高压厂变二次电流系统的正确性以及主变差动保护、发电机差动保护和发电机－变压器组差动保护无法实施，只有等待本机启动后才能进行。

上面的分析表明，采取调用系统外电源的方法来实施对新建机组主变压器的零升试验，其价值值得怀疑，或者说已经失去大部分意义，且费用大，组织协调工作量也很大。

2 主变零升试验部分目标实现的方法

最直接的办法是用本机启动时进行相应的试验，但这也带来了一个问题：大机组的电气整套启动调试本来就需要数10 h，再安排上述试验必然使这个时间更长，再加上基建调试过程中不可预见因素，这必然加重调试人员的疲劳，进而影响调试的质量和机组的安全。为此提出一个新的试验方法，即利用电厂现成的系统结构，用系统高压母线高压启／备变中压母线（A、B）高压厂变（A、B）发电机出线母线的试验接线方式，在系统电压下检查发－变组同期系统和中压系统同期的正确性，以及进行中压系统厂用电合环和备用电源自动切换试验，部分地实现主变零升时的电气试验项目，而主变的零升试验改在与发电机启动试验同时进行。

以嘉兴电厂一期工程为例，启动试验的一次系统见图1所示，具体实施方法如下：

（1）在高压启动／备用变压器（A、B）、高压厂变（A、B）和主变压器吊罩时，分别检查变压器的接线组别应符合系统设计，这些变压器安装完成后，用直流电池－万用表法再次确认变压器的接线组别符合系统设计，并对这些变压器以及变压器高低压侧系统的连接进行认相。通过上述一系列的检查，可以保证发电机－变压器组和厂用电源一次系统的正确性。

（2）检查发电机－变压器组一、二次设备按设计安装，并按有关标准和规程调整试验完备，有关的消防系统和临时消防实施已投用，具备启动投运条件。

（3）检查发－变组一次核相正确，绝缘良好。检查发－变组二次回路绝缘合格，电压回路无短路现象，电流回路无开路现象。

（4）检查发电机定子线圈出线与封闭母线可靠断开，定子线圈三相短路接地。检查主变压器低压侧与封闭母线可靠断开，主变压器低压侧三相短路接地；检查高压厂用变压器A高压侧与封闭母线可靠对接，高压厂用变用压器B高压侧与封闭母线可靠隔离；检查发－变组保护已全部投入。

（5）确认中压工作段A、B由备用电源供电。

（6）中压工作段A工作电源进线开关改运行，对高压厂变A进行冲击，记录冲击电流。检查发变组有关保护之电压回路相序、相位正确，电压指示正常；检查中压工作段A工作电源进线PT与工作段PT二次电压相序、相位正确，压差正常。检查中压同期装置工作正常、同步表指示正确；检查发电机PT和系统高压母线PT二次电压相序、相位正确，压差正常。检查发－变同期装置工作正常、同步表指示正确。

（7）中压工作段A工作电源进线开关改隔离位置后，用同样的方法对高压厂变B进行冲击并检查中压同期系统的正确性。

（8）将高压厂变B高压侧与封闭母线对接，中压工作段A工作电源进线开关改运行，使高压厂变（A、B）受电，检查中压同期系统正常后，中压工作段B工作电源进线开关改运行，实现中压工作段A、B合环，记录合环涌流。

（9）撤除发变差动保护跳中压B工作电源进线开关出口回路；确认中压备用电源具备供电条件；中压工作段A备用电源进线开关改热备用并投中压工作段备用电源自投开关；模拟发－变差动保护动作，中压工作段A工作电源进线开关跳闸，中压工作段A备用电源进线开关应能自投。

（10）同样的办法可以进行中压工作段A工作电源进线开关的合环及中压工作段B备用电源的自投试验。

3 在试验中应注意的几个问题

（1）试验前有关的二次电压回路应进行升压试验，二次电流回路应进行通流试验，以防止电压回路短路和电流回路开路。

（2）中压工作段A、B合环试验前，应将中压工作段IA、IB备用电源过流保护时间改为0s，保证合环时设备的安全。

（3）试验前，应在发电机电压互感器组和中压工作段A、B电压互感器二次开口三角处接3．5 A／40Ω电阻，以防止谐振过电压的发生。如有可能，应在发电机母线上额外加装一组避雷器。

（4）为使中压工作段A、B的残压满足备用电源自投的同期要求，在备用电源自投试验时，工作段IA、IB最好分别安排1～2台高压电机运行。

上述方法是在非正常的系统方式下进行的，所以一定要实测系统参数辅以计算为依据，同时要考虑不同工况下参数的变化，确定能否采用上述方法，防止因谐振过电压的发生而损坏设备．

如果制造厂家允许对主变压器进行全电压冲击试验，在主变压器局部放电试验确认无异常后，可以考虑对主变压器进行低压侧（高压侧承受感应电压）或高压侧（高压侧承受强迫电压）全电压冲击试验，以达到如下目的：考验主变压器耐冲击能力；通过主变压器高低压侧电压的同期性比较，进一步确认发电机－变压器组和厂用电源一次系统及发－变组同期系统的正确性。

4 结论