专利名称：一种高阻抗中频三相整流变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电除尘用变压设备，具体的说是一种高阻抗中频三相 整流变压器。
背景技术：
电除尘行业中要求除尘设备整流变压器输出高压恒流的直流电源， 主要是把市网电压经过升压变压器升至高压，然后通过硅整流器整流来实 现的，典型的案例如单相工频整流变压器、单相高频整流变及三相工频整 流变压器。
大功率的工频/高频单相电源往往会使电网输电不平衡，导致市网电
压幅值不平衡、谐波增多等不利因素；三相工频整流变解决了大功率的电 源对市网造成上述影响，但未能在成本上占很多的优势。近年来随着电力 电子器件及磁性材料等技术的发展和国家节能方面的号召，很多行业工作 者为了减小变压器成本和生产资源，在变压器传统设计的基础上应用电力 电子技术，尝试提高变压器的工作频率来缩小变压器的体积，试图来达到 减小成本的目的，例如单相高频整流变；但是很大程度地提高频率，例如 1000Hz以上，往往也加大对磁性材料及各种电子器件的设计要求，导致 生产工艺复杂化，设计难度加大，成本也没有想象中那样地降低。
中频三相整流变压器作为一个折中的办法， 一方面能够像三相工频 整流变那样实现电网输电平衡，另一方面也能够希望提高变压器的工作频 率来减小生产成本。这里所谓的"中频"是根据行业而言的，相对工频50Hz 要高，相对于1000Hz及以上频率的高频要低，大致范围为200Hz 600Hz， 在这个频率段工作的变压器易于实现电除尘电源对整流变的要求。
另外，我国电除尘行业中的变压器设计上可以参照电力变压器传统 的设计理论，有一个^f艮大的区别是电除尘行业中的变压器为了在除尘闪 络时抗冲击能力，阻抗电压一般很高，而提高阻抗电压也有利于较大的二
次电流输出。中阻抗值一般设计为25%~30%左右，且一4殳带有限流电抗 器约为10%~25°/。可调，常规的整流变短路阻抗8%~ 17%;高阻抗值一 般为35%及以上。虽然曾经有对高阻抗整流变有用铜量过多的缺点评价， 但随着设计者对二次优化技术的掌握及提高变压器工作频率后，可以解决 这个缺点。通过限流电抗器降低整流变在阻抗电压上的设计要求，但同时 也增加了一个器件，增大了变压器的体积。无限流电抗器意味着整流变将 承受整个35%以上阻抗电压，虽然耗铜量多，但是较有限流电抗器生产成 本要低、接线要简单。 一般有电抗器的整流变压器较为修长，没有电抗器 的整流变较为矮胖。
专利号为ZL 200520012921.6的中国实用新型专利公开了 一种用于电 除尘器的三相高压直流电源，包括输入辅助电路、可控硅移相电路、II取 样电路、三相硅整流变压器、阻尼电阻、接口电路和电源控制电路，输入 辅助电路、可控硅移相电路、Il取样电路、三相硅整流变压器和阻尼电阻 依次相连，接口电路一端与II取样电路、三相硅整流变压器中的二次电 流取样电路、二次电压取样电路连接， 一端与电源控制电路相连,该专利输 入辅助电路中使用了限流电抗器，接线复杂，成本高。
发明内容
本实用新型提供一种电网输电平衡、体积小、成本低的高阻抗中频三 相整流变压器。
传统变压器的短路阻抗设计一般参照洛果夫斯基计算公式
<formula>formula see original document page 4</formula>(i)
<formula>formula see original document page 4</formula>( 2 )
(1)式中4;r、。是常数，IN和UN变压器一次侧额定电流、额定电压 电气参数，这几个参数同一规格下是固定值；频率f、 一次绕组压数N、 洛式系数p,、等效漏磁面积ZD和高低压绕组平均高度Hu是变压器的结构 参数。(2)中OJ失芯磁通量。
由式(l),变压器的铁芯磁通量d^、频率f、匝数N固定的前提下，
要求变压器的性能由中阻抗达到高阻抗，必须实现ux oc ASD/Hxl ，因此 高阻抗Hw较小SD较大。所以， 一般说来有限流电抗器的整流变压器较为 修长，没有限流电抗器的整流变压器较为矮胖。
由式(2),提高频率f,在铁芯磁通量气一定的前提下，可以减小一 次绕组和二次绕组匝数，即可减小绕组所需铜的重量。
当然铁芯磁通量Om是铁芯有效截面积和所选变压器的工作磁密的乘 积。在铁芯磁通量0^固定的前提下，两者是成反比的，从设计成本上讲， 设计者希望铁芯的有效截面积越小越好，但是这样会导致工作磁密的上 升，导致噪声和温升^f艮难下降。
通过二次优化方法，调节变压器结构，主要是调整铁芯有效截面积及 工作磁密、高低压绕组的轴向厚度、径向厚度及平均高度，来达到足够的 漏感实现阻抗电压的要求。
总之，提高变压器的频率，在噪声和温升许可的范围下，可以减小铜、 硅钢片、变压器油等生产成本，相应国家节能生产的号召。
一种高阻抗中频三相整流变压器，包括低压绕组和高压绕组及整流器
组，三相交流电经过频率控制器接入低压绕组，高压绕组连接整流器组，
整流器组输出经采样电路测试后的直流高压电。
所述的频率控制器包括由辅助控制及其保护电路、三相桥式整流电 路、直流紋波无源滤波回路、三相桥式逆变电i 各及三相无源滤波回路组成 的主回路系统和数字信号控制芯片、辅助控制回路、高速采样测量电路、 IGBT器件驱动及其保护模块电路及数据图形显示、报警模块电路构成的 测控系统。
数字信号控制器基于先进的高速DSP芯片进行高速测量和PWM脉宽 调制控制，这里可选用TMS320F28以上系列的芯片，也可选用Motorola 系列单片机或CPLD、 FPGA等更高级的可编程逻辑门芯片；采用闭环PID 控制理论结合空间矢量控制算法，将市电电源交流-直流-交流方式转变为 频率为200Hz~ 600Hz三相交流电源，达到电源的变频调幅的作用。
本实用新型可通过通用1/0接口模块自适应控制和调节控制器获得所
需直流高压和电流，因此高压绕组和整流器组可不必接无励磁分接开关。
频率控制器输出频率为中频200Hz~ 600Hz。 200Hz~ 600Hz是介于 工频与高频之间的一个中频频率，可以减低高频率的因素对》兹性材料及各 种电子器件的设计要求和成本困难。
整流器组选用三相星形桥式整流；整流器组包括整流硅堆和反向击穿 的保护器件。整流器组输出电路上可串连连接有阻尼电阻。
本实用新型通过频率控制器，在选择200Hz ~ 600Hz范围内的一个频 率作为三相变压器的工作频率，达到使用三相工频整流变压器的电网输电 平衡效果。该设计没有使用限流电抗器，由整流变压器承受整个35%以上 阻抗电压，虽然耗铜量多，但是较有阻抗器的整流变压器生产成本要低、 接线要简单，变压器采用三相供电，使电力供电更为平衡。
图l是本实用新型电除尘用整流变压器电路原理图。 图2为本实用新型频率控制器电路组成原理方框图。
具体实施方式
如图l所示， 一种高阻抗中频整流变压器，包括三相变压器和整流器 组5,三相变压器和整流器组5均置于整流变压器箱体内，三相变压器包 括低压绕组2和高压绕组3。三相交流电经过频率控制器1接入三相变压 器输入端即低压绕组2,三相变压器输出端即高压绕组3连接整流器组5 连接，整流器组4输出经采样电路5测试后的直流高压电用于除尘电场7。
三相变压器绕组接线方式为铁芯结构，选用三柱式铁芯及多极式圆形 截面和A/Y-11接法，这样可以兼顾变压器》兹路、谐波、温升的因素。
整流器组5输出电路上串连连接有阻尼电阻6，整流器组4选用三相
星形桥式整流，整流器组4包括整流硅堆和反向击穿的保护器件。
如图2所示，频率控制器1包括由辅助控制及其保护电路、三相桥式 整流电路、直流紋波无源滤波回路、三相桥式逆变电路及三相无源滤波回
路组成的主回路系统和数字信号控制芯片、辅助控制回路、高速采样测量
电路、IGBT器件驱动及其保护模块电路及数据图形显示、报警模块电路 构成的测控系统；采用闭环PID控制理论结合空间矢量控制算法，实现市 电电源交流-直流-交流方式转变为频率为200Hz 600Hz三相交流电源， 达到电源的变频调幅的作用。
频率控制器1输出频率为200Hz时，通过变压器传统设计理论和二次 优化技术得到的最优值大致如下选用较高牌号低单位铁损的硅钢片，如 30QG100及更高牌号的硅钢片，工作磁密控制在1.5T~ 1.75T范围内，铁 芯采用5级斜接缝叠片式，有效截面积270mm2(合直径约65mm ~ 70mm )， 高低压绕组的径向厚度分别为35mm和50mm，平均高度约315mm，由整 流变压器承受整个35%以上阻抗电压达到设计目的。
整流变压器其他不变，频率控制器1输出频率为400Hz时，通过变压 器传统设计理论和二次优化技术得到的最优值大致如下选用较高牌号低 单位铁损的硅钢片，如27QG100及更高牌号的硅钢片，工作磁密控制在 1.0T 1.5T范围内，铁芯采用5级斜接缝叠片式，有效截面积230mmM合 直径约60mm ~ 65mm),高低压绕组的径向厚度分别为15mm和57.5mm, 平均高度约200mm，由整流变压器承受整个35°/。以上阻抗电压达到设计 目的。
整流变压器其他不变，频率控制器1输出频率为600Hz时，通过变压 器传统设计理论和二次优化技术得到的最优值大致如下铁芯材料选用非 晶材料、纳米晶材料或0.15mm 0.20mm硅钢薄带如DG3 DG6，两者都 对夹件等工艺和成本的要求很大，工作磁密控制在0.8T~ LOT范围内，铁 芯采用5级斜接缝叠片式，有效截面积230mm、合直径约70mm 75mm)， 高4氐压绕组的径向厚度分别为15mm和60mm,平均高度约160mm，由整 流变压器承受整个35%以上阻抗电压达到设计目的。
从以上三组数据上看，在相同的高阻抗前提下，频率的提高变压器占 地面积变化不大，而高度会变小，更加趋于矮胖型。但从工艺和成本综合 考虑，400Hz这个频率相对比较合理。
权利要求1、一种高阻抗中频三相整流变压器，包括低压绕组(2)和高压绕组(3)及整流器组(5)，其特征在于三相交流电经过频率控制器(1)接入低压绕组(2)，高压绕组(3)连接整流器组(4)，整流器组(4)输出经采样电路(5)测试后的直流高压电。
2、 如权利要求1所述的高阻抗中频三相整流变压器，其特征在于 所述的频率控制器(1)包括由辅助控制及其保护电路、三相桥式整流电 路、直流紋波无源滤波回路、三相桥式逆变电路及三相无源滤波回路组成 的主回路系统和数字信号控制器、辅助控制回路、高速采样测量电路、 IGBT器件驱动及其保护模块电路及数据图形显示、报警模块电路构成的 测控系统；数字信号控制器采用闭环PID控制理论结合空间矢量控制算 法。
3、 如权利要求1或2所述的高阻抗中频三相整流变压器，其特征在 于所述的频率控制器(1)输出频率为200Hz~ 600Hz。
4、 如权利要求3所述的高阻抗中频三相整流变压器，其特征在于 所述的频率控制器(1 )输出频率为400Hz。
5、 如权利要求1所述的高阻抗中频三相整流变压器，其特征在于 所述的整流器组(4)输出电路上串连接有阻尼电阻(6)。
专利摘要本实用新型涉及一种电除尘用整流变压器，包括低压绕组和高压绕组及整流器组，三相交流电经过频率控制器接入低压绕组，高压绕组连接整流器组，整流器组输出经采样电路测试后的直流高压电。本实用新型通过频率控制器，在选择200Hz～600Hz范围内的一个频率作为三相变压器的工作频率，达到使用三相工频整流变压器的电网输电平衡效果。该设计没有使用电抗器，由整流变压器承受整个35％以上阻抗电压，虽然铜材料占成本比重增大，但是较有阻抗器整流变压器生产成本要低、接线要简单。
文档编号H02M5/02GK201194371SQ20082008703
公开日2009年2月11日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者周承鸣, 宋荣群 申请人:浙江佳环电子有限公司