諧波抑制變壓器

諧波抑制變壓器是一種具有諧波抑制功能的變壓器。其主要由鐵心，一次繞組W1，二次繞組W2和W3組成。主要分為感應型諧波抑制變壓器和自藕型諧波抑制變壓器。感應型諧波抑制變壓器的負載繞組與濾波繞組沒有電的聯繫，濾波繞組純粹通過電磁感應原理產生與負載諧波電流方向相反的諧波電流。自耦型諧波抑制變壓器的二次繞組不僅有磁的聯繫，而且有電的聯繫，濾波器一端與負載有公共連線點，另一端連到二次繞組的抽頭位置。自耦型諧波抑制變壓器的濾波原理與感應型諧波抑制變壓器相似。

基本介紹

• 中文名：諧波抑制變壓器
• 外文名：Harmonic suppression transformer
• 類型：電力設備
• 作用：抑制諧波
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

基本結構

單相諧波抑制變壓器的基本結構如圖4.1 中(a)所示。圖4.1中 (a)，變壓器由鐵心，一次繞組WI，二次繞組W2和W3組成。Wl繞組接入電源，稱為電源繞組:W2繞組接入整流性負載，稱為負載繞組;W3繞組接入濾波器，稱為濾波繞組。負載繞組與濾波繞組的設計容量可以相同，也可以不同，其匝數根據需要選定。

圖4.1

按照兩個二次繞組之間是否有電的聯繫，可以構造出兩種基本類型的諧波抑制變壓器，本文稱之為感應型諧波抑制變壓器和自藕型諧波抑制變壓器，如圖4.1中 (b)和圖4.1中 (c)所示。感應型諧波抑制變壓器的負載繞組與濾波繞組沒有電的聯繫，濾波繞組純粹通過電磁感應原理產生與負載諧波電流方向相反的諧波電流。通過控制，使濾波繞組流過的諧波電流所產生的磁勢(安匝數)與負載繞組流過的諧波電流所產生的磁勢(安匝數)相互抵消，即濾波繞組與負載繞組的諧波磁勢相互平衡，使得電源繞組的諧波磁勢為0，一次繞組的諧波電流將為0，從而達到諧波治理的目的。自耦型諧波抑制變壓器的二次繞組不僅有磁的聯繫，而且有電的聯繫，濾波器一端與負載有公共連線點，另一端連到二次繞組的抽頭位置。自耦型諧波抑制變壓器的濾波原理與感應型諧波抑制變壓器。似。

構成方法

感應型諧波抑制變壓器的結構型式

感應型諧波抑制變壓器的結構型式分為無源型、有源型和混合型三種類型。無源感應型諧波抑制變壓器的濾波器由L-C濾波支路組成，可以是單調諧濾波器，也可以是雙調諧濾波器，或多個單調諧濾波支路的並聯，其濾波器結構簡單，成本低廉。有源感應型諧波抑制變壓器的濾波器為有源濾波器，其有源濾波器的容量一般較大，成本較高。混合感應型諧波抑制變壓器的濾波器為無源濾波器PF與有源濾波器APF相串聯，其有源濾波器的容量可以較小，成本介於無源與有源濾波器之間。

自耦型諧波抑制變壓器的結構型式

自耦型諧波抑制變壓器的結構型式也分為無源型、有源型和混合型三種類型，如圖4.3中（a）、（b）和（c）所示。

圖4.3

基本原理

(1)無源型

無源感應型諧波抑制變壓器的諧波模型如圖4.4 中(a )所示。圖4.4 中(a )，假定電源電壓中無諧波分量，諧波源作為電流源IS。處理，繞組W1, W2和W3的諧波電流.濾波器的諧波電流為場。

圖4.4

設變壓器一次側繞組Wl的諧波阻抗為Zln，二次側繞組嘰的諧波阻抗為及繞組W3的諧波阻抗為z3。濾波器的諧波阻抗為Zfn，其等效模型如圖4.4 中(b )所示。

(2)混合型

混合感應型諧波抑制變壓器的諧波模型如圖4.5中 (a)所示。圖4.5中 (a )，有源濾波器被控制為電流控制電壓源，採用檢測電源諧波電流的控制方式。其等效模型如圖4.5中 (b )所示。圖4.5中的K為有源濾波器的放大倍數。

圖4.5

技術特點

前面對諧波抑制變壓器的結構及原理進行了詳細的分析，由此可知該變壓器具有以下的技術特點:

1)諧波抑制變壓器的每相由3個繞組構成，即一次側電源繞組、二次側負載繞組和二次側濾波繞組。

2)二次側濾波繞組的等值阻抗按零阻抗設計，可使濾波器準確調諧在某次諧波的諧振點，從而獲得最佳的濾波效果。

3)兩個二次繞組應儘可能藕合緊密，應設法使這兩個繞組所產生的諧波磁勢相互平衡，以保證一次繞組的諧波電流接近於零。

4)在不採用有源濾波器的情況下，為使一次側繞組的諧波電流儘可能小，一次側繞組的等值阻抗應設計得稍大。

類型

根據上述諧波抑制變壓器的結構及原理分析，可以構造出各種實用的諧波抑制變壓器。本文從工程實際出發，構造出三種新型的無源藕合型諧波抑制變壓器，即諧波抑制平衡變壓器、諧波禁止變壓器和諧波抑制換流變壓器。

諧波抑制平衡變壓器

諧波抑制平衡變壓器主要套用於電氣化鐵路。它的一種結構即是多功能平衡變壓器，其二次繞組的三個引出端子接入三相濾波器，兩支臂繞組接入牽引負荷，其結構如圖4.9中 ( a）所示。星形一三角形接線三相變兩相和三相變三相平衡變壓器是另一種結構的諧波抑制平衡變壓器，其變壓器二次側的結構如圖4.9中（ b）所示。

圖4.9

諧波禁止變壓器

諧波禁止變壓器主要用於單相工頻電爐、冶金、化工等具有整流性負荷的場合。在系統容量很大的牽引供電系統，常採用單相變壓器作為電氣化鐵路供電的主變壓器，以節省成本，此時也可採用單相諧波禁止變壓器。採用無源L-C濾波器構成的單相諧波禁止變壓器。 按照諧波禁止變壓器原理，設計並製造了該變壓器模型(DG-16/2 )，其主要技術參數如下:

容量:16/16/11 (kVA)(三繞組變壓器)

電壓:2000/220/100 ( V )

電流:8/72.73/110 ( A )

諧波抑制換流變壓器

諧波抑制換流變壓器主要用於高壓直流輸電工程，用於代替傳統換流變壓器。完全相同，只是繞組連線次序不同，為的是使兩台三相換流變壓器的二次側線電壓相位相差30“角度，以便分別接到6脈波三相整流橋的交流側。兩個6脈波三相整流橋串聯連線，以構成12脈波整流電路，形成波紋較小的直流電流進行遠距離輸電。這種結構的外部特性相當於兩台三相Yy 12和Yd 11接法的換流變壓器。