变抽头六相整流电路的分析
点击数：7616 次 录入时间：03-04 11:37:01 整理：http://www.55dianzi.com 电工技术
1 引言
舰船上直流负载常采用三相交流电源经整流桥供电[1]，在运行时向电网注入谐波电流，由此带来交流电网波形畸变和系统的传导、辐射干扰，使电力系统中某些设备不能正常工作甚至损坏。消除这种现象的一个有效的方法是使用有源相间电抗器[2]或增加整流的相数[3]，但这将增加装置的成本和体积。变抽头整流系统可以显著提高整流电源供电质量，而其结构仅仅是在传统整流器的基础上增加几个开关。文[4]、[5]对这种整流装置进行了初步分析，但是该文献研究的主电路及抽头换接器均采用晶闸管，增加了设备的成本并使装置的控制变得复杂，对其谐波含量及影响因素也没有进行全面 研究。本文在文[4]、[5]的基础上，对带有二极管变抽头均衡电抗器的3/6相变压器不可控整流系统进行了详细分析和实验研究。该项研究成果可用于正确设计三绕组变压器，解决变抽头匝数最优匹配问题，为设计高品质直流电源提供保证。合理选择参数，可使直流供电系统性能优越，更好满足电磁兼容性要求。该系统结构简单，运行可靠，技术性能优良，具有重要的军事和经济效益。
为使分析简化，引入以下假设：
（1）整流变压器输入为三相对称正弦电压源；
（2）直流侧负载串联电感足够大，可认为输出电流平直；
（3）二极管作为理想开关元件处理；
（4）电流换相过程可看成超瞬变过程，且设
发电机超瞬变电抗
。在此条件下可证明，发电机用正弦波电势和电抗
来加以等效；
（5）忽略发电机定子绕组、变压器及均衡电抗器电阻。
2 不计换相的变抽头六相整流电路
2.1 六相整流装置
图1所示为六相整流装置，主变压器为三绕组变压器，原边为Y联结，第二、三绕组分别为Y、D联接，2个副边绕组的交流线电压在相位上相差30º。为使整流桥的直流输出电压平衡，取3个绕组相对匝数比为
设图1电路中变压器原边相电压为式(1)所示，则变压器副边Y2与D3 两个对称三相绕组对应线电压构成六相对称交流电压输出。
2.2 变压器原边交流电流
如图1所示，Y2和D3整流后流向均衡电抗器的电流分别为id1、id2，由 id1+id2=Id和均衡电抗器的磁势平衡关系可得
式中 αm=NP/N0；N0为均衡电抗器的总匝数；NP为AP或AP'的匝数。
电流ia1关于纵轴对称故电流谐波仅有余弦项，根据傅氏分解可求得
分析各次谐波含量，如表1所示。和传统六相整流相比，变抽头六相整流的单次特征谐波幅值(12k±1次)大大减少，引入变抽头均衡电抗器后，可以证明，附加环流im以11、13次谐波为主要成份，并且与传统六相整流的11、13次谐波相位相反，从而减小了主要特征谐波(12k±1次)。衡量谐波干扰大小不但要考虑单次谐波幅值，而且要考虑综合作用即电流波形正弦性畸变率hTHD（以下记为hTHD）的大小。定义
式中 Im为扣除基波分量后电流有效值；I为基波分量有效值。
在不考虑换相影响时可算得传统六相整流变压器原边交流电流hTHD≈0.1507。而整流器带抽头换接器时原边电流hTHD和变抽头匝数比am的取值有关。表2列出了当am取不同值时相对应的交流电流hTHD，图3是hTHD-am关系图。从表2和图3可以发现hTHD有极小值约为0.0742，此时am≈0.2500，因此，均衡电抗器变抽头匝数比不能过小，也不能过大，在不考虑换相电抗影响时，匝数比应取am|最优值≈0.2500。
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