12脈波整流變壓器結(jié)構(gòu)型式的選擇

　　摘 要：介紹了12脈波整流機(jī)組中整流變壓器兩種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)和在方案選擇中需要注意的問題。

　　關(guān)鍵詞：12脈波 整流變壓器 結(jié)構(gòu)型式

　　在大型的電化學(xué)或電冶金用直流電源系統(tǒng)中，同相逆并聯(lián)12脈波整流機(jī)組是組成24相、36相、48相整流系統(tǒng)的基本組成單元。12脈波整流機(jī)組主電路的連接型式有兩種方案：一種是由一臺(tái)整流變壓器與兩臺(tái)整流裝置組成的單機(jī)組12脈波整流電路（簡(jiǎn)稱“單機(jī)組12脈波整流電路”）；另一種是由置于同一油箱內(nèi)的兩臺(tái)完全獨(dú)立的整流變壓器與兩臺(tái)整流裝置組成的雙機(jī)組等值12脈波整流電路（簡(jiǎn)稱“等值12脈波整流電路”）。

　　上述兩種連接方式的整流電路，對(duì)12脈波整流輸出電壓（電流）波形的對(duì)稱性以及對(duì)網(wǎng)側(cè)諧波電流的影響是不同的，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員和用戶的注意。

　　1兩種連接方式對(duì)諧波電流的影響

　　理想情況下，12脈波整流電路運(yùn)行過程中，不會(huì)在網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生5次和7次諧波電流。但單機(jī)組12脈波整流電路，由于變壓器兩個(gè)閥側(cè)繞組的輸出電壓和阻抗不容易做到很一致，使得運(yùn)行時(shí)存在著嚴(yán)重的負(fù)荷分配不均的問題。需要通過晶閘管相控或飽和電抗器的勵(lì)磁調(diào)節(jié)來(lái)糾正這種偏差，從而導(dǎo)致二個(gè)三相橋晶閘管導(dǎo)通的相位差不能嚴(yán)格地保持為30°，使得網(wǎng)側(cè)仍然存在5次和7次諧波電流。

　　對(duì)于等值12脈波整流電路，由于變壓器兩個(gè)閥側(cè)繞組的輸出電壓和阻抗容易做到一致，而不會(huì)破壞12脈波的對(duì)稱性。

　　2閥側(cè)繞組之間負(fù)荷電流分配不均的問題

　　2.1單機(jī)組12脈波整流電路

　　單機(jī)組12脈波整流電路，其整流變壓器網(wǎng)側(cè)只有一組繞組，導(dǎo)致兩組閥側(cè)繞組間負(fù)荷分配不均的原因是Y接和△接這兩組繞組間匝比NY/N△偏離，彼此理想空載直流電壓Udio不相等，因此，負(fù)荷分配不可能平均。

　　整流變壓器閥側(cè)兩組繞組間的匝比NY/N△值接近的可取整數(shù)比為4/7（偏差1.04％）、7/12（偏差1.02％）、11/19（偏差0.27％）。由此可見，將NY/N△做成11/19，可使△Udio偏差減到最小，改善電流分配不均問題。但由于變壓器結(jié)構(gòu)上的合理性和制造方面（變壓器變比越大尤其如此）的原因，這樣的匝比實(shí)際上是不容易做到的。

　　對(duì)于三相橋式整流電路，整流變壓器閥側(cè)繞組間匝比NY/N△=4/7時(shí)，理想空載直流電壓之差△Udio=1.04％。但兩組整流器的負(fù)載電流分配卻相差很大。因?yàn)樽儔浩骶W(wǎng)側(cè)繞組的電抗X1＊為各整流橋公有，對(duì)整流橋間的負(fù)載電流分配沒有調(diào)節(jié)作用。負(fù)載電流分配完全取決于各組閥側(cè)繞組電抗值X2*=XY*＋X△*和閥側(cè)連接母線的電抗XM*。（其中XY*為Y形連接繞組的電抗值，X△*為△形連接繞組的電抗值）。根據(jù)有關(guān)資料計(jì)算結(jié)果表明：
當(dāng)變壓器二次電抗X△*=XY*=5％時(shí)，
IdY=0.2928Idn Id△=0.7072Idn
當(dāng)變壓器二次電抗X△*=XY*=10％時(shí)，
IdY=0.3964Idn Id△=0.6036Idn

　　由此可見，變壓器二次電抗數(shù)值愈小，負(fù)載分配相差就愈大。有實(shí)際例子可以證明這一點(diǎn)。蘭州有一用戶采用這種單機(jī)組12脈波二極管整流電路，投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)，其中一整流橋直流電流達(dá)到12000A（額定值）時(shí)，另一整流橋的直流電流只有4500A。導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行，后來(lái)被迫重新改造。

　　理論計(jì)算表明：增大整流變壓器二次電抗X2*=X△＊＋XY*，可以部分減小負(fù)載電流分配不均的問題。但完全依賴于增大X2*的值來(lái)彌補(bǔ)△Udio的影響是不切實(shí)際的。因?yàn)橐獙⒍�者（匝�?/7）的電流偏差△Id*限制到3％以下，則要求整流變壓器二次電抗X2*=X△*＋XY*達(dá)到69.3％。

　　由于整流變壓器閥側(cè)△連接的電壓U2△大于Y連接的電壓U2Y，設(shè)想在變壓器設(shè)計(jì)時(shí)可人為地使X△*比XY*大4.16％，則在額定運(yùn)行條件下，可以使二者的負(fù)載電流分配達(dá)到均衡。但由于整流變壓器閥側(cè)電抗可調(diào)整的只有變壓器內(nèi)部引線電抗和閥側(cè)母線電抗，可調(diào)節(jié)范圍很有限。而且，整流機(jī)組的負(fù)載率是隨生產(chǎn)工藝和備用機(jī)組的投切經(jīng)常變化的。所以，這樣的設(shè)想具有很大的局限性，實(shí)際上是做不到的。

　　將整流變壓器繞組按分裂式變壓器結(jié)構(gòu)（如軸向分裂）設(shè)計(jì)，增大繞組間阻抗，也有利于改善負(fù)載電流分配不均問題。但針對(duì)晶閘管整流器而言，可能存在著其它不利于晶閘管安全運(yùn)行的因素（下面另有分析說明）。

　　采用晶閘管整流器雖然可以對(duì)兩套閥側(cè)繞組的電流作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之達(dá)到均衡，但存在著其它不利于晶閘管整流器安全運(yùn)行的因素（下面另有分析說明）。

　　[$page]　　采用飽和電抗器進(jìn)行細(xì)調(diào)，能較好地解決二者負(fù)載電流分配不均問題。但也是有代價(jià)的。飽和電抗器占用的地方、增加的制造成本、本身的電耗和對(duì)功率因數(shù)的影響等都是不能忽略的。

　　2.2等值12脈波整流電路

　　對(duì)于等值12脈波整流電路來(lái)講，就不存在因△、Y連接引起負(fù)載電流分配不均的問題。在等值12脈波整流電路中，盡管其整流變壓器的網(wǎng)側(cè)也有Y形連接和△形連接之分，但由于變壓器網(wǎng)側(cè)繞組匝數(shù)比閥側(cè)繞組匝數(shù)多得多，將匝數(shù)之比做到接近1/是很容易的事。又因?yàn)閮膳_(tái)變壓器繞組的每匝電勢(shì)可以設(shè)計(jì)成不相等，完全可以使兩臺(tái)整流變壓器的閥側(cè)電壓U2Y=U2△、△Udio=0。再加上變壓器網(wǎng)側(cè)電抗X1*不是公共的，對(duì)電流分配有調(diào)節(jié)作用，完全可以使兩臺(tái)的負(fù)載電流達(dá)到均衡分配。

　　3兩臺(tái)晶閘管整流器之間的兼容問題

　　在12脈波整流電路中，整流主電路是由兩臺(tái)6脈波晶閘管整流橋組成的。二者之間的相位角（或控制延遲角）相差30°，由兩組完全獨(dú)立的閥側(cè)繞組供電。

　　整流裝置在運(yùn)行過程中會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)各點(diǎn)電壓波形產(chǎn)生畸變，干擾電網(wǎng)上其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。同理，電網(wǎng)的擾動(dòng)超過一定極限時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致整流裝置規(guī)定性能的下降，使其運(yùn)行中斷、甚至損壞。這就是整流器與所在電網(wǎng)的兼容性問題。按國(guó)標(biāo)GB10236－88的規(guī)定，兼容的含義是：第一，整流器對(duì)電網(wǎng)的干擾在電網(wǎng)的容許范圍之內(nèi)；第二，整流器接入電網(wǎng)后，整流器進(jìn)線上的電壓波動(dòng)、頻率、波形等參數(shù)的擾動(dòng)（包括其本身接入后引起的擾動(dòng)）應(yīng)低于所選整流器的抗電網(wǎng)干擾極限值。

　　按照國(guó)標(biāo)GB10236?88的規(guī)定，B級(jí)抗擾等級(jí)的整流器允許的換相缺口極限值是：最大深度為40％；最大寬度為30°；最大面積為最大深度與最大寬度之積的1/10，即40×30×0.1=120。換相缺口過大，會(huì)造成觸發(fā)失敗、誤觸發(fā)或整流器工作不穩(wěn)