1 引言
高壓變頻調速技術近年來發(fā)展很快，在能源緊缺、環(huán)境問題日益嚴重的今天，節(jié)能減排已經(jīng)有了量化的考核指標。中壓電機的調速方式改為變頻調速，已經(jīng)作為通用節(jié)能技術在“十一·五”將加以重點推廣。電動機的轉速n與電源頻率f、轉差率s、電機極對數(shù)p的關系為n=60f（1－s）/p，由于n與f之間為線性關系，這種調速具有無級、寬范圍的特點，而且在調速過程中不存在勵磁滑差和節(jié)流作用帶來的功率損失。有資料統(tǒng)計，通過變頻調速，效果可達30%以上。
2 h級干式整流變壓器更適合于高壓變頻器
由于高壓變頻器的拓撲結構目前呈現(xiàn)多樣化，以(原asirobicon)技術為代表的級聯(lián)式多重化技術，基本可以做到完美無諧波，它采用整流變壓器將多個低壓模塊疊加(串聯(lián))而形成高壓輸出，功率器件采用igbt，目前國內絕大多數(shù)高壓變頻器廠家都是采用這種技術，也包括日本的東芝、三菱、日立公司等。abb公司的acs5000系列變頻器是三電平拓樸結構，36脈波的整流變壓器共有6個移相組，每2個移相組為一個變頻單元供電，功率器件為igct，abb還有一種變頻器采用12脈波整流逆變技術，其變壓器采用三繞組形式。以ab(rockwell)為代表的18脈波整流逆變技術，不同于asirobicon和abb，其需要整流變壓器采用三分裂形式。
高壓變頻器是一個成套設備，有變壓器單元柜、功率單元柜、控制單元柜組成，還有的帶有旁路柜等。由于整流變壓器是放在柜內，需要變壓器的耐熱等級高、散熱好、過載能力強。
h級干式整流變壓器耐溫等級為180℃，主要絕緣材料為nomex紙，該絕緣紙是美國杜邦公司的專利產(chǎn)品，是一種以芳香酰胺纖維為基礎的合成絕緣材料，本身為c級，耐溫在220℃。nomex紙還有許多優(yōu)點，是極佳的電氣絕緣材料，用其制造的變壓器可以防潮、阻燃，對環(huán)境適應性好，而且變壓器尺寸緊湊，占用空間小，變壓器抗冷熱沖擊、抗短路能力、抗過電壓能力均好于其它類型變壓器。特別是h級整流變壓器的制造工藝和產(chǎn)品結構特點，對于需要多個抽頭，結構復雜的多個移相繞組的整流變壓器來說，具有非常明顯的優(yōu)勢，使其制造加工周期短、成本低、真空壓力浸漬(vip)后繞組剛性好、機械強度得到保證，同時，由于有漆膜覆蓋在絕緣材料表面，提高了的防潮能力。
3 多重化技術通過變壓器得以實現(xiàn)
完美無諧波變頻器是通過整流變壓器的多個移相組將各二次繞組形成相位差, 各移相組分別為相應的功率單元供電, 實現(xiàn)了輸入多重化功效，在這些單元內完成整流、逆變、變頻，然后再進行疊加。有了多個移相，就可以消除各單元產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的污染，這就是完美無諧波變頻器的基本工作原理。整流變壓器作為這一技術的重要配角，是伴隨高壓變頻器的出現(xiàn)而得到迅速發(fā)展。根據(jù)變頻器單元數(shù)和電壓等級的不同，移相整流變壓器輸出繞組數(shù)和電壓也不同，3kv的多采用3級，移相分為0°、±20°，每移相組電壓為630v； 6kv的多采用6級，移相分為±5°、±15°、±25°，每移相組電壓為630v；也有采用5級或7級，5級時移相角為0°、±12°、±24°，電壓為710v；7級時移相角為0°、±8.57°、±17.14°、±25.71°，電壓為490v；10kv的多采用8級，移相分為±3.75°、±11.25°、±18.75°、±26.25°，每移相組電壓為720v，也有采用9級和10級等。
理論上講，級數(shù)越多，變壓器輸入側的諧波越少，對電網(wǎng)的污染越小，但級數(shù)多，高壓變頻器的功率單元就多，增加了制造成本，所以上述級數(shù)是各變頻器廠家普遍采用的。abb的acs5000變頻器所需變壓器在結構上要與上述的簡化一些；12脈波和18脈波的整流變壓器多采用分裂方式，適用于abb和ab公司的高壓變頻器。
4 各變頻器廠家的整流變壓器結構差異
由于各變頻器廠家技術和安裝方式的不同，整流變壓器在結構上有較大差異，分別有以下幾種；
(1)以西門子（原asirobicon）為代表的整流變壓器采用兩種結構形式。小容量采用立式結構，變壓器設計緊湊、占空小、工藝性好、機械強度高、散熱好、過載能力強。大容量采用常規(guī)的臥式，便于制造和安裝使用。
(2)北京利德華福電氣技術有限公司的整流變壓器采用常規(guī)的臥式結構。有集中的端子板，布置在變壓器的左側或右側，便于接線。各移相組采用沿邊三角形移相，角內封角線用nzb型紙包電磁線。
(3)以廣東明陽龍源電力電子有限公司和湖北三環(huán)發(fā)展股份有限公司為代表的幾家變頻器廠家，在變壓器結構上與北京利德華福電氣技術有限公司的整流變壓器基本類似，只是在變壓器上增設了擋風板。
(4)東方日立（成都）電控設備有限公司的變壓器移相組封角線采用耐高溫150℃、耐壓7500v的電纜，擋風板設置在上部三分之一處。
(5)日本東芝公司的變壓器要求采用方線圈結構，以減小寬度方向尺寸，底部配置小車輪，便于現(xiàn)場安裝移動。各移相組的接線用端子集中布置在變壓器的左或右邊。
(6)abb和ab公司配套用的12脈波和18脈波整流變壓器。
(7)對整流變壓器附件的要求
一般對于整流變壓器附件的要求為配風機和溫控器，溫度傳感器多采用pt100探頭，該探頭埋設在變壓器的最熱點，通過它向溫控器或溫控箱傳遞溫度信號，溫控器三相巡顯溫度。溫控器設置3個控制點，分別起動風機、過溫報警、超溫跳閘功能。有廠家要求埋設帶有常閉觸點的溫度開關，直接通過溫度開關提供溫度信號控制變頻器的運行和停止。12脈波和18脈波的變壓器基本帶有不同防護等級的外殼，可與變頻器分開放置。
5 整流變壓器系列化進程
根據(jù)中壓電機的功率和電壓等級，變頻器所需整流變壓器已逐步系列化。作為一個新的系列產(chǎn)品，目前尚未有針對性的性能標準，變壓器行業(yè)有個變流變壓器的專業(yè)標準jb/t8636-1997，干式變壓器的國家標準gb6450-1999可以作為通用標準部分采用。針對各變頻器廠家都分別有一套具體的技術要求，來指導變壓器的生產(chǎn)和設計。目前這類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是向單臺大容量如6000kva以上，不同的使用場合如高海拔、濕熱地區(qū)、海洋平臺、以及電源頻率為60hz的國家等。
6 整流變壓器的市場集中度較高
由于中壓電機是重要的被控對象，要求變頻調速系統(tǒng)相當可靠，也就對整流變壓器的可靠性提出了很高的要求。變頻器廠家在選擇變壓器配套生產(chǎn)廠家時，首先看業(yè)績，然后再看硬件。這類變壓器在電磁計算和結構設計中，有許多與普通變壓器不同之處，與其它整流變壓器相比，也有不少特殊的地方，例如如何在多諧波含量的情況下保證變壓器的熱點溫升符合絕緣等級的要求；又如何通過二次阻抗的計算來減少諧波電流；制造過程中怎樣將看似錯綜復雜的二次出線布置得有條不紊，以保證各部分絕緣水平等等，都是需要認真解決的重要問題。所以，生產(chǎn)整流變壓器這一產(chǎn)品的入門坎較高，目前國內市場主要集中在3~4家變壓器廠家。其中，上海昊德電氣有限公司進入這一領域較早，技術已經(jīng)成熟、質量比較穩(wěn)定、產(chǎn)能提升較快，市場占有率接近60%，年生產(chǎn)各種整流變壓器達600~800臺，有十幾家高壓變頻器公司與其配套，單臺最大容量已經(jīng)做到7000kva，電源頻率也可做到60hz，電壓等級覆蓋了10kv級以下中壓各個等級，并與接在電機出口電壓13.8kv的變頻器配套過整流變壓器。上海昊德電氣有限公司在這類產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)方面有自主知識產(chǎn)權，擁有多個專利技術。
7 結束語
移相整流變壓器與高科技節(jié)能產(chǎn)品—高壓變頻器配套，使得其本身也具有了高科技的概念，發(fā)展的前景很好。又由于從事這類產(chǎn)品的技術人員不多，在產(chǎn)品的設計計算方面還有許多課題需要進一步理論研究，如漏磁場、溫度場、諧波含量、二次阻抗、更大容量的產(chǎn)品冷卻散熱方式、多種移相方式、多種結構形式等。都是要在近期盡快解決的重要問題，通過努力，我公司一定會交出優(yōu)秀的答卷的。
作者簡介
李登峰（1964-） 男 上海昊德電氣有限公司總工程師，1985年畢業(yè)于湖南大學電機專業(yè)，工學學士，長期從事變壓器設計和制造技術研究工作。
參考文獻
[1] 李登峰. 高壓變頻裝置配套用移相整流變壓器. 變頻器世界, 2006(10)
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