改變變壓器聯(lián)接方式可消除某些特定次數(shù)的諧波

在系統(tǒng)中配置輸入一輸出不同聯(lián)接方式的變壓器，可消除某些特定次數(shù)的諧波。這在單相和三相輸入的UPS系統(tǒng)中都有成功的應(yīng)用。

(1)使用Δ型/Y型變壓器可消除3次諧波

當(dāng)前的計(jì)算機(jī)開關(guān)電源(SMPS)和其他單相整流輸入的設(shè)備(包括中小功率UPS)的輸入諧波電流以3n次為主，3次諧波是中線電流大的主要原因(見圖4-9)。如果在系統(tǒng)中配置Δ型/Y隔離變壓器，則可輕易地消除3次諧波電流的傳輸，如圖4-21所示。圖4-21中，變壓器次級(jí)是Y型接法，由于其負(fù)載主要是單相整流濾波電路，所以富含3n次諧波電流，且三相中的3次諧波電流(Ih3)在零線中疊加。而變壓器初級(jí)是(Δ)接法，3次諧波電流(I’h3)在人繞組中形成環(huán)流，于是，在變壓器的輸入端就消除了3n次諧波。

(2)相移變壓器與雙整流器

12脈沖整流器對(duì)降低UPS輸入電流諧波的作用，主電路如圖4-19(a)所示，這是對(duì)變壓器采用不同接法的最典型的應(yīng)用。變壓器初級(jí)是Δ接法，而次級(jí)是Δ型和Y型兩組繞組，這里巧妙地利用了兩組繞組形成的30。相位差，采用兩組整流橋使5次、7次、17次、19次…等諧波相互抵消，注入電網(wǎng)的只有12k±1(k為正整數(shù))次諧波，即11次、13次、23次、25次等諧波，各次諧波的有效值與諧波次數(shù)成反比，見公式(4-26)。

根據(jù)公式(4-26)，在不考慮輸入濾波器的情況下，可計(jì)算12脈沖整流時(shí)輸入電流的諧波失真度為:

約為6脈沖整流器THDI的1/2。

產(chǎn)生相移的方法有多種形式，圖4-22給出了常用的相移變壓器+雙整流器的三種形式。

圖4-22(a)是圖4-19的示意圖，這里用了一個(gè)三繞組變壓器。12脈沖整流可以消除輸入電流中的5次和7次諧波的關(guān)鍵是兩組整流電壓的相位差是30。。但是圖4-22(a)由一個(gè)變壓器輸出兩組不同接法的電壓，對(duì)于大功率變壓器兩繞組的電壓值和阻抗都不易做到很一致，運(yùn)行時(shí)存在負(fù)載不均衡的問題，需要通過可控硅和電抗器的調(diào)節(jié)來糾正這種偏差，從而導(dǎo)致兩個(gè)三相橋可控硅導(dǎo)通的相位差不能嚴(yán)格地保持30°變壓器的兩個(gè)次級(jí)繞組的匝比NY/NΔ為1/√3整數(shù)比為4/7(偏差1.04%)、7/12(偏差1.02%)、11/9(偏差0.27)。一般來說，變壓器的繞組阻抗是很低的，很小的電壓差別都會(huì)造成較大的電流不平衡。由此可見，要真正做到兩組繞組的次級(jí)電壓完全相同實(shí)際上是很不容易的。圖4-22(b)用了兩個(gè)變壓器，并分別進(jìn)行整流后疊加形成直流母線電壓，第一個(gè)變壓器是Δ/Δ型接法，初、次級(jí)電壓并不形成相位差，而第二個(gè)變壓器卻是Δ/Y型接法，初、次級(jí)電壓形成30°相位差。盡管兩個(gè)變壓器也有Y型連接和Δ型連接之分，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)變壓器的次級(jí)繞組的電壓趨于相等。再加上變壓器初級(jí)繞組電抗不是公用的，對(duì)電流的平衡有調(diào)節(jié)作用，更有利于使兩臺(tái)變壓器的電流平均分配。

圖4-22(c)則是用自耦式移相變壓器實(shí)現(xiàn)電壓30°的相移，由于該變壓器采用自藕結(jié)構(gòu)，輸出電壓幅值和相移都可以做到比較準(zhǔn)確。而重量、體積和成本都比前兩種形式好得多。另一路是通過電感直接輸入，加電感的目的是為了補(bǔ)償自耙變壓器的電感成分產(chǎn)生的附加相移，保證兩個(gè)整流器輸入電壓的相位差是準(zhǔn)確的30°

自耦式移相變壓器有幾種不同的接法，圖4-23是其中的一種接法。左面是變壓器繞組結(jié)構(gòu)圖。變壓器為三相芯式，初級(jí)繞組為Δ型接法，匝數(shù)為Np，次級(jí)是三個(gè)獨(dú)立的繞組，匝數(shù)為Ns。A、B、C三相輸入直接與相移120。的B、C、A相的次級(jí)繞組串聯(lián)后形成A'、B'、C'三相電壓。A、B、C三相輸入電壓直接進(jìn)入一組整流電路，而A'、B'、C'則進(jìn)入另一組整流電路。為了保證OA與OA'、OB與OB'、OC與OC'這三組電壓兩兩之間滿足幅值相等而相位差為30°的條件，就必須嚴(yán)格計(jì)算和配置Np與Ns的匝比關(guān)系。從圖4-23右面的相移關(guān)系可以看出，當(dāng)OA與OA’幅值相等而相位差為30°時(shí)，Np與Ns應(yīng)滿足下面的關(guān)系:

由于自耦變壓器只對(duì)一組整流供電，所以變壓器容量和成本較Δ/Δ—Y型變壓器(如圖4-22a)大幅度地減小了。