隔離變壓器諧波耐受能力和濾波效果分析

1、隔離變壓器濾波能力和諧波耐受力的分析1、隔離變壓器分類1.1 、按輸入輸出接線方式分類：通常隔離變壓器根據(jù)輸出輸入接線方式不同可以分類為：Dyn， Dd，Ynyn， YNd，Dzn， ZNd， Ynzn，Znyn八大類，D或d表示三角接線，Y或y代表星形接線，Z或z代表曲折接線（英文表示：Zig/Zag 聯(lián)接），大寫(xiě)表示輸入，小寫(xiě)表示輸出，N或n表示中性點(diǎn)，通常隔離變壓器，尤其是UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房變壓器接線方式主要是： Dyn11, Dzn0 兩種。1.2、按輸出數(shù)量分類：?jiǎn)屋敵?，雙輸出，多輸出等等，通常隔離變壓器，尤其是UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房變壓器是單輸出變壓器， 對(duì)于十二脈整流變壓器或?yàn)V波

2、變壓器是雙輸出變壓器， 其接線方式是 Dyn11d0, 也就是說(shuō)，輸出有獨(dú)立隔離的兩組輸出，一組接線方式是Dyn 11,另一組是DdO,兩組輸出相位差為 30度，對(duì)于雙輸出或多輸出變壓器，實(shí)際應(yīng)用中必須盡可能保證各組負(fù)載盡量相等，否則其濾波效用大 大降低，但實(shí)際運(yùn)行中要保證各組輸出負(fù)載相等又很困難，基于這個(gè)原因，多組輸出隔離變壓器很少 在實(shí)際中應(yīng)用。2、K系數(shù)的涵義：2.1、K系數(shù)是諧波熱損耗的一個(gè)折算系數(shù)，通常從1到50，常選用：1、4、7、9、11、13、20、30，最經(jīng)常選用的是： 1、 4、 13、 20。2.2、對(duì)于供電和用電網(wǎng)絡(luò)的涵義：K系數(shù)代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中諧波的惡劣程度，K系

3、數(shù)越高，代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中諧波越惡劣，K=1代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中不含有任何諧波，全部為基波分量， UPS 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房的供電和用電網(wǎng)絡(luò)為： 13和20，K系數(shù)不隨負(fù)載率變化而變化，只和網(wǎng)絡(luò)諧波頻譜有關(guān)。2.3、 對(duì)于用電、供電和送電設(shè)備的涵義：K 系數(shù)代表設(shè)備耐受諧波的能力，K 系數(shù)越高，設(shè)備耐受諧 波能力越強(qiáng)， K=1 代表設(shè)備沒(méi)有設(shè)計(jì)耐受任何諧波的附加熱損耗的能力， 只能在基波工況中才能安全運(yùn) 行，設(shè)備耐受諧波的能力隨負(fù)載率提高而降低，因此，在供電網(wǎng)絡(luò)容量不受限制時(shí)，可以選用較大容量的設(shè)備，通過(guò)降低負(fù)載率有限度地提高K系數(shù)耐受諧波能力，但這只是一方面，許多生產(chǎn)廠家和用戶誤以為只要增大容

4、量就可以，這是一種對(duì)K系數(shù)耐受諧波能力的片面理解。3、K系數(shù)引用到變壓器中的目的：通常對(duì)K系數(shù)在任何供電、用電、送電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備均可加于引用，因而對(duì)于各不同類型變壓器，各不 同溫度等級(jí)變壓器，各不同絕緣等級(jí)變壓器中均可以加于引用，目的是為了提高變壓器的可靠性，當(dāng) 然，各不同類型變壓器，各不同溫度等級(jí)變壓器，各不同絕緣等級(jí)變壓器在同樣諧波工況中的耐受諧 波能力是不同的，最終確定該變壓器是否具有合適的抗諧波能力取決于該變壓器在設(shè)計(jì)諧波工況下運(yùn) 行的平均溫升和變壓器內(nèi)部最高溫度點(diǎn)，如果要在同樣的諧波工況下達(dá)到同樣的耐受諧波能力，設(shè)計(jì) 和制造成本差別也是非常大，對(duì)于干式變壓器，有些溫度、絕緣等級(jí)（如13

5、0度等級(jí)以下和B級(jí)絕緣等級(jí)以下）的變壓器和有些材料（低密度絕緣絲包線）制造的變壓器是K系數(shù)耐受能力無(wú)法達(dá)到 7以上，因而，UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房變壓器是不能選擇以上的變壓器。4、提高變壓器 K 系數(shù)耐受能力的主要辦法：4.1 、變壓器特殊設(shè)計(jì)，降低或消除變壓器自身對(duì)諧波敏感的因數(shù)；4.2、 選擇高溫等級(jí)的高密度絕緣漆包銅線（H級(jí)180度以上）；4.3、降低變壓器自身?yè)p耗，提高變壓器效率；4.4、 選擇具有濾波能力的變壓器，如Dzn0變壓器,和雙輸出變壓器 Dyn11dQ4.5 、在供電容量允許時(shí)適當(dāng)增大變壓器容量，降低設(shè)備使用負(fù)載率。5、Dyn11，Dzn0 ，Dyn11d0 隔離變壓器消除諧波

6、的能力分析和比較5.1 、Dyn11 變壓器：5.1.1 、 輸入電源的三次諧波被封閉在輸入三角繞組內(nèi)部，不會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端，但三次諧 波會(huì)對(duì)輸入繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，降低變壓器的 K 系數(shù)耐受能力。5.1.2 、 輸出負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波經(jīng)過(guò)輸出繞組，對(duì)輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，而且會(huì)通過(guò) 電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸入端，并在輸入繞組產(chǎn)生附加的諧波熱損耗，降低變壓器的 K 系數(shù)耐受能力。5.1.3 、輸入電源或輸出負(fù)載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有5,7,11 ，13，17,19 均會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)互相傳導(dǎo)，并在輸入輸出繞組中產(chǎn)生附加的諧波熱損耗，并反饋到電網(wǎng)，降低變壓器的K 系數(shù)耐受

7、能力。5.2 、Dzn0 變壓器：5.2.1 、 輸入電源的三次諧波封閉在輸入三角繞組內(nèi)部，不會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端，但三次諧波 會(huì)對(duì)輸入繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，降低變壓器的K 系數(shù)耐受能力。5.2.2 、 輸出負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波經(jīng)過(guò)輸出繞組，對(duì)輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，但由于輸出 繞組是曲折聯(lián)接，變壓器輸出繞組每柱（相）均有兩組方向相反數(shù)量基本相等的三次諧波電流通過(guò)， 電磁感應(yīng)得以基本抵消，因而不會(huì)感應(yīng)到輸入端，輸入繞組也不會(huì)產(chǎn)生附加的諧波熱損耗，由于UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房的負(fù)載產(chǎn)生的諧波主要為三次諧波（約百分四十以上），因此大大提高變壓器的K 系數(shù)耐受能力；如負(fù)載平衡和三相

8、電壓基本平衡時(shí)，變壓器零線上檢測(cè)到的零序電流比 Dyn11 變壓器零 線檢測(cè)的零序電流小很多，因而，同樣設(shè)計(jì)截面的零線銅排， Dzn0 變壓器零線銅排損耗小很多，同樣 大大提高變壓器的 K 系數(shù)耐受能力。5.2.3 、Dzn0 變壓器的零序阻抗很小，三次諧波電流是零序電流，因?yàn)樨?fù)載不平衡和三相電壓不平衡， 將會(huì)降低濾除三次諧波的比例，因而產(chǎn)生的三次諧波零序電流很容易通過(guò)輸出繞組中性點(diǎn)流入大地5.2.4 、輸入電源或輸出負(fù)載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有 5,7 ，17,19, 其中 5，17為負(fù)序電流， 7,19 為正序電流，均會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)互相傳導(dǎo)，并反饋到電網(wǎng)，但變壓器輸出繞組每柱（相）均有兩組

9、相 位差為 120*n-180 度，數(shù)量只有 Dyn11 變壓器百分五十八的諧波電流通過(guò)，電磁感應(yīng)矢量疊加后只有Dyn11變壓器的百分八十二，因此和Dyn11變壓器相比，這類型變壓器的5,7,17,19次諧波消除約百分二十，從而有效提高壓器的K系數(shù)耐受能力，經(jīng)驗(yàn)表明，K=13 Dz nO變壓器可以替代 K=20 Dy nil變壓器，變壓器成本可降低百分十以上。5.3、Dyn 11d0雙輸出變壓器：5.3.1 、 輸入電源的三次諧波封閉在輸入三角繞組內(nèi)部，不會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端，但三次諧波會(huì)對(duì)輸入繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，降低變壓器的K系數(shù)耐受能力。5.3.2 、 輸出負(fù)載產(chǎn)生的三次諧

10、波經(jīng)過(guò)輸出繞組，對(duì)輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，但由于輸出 繞組是雙繞組輸出，其中一組是三角接線，三次諧波被封閉在線圈內(nèi)部，不會(huì)感應(yīng)到輸入端；另一組 星形接線的輸出繞組， 由于負(fù)載再有一半， 感應(yīng)到輸入線圈的三次諧波也降低一半， 因此，對(duì)于 Dyn11dO 雙輸出變壓器在兩組輸出負(fù)載相等時(shí)，可以消除一半的三次諧波。5.3.3 、輸入電源或輸出負(fù)載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有 5,7,17,19，其中 5， 1 7為負(fù)序電流， 7,19為正序電流， 由于變壓器輸出為雙繞組輸出，在兩組負(fù)載相等情況下，5,17 負(fù)序諧波電流：每柱 （相）均有兩組相位差為 30*n（諧波次數(shù)）+30度=180度的奇次倍數(shù)（矢量方向相反），數(shù)量相等諧波電流通過(guò)，電磁感應(yīng)矢量疊加抵消；7,19 負(fù)序諧波電流：每柱（相）均有兩組相位差為30*n（諧波次數(shù)）-30度=180度的奇次倍數(shù)（矢量方向相反），數(shù)量相等諧波電流通過(guò)，電磁感應(yīng)矢量疊加抵消；因此，對(duì) 于Dyn 11d0雙輸