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,大寫表示輸入,小寫表示輸出,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:單輸出,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,對于十二脈整流變壓器或?yàn)V波變壓器是雙輸出變壓

2、器,其接線方式是Dyn11d0,也就是說,輸出有獨(dú)立隔離的兩組輸出,一組接線方式是Dyn11,另一組是Dd0,兩組輸出相位差為30度,對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系數(shù)越高,代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中諧波越惡劣,

3、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量就可以,這是一種對K系數(shù)耐受諧波能力的片面理解。3、K系數(shù)

4、引用到變壓器中的目的:通常對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,因而對于各不同類型變壓器,各不同溫度等級變壓器,各不同絕緣等級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,各不同溫度等級變壓器,各不同絕緣等級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,對于干式變壓器,有些溫度、絕緣等級(如130度等級以下和B級絕緣等級以下的變壓器和有些材料(低密度絕緣絲包線制造

5、的變壓器是K系數(shù)耐受能力無法達(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諧波敏感的因數(shù);4.2、選擇高溫等級的高密度絕緣漆包銅線(H級180度以上;4.3、降低變壓器自身損耗,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Dyn11d0;4.5、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)

6、部,不會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端,但三次諧波會對輸入繞組產(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)過輸出繞組,對輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗,而且會通過電磁感應(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均會通過電磁感應(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,不會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端,但三次諧波會

7、對輸入繞組產(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)過輸出繞組,對輸出繞組產(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,電磁感應(yīng)得以基本抵消,因而不會感應(yīng)到輸入端,輸入繞組也不會產(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)載平衡和三相電壓基本平衡時(shí),變壓器零線上檢測到的零序電流比Dyn11變壓器零線檢測的零序電流小很多,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

8、,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,均會通過電磁感應(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,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,

9、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=13Dzn0變壓器可以替代K=20Dyn11變壓器,變壓器成本可降低百分十以上。5.3、Dyn11d0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,不會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端,但三次諧波會對輸入繞組產(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)生的三次諧波經(jīng)過輸出繞組,對輸出繞組產(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,對于Dyn11d0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5,17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,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,電磁感應(yīng)矢量疊加抵消;因此,對于Dyn11d0雙輸出變壓