Dzn0隔離變壓器在不間斷電源中的應(yīng)用.docxVIP

1、第22卷第9期2021年9月電氣技術(shù)ElectricalEngineeringDznO隔離變壓器在不間斷電源中的應(yīng)用易龍強(qiáng)（科華數(shù)據(jù)股份有限公司，福建廈門361006）摘要DznO型隔離變壓器由于其相對(duì)相輸出特性被廣泛應(yīng)用于不間斷電源(UPS)等逆變輸出設(shè)計(jì)中。本文分析DznO型隔離變壓器的工作原理，給出DznO型隔離變壓器電壓、電流分最的理論計(jì)算方法，并利用仿真與實(shí)驗(yàn)論證分析結(jié)果，為該類型變壓器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供一種技術(shù)分析方法。關(guān)鍵詞：不間斷電源(UPS)；隔離變壓器；DznOApplicationofDznOisolationtransformerinuninterruptiblepowe

2、rsupplyYILongqiang(KehuaDataCo.,Ltd,Xiamen,Fujian361006)AbstractDznOisolationtransformeriswidelyusedinuninterruptiblepowersupply(UPS)inverteroutputdesignfortheelectricalisolationofloadbecauseofitsphasetophaseoutputcharacteristics.ThispaperanalyzestheworkingprincipleofDznOtypeisolationtransformer,giv

3、esthetheoreticalcalculationmethodofvoltageandcurrentofDznOtypeisolationtransformeranddemonstratestheanalysisresultsbysimulationandexperiment,whichprovidesatechnicalanalysismethodforthedesignandapplicationofthistypeoftransformer.Keywords：uninterrupiiblepowersupply(UPS);isolationtransformer;DznO0引言通常隔

4、離變壓器根據(jù)輸出聯(lián)結(jié)方式不同可以分為DynDdYnyn、YNdDzn、ZNd、Ynzn、Znyn八大類，其中，D或d表示三角形接線，Y或y表示星形接線，Z或z表示曲折形接線（即英文中的Zig/Zag聯(lián)結(jié)），N或n表示中性點(diǎn)，大寫表示輸入，小寫表示輸出。對(duì)于隔離變壓器，尤其是不間斷電源（unintcr-ruptiblepowersupply,UPS）系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房隔離變壓器，其聯(lián)結(jié)方式主要有Dynll和DznO兩種。相對(duì)于Dynll變壓器，DznO變壓器通過(guò)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)一、二次繞組線電壓具有同幅、同頻、同相的特點(diǎn)；此外，由于輸出繞組是曲折形聯(lián)結(jié)，對(duì)負(fù)載產(chǎn)生的高次諧波均有不同程度的隔離抑制作用。因此

5、，DznO隔離變壓器在UPS等電氣設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)用戶負(fù)載與一次電源之間的電氣隔離山氣本文針對(duì)DznO變壓器的原理，在理論分析其聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)與電壓矢量的基礎(chǔ)上，給出變壓器各相的定量計(jì)算方法，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的正確性。1DznO變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)與電壓矢量分析公司所產(chǎn)KR334OO型400kVAUPS系列產(chǎn)品所使用的DznO隔離變壓器電氣原理如圖I所示。其由一個(gè)三相一次繞組和兩個(gè)三相二次繞組組成。一次繞組與二次繞組的匝比為3:1,一次繞組48匝，兩個(gè)二次繞組16匝。一次繞組采用三角形聯(lián)結(jié)，兩個(gè)二次繞組z形聯(lián)結(jié)，并形成中性點(diǎn)輸出。根據(jù)圖I中電壓矢量方向繪制變壓器電壓矢量圖，可得變

6、壓器電壓矢量分析圖如圖2所示。圖2中：I）一、二次側(cè)各繞組電壓矢量關(guān)系如圖2（a）所示，二次側(cè)A相繞組電壓、無(wú)矢景:方向與一次側(cè)A相繞組電壓（Ab方向相同，大小為次繞組電壓的13/（因?yàn)橐?、二次繞組匝比為3:1）,B、C相同理。TI:48TX"a:次電壓矢量合成圖胞(a)一、二次側(cè)各繞組電壓矢量關(guān)系圖2DZ隔離變壓器電壓矢量分析2)根據(jù)二次繞組聯(lián)結(jié)方式，二次電壓矢量合成圖如圖2(b)所示，二次側(cè)a相電壓格n為二次繞組1電壓七減去二次繞組2電壓“的矢量和，B、C相同理。aC2電壓矢量關(guān)系定量分析設(shè)一次繞組線電壓矢量為成=妃0%c=UZT20UcMZI20根據(jù)變壓器二次繞組同名端關(guān)系與匝

7、比，可得(I)(I)(2)啊=3ca=1U2。(11<*i"a2=pAB=口匕。I3131«IS"b2Ubc=匕T204uc2=UCA=3UZ120根據(jù)變代器二次繞組連接蕓系，可得=u-u=rt/z-30lMaNalc2|j=u-u=f/Z-150)MbNbla2=U=*Z90"cNclb2I3最后，計(jì)算可得二次繞組線電壓為雄=nT6n=UZ0農(nóng)=/n_Nn=g幺崩20,=“-it=t/Z120"cacNaN(3)(4)(5)由此可見，該DznO變壓器一、二次繞組的線電壓具有同幅、同頻、同相性質(zhì)，這是DZ變壓器的特點(diǎn)，這為UPS逆變器輸出

8、進(jìn)行隔離在控制方面提供了便利。3DZ變壓器單相帶載電流分析由前面分析可知，DZ變壓器輸入、輸出相電壓、線電壓同幅、同相，因此可以斷定，在輸出帶三相對(duì)稱平衡負(fù)我的情況下，輸出相電流與輸入相電流完全相同(能量守恒)。對(duì)于變壓器單相帶載，例如A相帶載，即A相有電流值，B、C相電流值為零。此時(shí)分析一次電流可以按三相正、負(fù)、零序原理進(jìn)行計(jì)算，即此時(shí)二次側(cè)不平衡電流可以分解為正、負(fù)、零序三個(gè)對(duì)稱分量，由于零序電流分量不能通過(guò)三相變壓器，而正、負(fù)序電流分量又為對(duì)稱平衡分量。由前述分析可知，二次側(cè)對(duì)稱電流應(yīng)與一次側(cè)對(duì)稱分量完全相同。因此，此時(shí)一次電流大小為二次電流的正、負(fù)序電流分量在一次側(cè)所感應(yīng)電流大小之和。

9、定量計(jì)算分析，設(shè)A相帶載，B、C相空載，則有門ZZO1;一120IL°AD|；|I0420I(6)(6)LcJIL計(jì)算該矢量正、負(fù)、零序分量，可得回小固ip，。q莉歸=沁°(7)L。3|_JLcJ1/zoL式中，吧則一次電流為二仙矗正點(diǎn)分量/與負(fù)序分量/_在一次側(cè)感應(yīng)電流大小進(jìn)行合成，可得l1I/O11/01|*，。|*1801|/Z180LL3J(8)4DznO變壓器單相帶裁電流仿真分析根據(jù)DZ變壓器原理，利用Matlab構(gòu)造仿真模型，如圖3所示。仿真中A相獨(dú)立帶載，仿真電流值見表1。表1仿真電流值相別一次電流/A二次電流/AA相10.01015.02B相5.0060C相

10、5.0060仿真波形如圖4所示，由圖4可見，當(dāng)二次側(cè)A相單相帶載時(shí)，一次側(cè)三相產(chǎn)生輸入電流，且一次側(cè)B、C兩相電流幅值、相位一致，可見仿真結(jié)圖3仿真模型5實(shí)驗(yàn)通過(guò)理想DznO變壓器模型分析，進(jìn)一步開展DznO變壓器帶載實(shí)驗(yàn)。DznO變壓器硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)直接采用公司KR334OO型400kVAUPS為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),如圖5所示。UPS逆變輸出采用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)二電平三相半橋結(jié)構(gòu)，通過(guò)DznO變壓器隔離并輸出一根N線，濾波電容接至變壓器后端，經(jīng)過(guò)輸出接觸器及保險(xiǎn)絲，最后通過(guò)隔離開關(guān)輸出給負(fù)載供電。+宜流母線匚Q78x15000"8xl5OOOpFDzn（）隔肉變壓翠隔離開關(guān)AC69

11、0V/630A/4P借漏感變壓器400:400匚*l(X)()AIOWA115100()A接觸器保險(xiǎn)絲AC400V/AC690V/690A3l5Ax2圖5UPS逆變輸出變壓器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在UPS平臺(tái)測(cè)試變壓器時(shí)，由于逆變輸出為脈寬調(diào)制（PWM）波，為負(fù)載供電時(shí)需要掛接電容濾除PWM的高頻分量。因此，變壓器空載一次電流較大，該電流為PWM濾波電容電流，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2,實(shí)驗(yàn)波形如圖6所示。表2實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖6實(shí)驗(yàn)波形圖6中，通道I為主變一次側(cè)A相的輸入點(diǎn)與母線電容中的電壓波形（經(jīng)過(guò)RC濾波）；通道2為主變一次側(cè)A相的輸入電流波形。由于在變壓器上測(cè)試，變壓器二次側(cè)A、B、C三相實(shí)際掛接有濾波電容，因此輸入電

12、流值基本超前電壓90°o公司KR33400型400kVAUPS輸出功率因數(shù)0.9,即總輸出有功率功率360kW,單相滿a120kWo變壓器單相滿載輸入、輸出實(shí)驗(yàn)電流測(cè)試值見表3。表3變壓器單相滿載輸入、輸出實(shí)驗(yàn)電流測(cè)試值項(xiàng)目ABCA相滿我B、C空裁機(jī)器輸出電流有效值/A54700次電流有效值/A361.0128.0237.8B相滿載機(jī)器輸出電流有效值/A05450A、C空載一次電流有效值/A231.6362.2134.2C相滿載機(jī)器輸出電流有效值/A00548A、B空載一次電流有效值/A134.8235.6371.7前面分析理想變壓器時(shí)，并未考慮變壓器空載電流。實(shí)際變壓器空載時(shí)，由于

13、外接濾波電容，實(shí)際電流不能忽略。因此，必須將電容電流計(jì)算入內(nèi)?？紤]到實(shí)際空載輸入電流約為82.5A（三相空載電流平均值），滿載電流為546.7A（平均值）。標(biāo)幺化空載電流，則空載電流占滿載電流的15.1%,相位+90",即空載電容電流矢量為/尸在/匕為。參考計(jì)算式（8）,累計(jì)電容電流計(jì)算可得式中，考慮電容電流后，DznO變壓器各工況理論計(jì)算值見表4o'1Z0'1Z0IZOI4*Z-120+/.IIZ+1201+4IZ-120IZ+12011Z-1201IZ+120LJLJ-J2幻NOIZO=1I匕180'+0.151/Z9011Z-1201/Z18011Z+1

14、20j13J-0.684S2.76】0.216/Z-159.56(9)110.477Z-170.76IL表4變壓器單相滿載輸入、輸出修正理論電流計(jì)算值測(cè)試項(xiàng)目ABCA相滿載B、C空裁機(jī)器輸出電流有效值/A54700一次電流理論計(jì)算有效值/A371.4118.2257.1B相滿栽機(jī)器輸出電流有效值/A05450A、C空栽一次電流理論計(jì)算有效值/A256.2372.8117.7C相滿載機(jī)器輸出電流有效值/A00548A,B空載一次電流理論計(jì)算有效值/A118.4257.6374.8對(duì)比表3、表4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論修正數(shù)據(jù)可知,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析數(shù)據(jù)基本一致。6結(jié)論DznO變壓器由于一、二次繞組的輸入、

15、輸出線電壓同幅、同頻、同相，在UPS中得到了廣泛的應(yīng)用。本文在分析變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)弓的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析給出了DznO變壓器的定量計(jì)算方法，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析結(jié)果的正確性。本文為輸出需要電氣隔離的UPS等各類電源自帶隔離變壓器提供了一種分析思路與方法。參考文獻(xiàn)|1莊義國(guó).用隔離變壓器降低UPS輸出零地電壓的方法J.電氣技術(shù),2007,8(4):76-77.2朱正會(huì).隔離變壓器在電網(wǎng)中的應(yīng)用分析J.技術(shù)與應(yīng)用，2013(8):80-81,88.3錢少峰，陳國(guó)琦，周亮，等關(guān)于YynO型接線電力變壓器實(shí)際應(yīng)用的探討J1.電氣技術(shù).2014.15(5):123-125.|4魏彩霞，張淼，孫

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