大功率整流系统运行损耗现场测试方法研究

Keywords
Rectified System, New Transformer, Inductive Filter, Operating Loss, Synchronously Measurement
大功率整流系统运行损耗现场测试方法研究
郑圣聚1，张志文2，李艳美2
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Hale Waihona Puke 中国恩菲工程技术有限公司，北京 湖南大学，长沙 Email: zhengsj@, hdzzw@, 531085913@
(2)
根据基尔霍夫电流定律(KCL)，可得到新型整流变压器各绕组的电流方程组如下：
I ba − n + I a − n I= ac − n I cb − n + I b − n = −n I ba I= I ac − n + I c − n cb − n I = amcm − n I bmam − n − I fa − n I cmbm − n − I fb − n bmam − n I= I= I amcm − n − I fc − n cmbm − n I ac − n + I ba − n + I cb − n = 0 0 I amcm − n + I bmam − n + I cmbm − n =
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大功率整流系统运行损耗现场测试方法研究
收稿日期：2014年6月27日；修回日期：2014年7月10日；录用日期：2014年7月16日
摘
要
提出一种大功率整流系统运行损耗的现场测试方法。该方法既适合常规整流机组，也适合由新型整流变 压器、感应滤波器和整流器构成的新型整流机组。介绍了新型整流系统的拓扑结构及其工作原理，给出 了现场测量各个部件运行损耗的方法。该方法利用多台高精度便携式电能质量分析仪对大功率整流机组 的各部件损耗进行同步测量，由此得到机组总效率和各部件效率。对某工业现场的工程样机进行了详细 的现场测试，验证了测试方法的正确性。
N N2 N − 1 I A− n Z n 21 − 3 I amcm − n Z 2 n U ac − n − N U A− n = N2 N2 1 N3 N2 N U amcm − n = I amcm − n Z n 23 − 1 I A− n Z 2 n − U ac − n − N3 N2 N2 N N N − 1 I B − n Z n 21 − 3 I bmam − n Z 2 n U ba − n − 2 U B − n = N N N 1 2 2 N N N U − 2U = − 3 I bmam − n Z n 23 − 1 I B − n Z 2 n ba − n N 3 bmam − n N2 N2 N N2 N U U − 1 I C − n Z n 21 − 3 I cmbm − n Z 2 n cb − n − N C − n = N N 2 1 2 N3 N2 N I cmbm − n Z n 23 − 1 I C − n Z 2 n − U cb − n − N U cmbm − n = N2 N2 3
Transmission and Distribution Engineering and Technology 输配电工程与技术, 2014, 3, 27-37 Published Online September 2014 in Hans. /journal/tdet /10.12677/tdet.2014.33005
2.1. 三绕组整流变压器
大功率整流系统中所用变压器为新型整流变压器，新型整流变压器与传统变压器相比，增加了一个 滤波绕组。其主要应用了谐波屏蔽的原理，在最接近谐波源的地方增加滤波绕组用以吸收谐波，以此提 高整流系统的功率因数。 12 脉波整流系统中的整流变压器为三绕组变压器，低压两个绕组分别为星形和三角形连接，各带一 套三相桥晶闸管整流，构成 12 脉波直流输出。其绕组连接方式如图 2 所示。 由多绕组变压器原理可以得到如式(1)所示的电压传递方程[6]。 式(1)中，阀侧绕组各参数均折算到网侧绕组，对于 3 绕组变压器，绕组阻抗分为两个绕组之间的短 路阻抗(如网侧绕组与阀侧负载绕组的短路阻抗 Z n 21 )及单各绕组具有漏抗特性的等值阻抗(网侧绕组的等 值短路阻抗 Z 2 n )，后者可以由短路阻抗间接计算得出，即： Z 2 h =
( Z h 21 + Z h 23 − Z h′13 )
2 ；滤波装置的阻抗
为 Z fan (A 相滤波支路)。这里，当 n=1 时表示基波情况，当 n 为大于 1 的整数时，表示谐波情况。
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大功率整流系统运行损耗现场测试方法研究
整流柜 调压+整流变压器 电源 直 流 负 载
感应滤波装置
Figure 1. Topology of the new high-power rectified system 图 1. 新型大功率整流系统拓扑图
Study on the Field Test Method of the Operating Losses for High-Power Rectified System
Shengju Zheng1, Zhiwen Zhang2, Yanmei Li2
China ENFI Engineering Corporation, Beijing Hunan University, Changsha Email: zhengsj@, hdzzw@, 531085913@
Abstract
A field test method of the operating losses for high-power rectified system is proposed. This method is suitable for not only conventional rectified unit, but also new rectified unit which is composed of the new rectified transformer, the inductive filter and the rectifier. The topology of the new rectified system and its principle are described. On-site measurement method of operation loss for each component is given. The method uses many high-precision & portable power quality analyzer to synchronously measure the various components loss of the high-power rectified unit. The overall efficiency of the unit and the efficiency of the various components can be calculated. A detailed field test result for an industrial site engineering prototype is given to verify the correctness of the test method.
(4)
式(3)、(4)共同表征了新型整流变压器在基波与谐波情况下的基本数学模型，基于此，可进一步研究 谐波传递数学模型。 将式(3)、(4)代入式(1)可得：
U ac − n U ac − n U ba − n U ba − n U cb − n U cb − n N N = − 1 I A− n Z n 21 − 3 I amcm − n Z 2 n N2 N2 N N N = − 3 I amcm − n Z n 23 − 1 I A− n Z 2 n + 2 ( I fa − n Z fan − I fc − n Z fcn ) N2 N2 N3 N N = − 1 I B − n Z n 21 − 3 I bmam − n Z 2 n N2 N2 N N N = − 3 I bmam − n Z n 23 − 1 I B − n Z 2 n + 2 ( − I fa − n Z fan + I fb − n Z fbn ) N2 N2 N3 = − N N1 I C − n Z n 21 − 3 I cmbm − n Z 2 n N2 N2
关键词
整流系统，新型变压器，感应滤波器，运行损耗，同步测试
1. 引言
大功率整流机组在电化学、冶金及轨道交通等领域取得了广泛应用。随着社会对节能减排和清洁能 源呼声的日益高涨，这些高能耗领域的企业对整流机组的效率和电能质量也更加关切，加上考虑到经济 运行，企业对整流机组及各部件的损耗及效率和电能质量测试需求也日趋强烈[1] [2]。 本文介绍了基于新型整流变压器的大功率整流系统，包括其拓扑结构及工作原理。结合某应用于实 际工业系统的大功率整流系统分析了测量和计算各部件损耗的方法。通过详细的现场测试，得出了新型 大功率整流系统的损耗，验证了测量方法的正确性，并间接证明了应用新型感应滤波技术的大功率整流 系统在工程上的优越性。
(3)
根据基尔霍夫电压定律(KVL)，可得到新型整流变压器滤波绕组及其配套滤波装置的电压方程组如下：
−U am − g − n + U bm − g − n U bmam − n = −U cm − g − n + U am − g − n U amcm − n = U −U bm − g − n + U cm − g − n cmbm − n = U am − g − n = I fa Z fan U = I fb Z fbn bm − g − n U cm − g − n = I fc Z fcn