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资料介绍

分裂绕组整流变压器

一、分裂绕组整流变压器的基本概念与结构特点

分裂绕组整流变压器是整流设备专用的特种电力变压器,它结合了分裂绕组变压器与整流变压器的技术特点,既能够满足整流电路对电能变换的需求,又具备分裂绕组带来的阻抗调节、限制短路电流、提升供电可靠性等优势,广泛应用于电化学、金属冶炼、轨道交通牵引供电、直流输电等需要大容量直流输出的工业领域。

从结构上看,分裂绕组整流变压器的核心特征在于二次侧采用分裂绕组结构,也就是将一个或者多个二次绕组拆分为两个额定容量、额定电压、电气参数完全一致的独立绕组,两个分裂绕组之间保持电气绝缘,分别连接独立的整流桥单元;一次侧通常为一个公共绕组,也有部分特殊工况下一次侧也采用分裂结构的设计。常见的结构形式主要分为两种:

1. 轴向分裂结构:两个分裂二次绕组沿变压器铁芯柱轴向上下排列,这种结构制造工艺相对简单,绝缘处理方便,两个分裂绕组的短路阻抗一致性更容易保证,是目前大容量分裂绕组整流变压器应用最多的结构形式。

2. 辐向分裂结构:两个分裂二次绕组沿铁芯柱辐向内外排列,一般内侧绕组靠近铁芯,外侧绕组远离铁芯,这种结构可以有效降低分裂阻抗,适合对短路阻抗要求较低的应用场景,但绝缘与制造工艺相对复杂,大容量场景下应用较少。

和普通整流变压器相比,分裂绕组整流变压器最突出的参数特性是存在三种不同的短路阻抗:一是穿越阻抗,指两个分裂二次绕组并联后,一次侧公共绕组与二次绕组整体之间的短路阻抗;二是半穿越阻抗,指其中一个分裂二次绕组短路、另一个分裂绕组开路时,一次侧公共绕组与工作分裂绕组之间的短路阻抗;三是分裂阻抗,指一个分裂二次绕组短路,另一个分裂二次绕组施加电压测得的阻抗,反映两个分裂绕组之间的电气隔离程度。分裂阻抗越大,两个分裂绕组带不同负荷时的相互影响越小,当其中一个整流支路发生故障时,对另一个支路的影响也更小,系统供电可靠性更高。

二、分裂绕组整流变压器的工作原理与技术优势

分裂绕组整流变压器的工作原理建立在普通整流变压器的基础之上,核心区别在于二次分裂绕组的电气特性设计。一次侧接入交流电网,通过电磁感应将电能传递到两个独立的二次分裂绕组,每个分裂绕组分别接入一组整流桥,两组整流桥可以根据需求选择并联运行、串联运行或者独立运行:并联运行时可以输出更大的直流电流,满足大容量电解、冶炼的需求;串联运行时可以提升输出直流电压,适应高压直流供电场景;独立运行时可以分别给两个不同的直流负荷供电,减少变压器台数,降低工程投资。

分裂绕组结构带来的技术优势主要体现在以下几个方面:

1. 有效限制短路电流,降低整流设备投资:当其中一个二次分裂绕组对应的整流支路发生短路故障时,由于分裂阻抗的存在,短路电流会被限制在较低水平,和普通单绕组整流变压器相比,短路电流幅值可以降低30%~50%。这使得工程中不需要额外配置大规格的限流电抗器,也可以选择短路电流耐受能力更低、价格更便宜的整流器件,有效降低整个整流系统的建设成本。

2. 减小整流谐波,提升电能质量:分裂绕组整流变压器可以通过设计不同的绕组连接组别,让两个分裂绕组输出的交流电压存在一定的相位差,通常为15°或者30°,两组整流桥并联运行后,输出直流中的特征谐波次数会大幅降低,网侧电流的谐波畸变率明显减小。例如常见的6脉波整流电路,采用分裂绕组实现12脉波整流后,5次、7次等低次谐波可以基本抵消,网侧谐波含量可以降低一半以上,不需要额外配置大容量的谐波治理装置,降低了系统运行损耗与治理成本。


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