許亞迪， 張路瑩， 鄭文青， 周麟坤

（山東科技大學(xué)， 山東 濟(jì)南 230031）

1 整流變壓器簡介

用于大型直流整流器應(yīng)用的變壓器實(shí)際上是一種整流器件。本應(yīng)用是變壓器和整流電路的組合，它具有在整流原邊后原邊輸入交流電和副邊輸出直流電的功能。整流電路是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路，通常由主電路、濾波器和變壓器組成[1]。大多數(shù)用于工業(yè)的整流直流電源通過整流變壓器和整流器設(shè)備從交流電網(wǎng)獲得。在這項(xiàng)研究中，將主要解釋基本原理、應(yīng)用和現(xiàn)有的技術(shù)問題。

2 整流變壓器工作原理

2.1 工作原理

整流變壓器的最大特點(diǎn)是次級電流而非正弦交流電。由于隨后的整流器部件的導(dǎo)通特性，每個相線以負(fù)載電流流動，并且單向脈動電流由濾波器裝置轉(zhuǎn)換為DC。整流變壓器的二次電壓和電流不光與容量連接組有關(guān)，而且與初級側(cè)交流電的質(zhì)量有關(guān)。以三相橋式整流電路為例，雙路反向帶平衡電抗器的整流電路在二次整流電路后不轉(zhuǎn)換所需的直流輸出電壓。所以，整流變壓器參數(shù)的計算一般是以整流線路為前提的，參數(shù)計算是從次要計算到主要計算[2-3]。

下面簡要介紹三相整流電路的工作。工業(yè)上使用的大功率直流電源主要是通過二極管或晶閘管整流三相正弦交流電獲得的。如圖1所示，三相交流電源通過一個三相變壓器進(jìn)行變壓，其二次星形連接與三相橋式電路a，b和c端子連接。圖1中的6個二極管分為兩組，第一組VT1、VT3和VT5是公共負(fù)極連接，而第二組VT2、VT4和VT6是公共正連接。之后，每組中的3個二極管或晶閘管導(dǎo)通。對于普通的負(fù)電極組，具有最高正電位的二極管或晶閘管導(dǎo)通；對于公共正極組，具有最低負(fù)極電位的二極管或晶閘管導(dǎo)通。同時，每組中只有一個二極管或晶閘管導(dǎo)通，另一個不導(dǎo)通。

圖1 變壓器的二次側(cè)（二極管）

2.2 應(yīng)用

大型直流整流變壓器廣泛應(yīng)用于照明、機(jī)床設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、整流裝置等各個行業(yè)。電化學(xué)工業(yè)應(yīng)用了大部分精餾，因?yàn)殡娊庥猩饘倩衔锷a(chǎn)鋁、鎂、銅和其他金屬。使用整流系統(tǒng)的變壓器占公司總用電量的80%左右[4]。

在電力系統(tǒng)應(yīng)用中，大型直流整流變壓器常用于直流輸電線路換流站，直流輸電系統(tǒng)的核心是完成交、直流轉(zhuǎn)換。直流輸電的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)高于交流輸電在高壓輸電中的經(jīng)濟(jì)效益。這種整流變壓器的電壓一般在110 kV以上，容量在幾萬千伏安，在使用中需要注意接地絕緣的交、直流疊加問題。大型直流整流變壓器將交流系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為換相電壓，并利用變壓器繞組的不同連接為兩個換相轉(zhuǎn)換器提供相同的幅度和相位差30°（基波電角度），實(shí)現(xiàn)12次脈動換向。它也是相互隔離的，以避免交流系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地和直流部分中性點(diǎn)的直接連接，這使得換相無法執(zhí)行[5]。

2.3 技術(shù)問題

由于變壓器中電力電子設(shè)備固有的非線性影響，在轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生大量諧波，對公共電網(wǎng)造成污染，嚴(yán)重危及電力和電力的供應(yīng)。在這種情況下，不僅會降低電網(wǎng)供電質(zhì)量，還會造成巨大的電力浪費(fèi)。因此，必須采取先進(jìn)的測量裝置，以確保供氣設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 結(jié)語

由于直流輸電的普及和大規(guī)模應(yīng)用，在電解工業(yè)中應(yīng)用了大量的直流電源，通過電解電解質(zhì)獲得化學(xué)元素。同時，使用大型直流整流器的變壓器大多用于直流輸電系統(tǒng)，用作換流站和負(fù)載終端。然而，在整流變壓器中，由于諧波的影響，會對電網(wǎng)和直流電的質(zhì)量產(chǎn)生影響。目前，通過改變布線方式和采用新材料，諧波效應(yīng)普遍降低?？傊?，整流變壓器的應(yīng)用越來越廣泛，各大高校和科研院所提供了一系列解決整流器系統(tǒng)諧波損耗、減振、降噪等重要問題的方法。