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1、多重逆变器由多个基本三相逆变桥并联而成,而逆变桥之间必须接有平衡电抗器,以平衡各逆变桥输出电压,提高逆变桥的利用率,减少各逆变桥容量。对大功率逆变器来说,平衡电抗器的存在对减少逆变器体积、降低造价不利。为此,提出了采用磁集成技术,将平衡电抗器与变压器集成于一体1,2,采用基于稳态非线性有限元法,对该牵引变压器各相间漏抗进行三维有限元分析和计算,并与现场经过各相短路试验得到的变压器等效漏抗值进行对比分析。1 系统原理分析1.1 电路结构 高压、大功率电压源型逆变器多采用门极可关断晶闸管作功率元件,输出电压多为方波。方波电压、电流含有较多的低次谐波,严重影响输出特性,如用于交流电机供电,会使电机附
2、加损耗增加,效率降低,运行功率因数恶化,产生谐波转矩,引起噪声与振动等 磁件结构 磁件型号采用ArkadiyKats所提出的E型磁芯组合方法,如图2所示4。通过变压器与电感的集成实现漏感的控制。变压器绕组联接方式为Ddyny5,变压器一次侧绕组为轴向双分裂形式,并均为三角形联结,彼此独立运行,即当某一高压侧发生临时故障的时候,另一方能继续工作运行。二次侧绕组为星型联结。磁芯Ac,Bc被组合使用,变压器的一次绕组在Ac和Bc2副磁芯上,二次绕组仅在磁芯Ac上,使变压器的漏感集中到一次侧,通过调节磁芯Bc的气隙可精确控制漏感的大小,变压器一次侧充当多重同步逆变系统中逆变桥之间平衡电感LP的作用,以
3、消除各个逆变桥间的电压钳位,使各个逆变桥同时工作,降低通过晶闸管的平均电流,提高其利用率,减小换相电流对功率元件的冲击损害,并起到合成波形的作用,从而减小逆变器的体积和降低造价;变压器副方等效电感LS与正弦滤波器构成低通谐振电路,以改善输出电压波形,提高输出动态性能。稳态非线性法 有限元法中的稳态非线性法5能够很好地求解变压器的漏磁场。其主要特点有:可以较为真实地反应磁芯材料磁化曲线的非线性变化,利用函数进行迭代求解,从而能够较正确地反应实验情况下磁芯中磁通密度的分布情况;能够通过漏磁场能量计算出变压器各绕组间的等效电感,计算值与实验得出的等效电感值非常接近;计算时间短,迭代收敛精度较高,方便
4、进行多项仿真任务。仿真数值与现场进行的变压器短路试验所测各相之间的等效电感值非常接近,具体数值见表2,其中高压对低压间的等效电感值测试允许误差为30%0%,表明采用三维有限元稳态非线性法可以快捷、准确地计算出各绕组之间的等效电感值,从而为该类型的磁集成地铁变压器的参数设计提供技术支持。(1)该种地铁牵引变压器通过采用高压绕组轴向双分裂以及磁集成技术,实现了单台变压器应用于12脉波二重PWM逆变电路。 (2)仿真计算得出的变压器两高压绕组之间的电感值5.56mH和现场实验值5.166mH基本吻合,该等效电感值远大于系统理论所需的平衡电感设计值2.11mH,从而大大减少了逆变器的体积和造价。 (3)采用磁集成技术能使逆变电路换相电流降低,趋于零电流,可降低变压器噪音和震动,并能提高输出动态性能,具有广阔的应用前景。 /
