移相变压器消除谐波电流的原理和工作机制

为了分析移相变压器消除谐波电流的原理，下面以12脉波整流器为例如图2-10所示，变压器二次侧有两个绕组，利用二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30°，从而使输出整流电压U_dc在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路称为12脉波整流电路。如图2-10所示，变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法，移相角分别为和φ△=30°，构成相位相差30°、大小相等的两组电压，与相互串联的2组整流桥联接，设移相变压器电压比为。

图2-10 12脉波整流电路

移相变压器二次绕组的线电流为

由于变压器二次侧的接绕组相对于一次侧的移相角为，因此，电流折算到一次侧后，所有谐波电流的相角保持不变，折算到一次侧后的电流为

而变压器二次侧的△接绕组相对于一次侧的移相角为φ_△=30°，因此，电流i_a△折算到一次侧后，所有的谐波电流将相移，相移角为

式中，∠i′_an和∠i_an分别为n次谐波电流i′_an和i_an的相角。根据式（2-24）移相变压器二次谐波电流与折算到一次侧后电流之间的相角关系，可得折算到一次侧后的电流i′_a△为

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式中，φ_△=30°。

一次线电流i_A为

式中，电流和i_a△的5、7、17和19次谐波均相差180°，因此可以相互抵消。

图2-11所示为图2-10的12脉波串联型二极管整流器电流的谐波频谱。在图2-11a和图2-11b中可见均含有5次和7次谐波，但这些谐波通过移相变压器可以相互抵消，因此，在图2-11c中5次和7次谐波几乎被消除。

对于N单元串联的高压变频器，输入变压器共需3N个二次绕组采用延边三角形联结，依次相差π/（3N）电角度给3N个单元供电，整流电路脉波数为6N。各单元整流电流折算到变压器一次侧，输入电流中谐波为6Nk±1（k=1、2、3…）次，这就大大降低了输入电流的谐波含量。

图2-11 12脉波串联型二极管整流器电流的谐波频谱

现以5单元（N=5）串联为例，二次绕组共15（3N=15）组，每3组为一小组采用相同输出电压相位角，5个小组之间相位角依次相差π/15=12°，相角分别为+24°、+12°、0°、-12°、-24°。在电网侧，整个系统的输入为30脉波整流，理论上是不含29次及以下谐波，总电流失真率低于1%。因此，级联型高压变频器由于采用了移相变压器，对电网的谐波污染是很低的，无需增加滤波器就可以满足电网对谐波的要求，简化了系统结构，提高了整机效率。

通常，二极管整流电路相电流和相电压之间的相位差一般小于15°，其对应的位移因数大于0.966。由于采用多重化的二极管整流电路，总输入功率因数可保持在0.95以上，因此，级联型高压变换器的输入功率因数较高。