一种用于多相整流/逆变的新型移相变压器的理论与应用研究

移相变压器广泛用于电能变换技术。在多相脉波整流中，移相变压器将一组对称三相正弦电压分解为多组移相的三相电压再进一步整流，由此可同时提高输入输出性能；在多阶梯波逆变中，该变压器可以把移相后多相逆变器输出的非正弦电量进行合成，使输出电量为接近正弦的多阶梯波形。但普通移相变压器在电气和结构性能上存在明显不足。为此，课题组提出了一种新型移相变压器。新型变压器内部为圆形旋转磁场，和普通移相变压器相比整体结构更为紧凑和对称。目前已初步理论证明和小功率验证了新型移相变压器的有效性，但仍有许多问题有待深入研究。本项目拟选择"n×3相/3相"绕组结构的圆形移相变压器为模型，建立一定功率等级的多脉波整流-多重化逆变系统，针对下列问题开展理论和实验研究：新型结构变压器的运行理论、电磁设计，新型变压器与普通移相变压器的电气性能和结构性能的比较分析，基于新型移相变压器的多重化逆变控制等。

移相变压器广泛用于电能变换技术。在多相脉波整流中，移相变压器将一组对称三相正弦电压分解为多组移相的三相电压再进一步整流，由此可同时提高输入输出性能；在多阶梯波逆变中，该变压器可以把移相后多相逆变器输出的非正弦电量进行合成，使输出电量为接近正弦的多阶梯波形。但普通移相变压器在电气和结构性能上存在明显不足。主要问题为：1. 为了实现正确的移相并保持输出三相的对称性，需要对绕组间的匝比、联结方式、串联次序等进行特殊设计，而变压器的结构随相数增加也更为复杂、笨重。2. 由于设计匝比采用近似值的理论匝比，当相数较多时，输出波形的对称性也会变差。为此，课题组提出了一种新型移相变压器。这种变压器的主要结构特点是：同一侧绕组分布于同一个圆周上，匝数相同，电路和磁路对称性好，电路连接简单，理论上能够实现更多的相数。此外，新型变压器内部为圆形旋转磁场，和普通移相变压器相比整体结构更为紧凑和对称。根据项目目标、计划和内容，课题组开展了以下研究工作：.在整流系统中，以三/十二相圆形变压器为对象，分析了这种变压器应用于24脉波整流的原理；基于磁动势平衡原理，对电网侧电流的谐波成分进行了理论研究；开展了样机试验，证明了圆形变压器能明显改善输出直流电压和输入侧电流波形，并对圆形变压器在多脉波整流系统中的主要性能进行了初步评估。.在逆变系统中，分别以六/三相和十二/三相圆形变压器为对象，分析变压器应用于多重化逆变器的原理；理论分析了由于主要低次谐波被消除，合成磁动势为一接近圆形的旋转矢量，并数值仿真分析了不同类型谐波电流所生成的磁场的性质。给出了基于新型变压器的多重化逆变器的数学模型并对基本特性进行了仿真。最后，基于多重化逆变系统，实验验证了新型移相变压器的有效性。.结合圆形变压器的设计和制作，对一些电磁结构问题进行了分析，例如气隙长度，定转子槽齿相对位置变压器性能的影响，圆形变压器功率密度和普通变压器的比较，通过分析都得到了相应的结论。.结合课题，对圆形变压器进行了拓展研究，一个是根据圆形变压器的有关理论，研究了一种圆形电抗器，这种电抗器能有效的对多相感应电机中的定子谐波电流具有有效的抑制作用。另一个是开展了一项部队课题，该课题结合圆形变压器在逆变系统中的应用，能够解决目前潜艇旋转变流机组静止化替代。