脉波整流变压器结构型式的选择模板

12脉波整流变压器结构型式选择

西安电力整流器厂黄大华别利生（西安710077）

在大型电化学或电冶金用直流电源系统中，同相逆并联12脉波整流机组是组成24相、36相、48相整流系统基础组成单

元。12脉波整流机组主电路连接型式有两种方案：一个是由一台整流变压器和两台整流装置组成单机组12脉波整流电路

（简称“单机组12脉波整流电路”）；另一个是由置于同一油箱内两台完全整流变压器和两台整流装置组成双机组

等值12脉波整流电路（简称“等值12脉波整流电路”）。二者连接方法图1、图2所表示。

上述两种连接方法整流电路，对12脉波整流输出电压（电流）波形对称性和对网侧谐波电流影响是不一样，应引发设计

人员和用户注意。

1两种连接方法对谐波电流影响

理想情况下，12脉波整流电路运行过程中，不会在网侧产生5次和7次谐波电流。但单机组12脉波整流电路，因为变压

器两个阀侧绕组输出电压和阻抗不轻易做到很一致，使得运行时存在着严重负荷分配不均问题。需要经过晶闸管相控或

饱和电抗器励磁调整来纠正这种偏差，从而造成二个三相桥晶闸管导通相位差不能严格地保持为30°，使得网侧仍然存

在5次和7次谐波电流。

对于等值12脉波整流电路，因为变压器两个阀侧绕组输出电压和阻抗轻易做到一致，而不会破坏12脉波对称性。

图1单机组12脉波整流电路

图2等值12脉波整流电路

2阀侧绕组之间负荷电流分配不均问题

2.1单机组12脉波整流电路单机组12脉波整流电路，其整流变压器网侧只有一组绕组，造成两组阀侧绕组间负荷分

配不均原因是Y接和△接这两组绕组间匝比NY/N△偏离1/，相互理想空载直流电压Udio不相等，所以，负荷分配不可

能平均。整流变压器阀侧两组绕组间匝比NY/N△值靠近1/可取整数比为4/7（偏差1.04％）、7/12（偏差1.02％）、

11/19（偏差0.27％）。由此可见，将NY/N△做成11/19，可使△Udio偏差减到最小，改善电流分配不均问题。但因为

变压器结构上合理性和制造方面（变压器变比越大尤其如此）原因，这么匝比实际上是不轻易做到。

对于三相桥式整流电路，整流变压器阀侧绕组间匝比NY/N△=4/7时，理想空载直流电压之差△Udio=1.04％。但两组整

流器负载电流分配却相差很大。因为变压器网侧绕组电抗X1＊为各整流桥公有，对整流桥间负载电流分配没有调整作用。

负载电流分配完全取决于各组阀侧绕组电抗值X2＊=XY＊＋X△＊和阀侧连接母线电抗XM＊。（其中XY＊为Y形连接绕组

电抗值，X△＊为△形连接绕组电抗值）。依据相关资料计算结果表明：

当变压器二次电抗X△＊=XY＊=5％时，

IdY=0.2928IdnId△=0.7072Idn

当变压器二次电抗X△＊=XY＊=10％时，

IdY=0.39IdnId△=0.6036Idn

由此可见，变压器二次电抗数值愈小，负载分配相差就愈大。有实际例子能够证实这一点。兰州有一用户采取这种单机

组12脉波二极管整流电路，投运后发觉，其中一整流桥直流电流达成1A（额定值）时，另一整流桥直流电流只有

4500A。造成设备无法正常运行，以后被迫重新改造。

?理论计算表明：增大整流变压器二次电抗X2＊=X△＊＋XY＊，能够部分减小负载电流分配不均问题。但完全依靠于增

大X2＊值来填补△Udio影响是不切实际。因为要将二者（匝比4/7）电流偏差△Id＊到3％以下，则要求整流变压

器二次电抗X2＊=X△＊＋XY＊达成69.3％。

?因为整流变压器阀侧△连接电压U2△大于Y连接电压U2Y，设想在变压器设计时可人为地使X△＊比XY＊大4.16％，

则在额定运行条件下，能够使二者负载电流分配达成均衡。但因为整流变压器阀侧电抗可调整只有变压器内部引线电抗

和阀侧母线电抗，可调整范围很有限。而且，整流机组负载率是随生产工艺和备用机组投切常常改变。所以，这么设想

含有很大不足，实际上是做不到。

?将整流变压器绕组按式变压器结构（如轴向）设计，增大绕组间阻抗，也有利于改善负载电流分配不均问题。

但针对晶闸管整流器而言，可能存在着其它不利于晶闸管安全运行原因（下面另有分析说明）。

?采取晶闸管整流器即使能够对两套阀侧绕组电流作合适调整，使之达成均衡，但存在着其它不利于晶闸管整流器安全

运行原因（下面另有分析说明）。

?采取饱和电抗器进行细调，能很好地处理二者负载电流分配不均问题。但也是有代价。饱和电抗器占用地方、增加制

造成本、本身电耗和对功率因数影响等全部是不能忽略。

2.2等值12脉波整流电路对于等值12脉波整流电路来讲，就不存在因△、Y连接引发负载电流分配不均问题。在等

值12脉波整流电路中，尽管其整流变压器网侧也有Y形连接和△形连接之分，但因为变压器网侧绕组匝数比阀侧绕组匝

数多得多，将匝数之比做到靠近1/是很轻易事。又因为两台变压器绕组每匝电势能够设计成不相等，完全能够使两台整

流变压器阀侧电压U2Y=U2△、△Udio=0。再加上变压器网侧电抗X1＊不是公共，对电流分配有调整作用，完全能够使两

台负载电流达成均衡分配。

3两台晶闸管整流器之间兼容问题

图3经典6脉波整流器阀侧电压换相缺口波形图

在12脉波整流电路中，整流主电路是由两台6脉波晶闸管整流桥组成。二者之间相位角（或控制延迟角）相差30°，由

两组完全阀侧绕组供电。

整流装置在运行过程中会造成电网各点电压波形产生畸变，干扰电网上其它电气设备正常运行。同理，电网扰动超出一

定极限时，也会造成整流装置要求性能下降，使其运行中止、甚至损坏。这就是整流器和所在电网兼容性问题。按国家

标准GB10236－88要求，兼容含义是：第一，整流器对电网干扰在电网许可范围之内；第二，整流器接入电网后，整流

器进线上电压波动、频率、波形等参数扰动（包含其本身接入后引发扰动）应低于所选整流器抗电网干扰极限值。

端子被瞬间短路，使变流器阀侧线电压突降到靠近于零，而造成电压波形出现缺口。

在大型整流系统中，直流回路存在着很大电感。当直流电压出现快速波动时，电感中储能被逆变馈送给电网。这个过程

中整流器实际上是做逆变运行。国外企业对用于单机组12脉波整流整流变压器就要求：阀侧绕组解耦因子α≤10％，以

避免一个桥路（整流桥）运行所产生陷落（换相缺口）干扰另一个桥路（整流桥），预防产生换相失败。

?对于单机组12脉波整流电路，两台晶闸管整流桥由同一台变压器供电，两阀侧绕组间共一个磁路。一台整流桥所产生

阀侧换相缺口很大部分（80％以上）被耦合到另一组阀侧上，这就造成二者之间相互干扰。其关键影响在于：激发高频

振荡，有可能产生过电压；当延迟角大于30°时，换相缺口处过高dv/dt有可能造成晶闸管被误触发，使整流器工作不

稳定。

在武汉、长春两地，曾有过类似例子。用户因采取单机组12脉波整流电路而造成晶闸管整流器难以可靠、稳定地运行。

?对于等值12脉波整流电路，变压器两个器身是完全，没有共磁路问题。两台整流桥所产生换相缺口经整流变压器

漏抗衰减（到20％左右）以后，相互之间干扰小得多。通常不会超出整流器抗扰极限。所以等值12脉波整流电路兼容好

得多。

4造价比较

单机组12脉波整流电路变压器，只有一个器身，一台调压开关。铁心利用率高。所以有造价低、体积小之优点。

等值12脉波整流电路整流变压器为双器身结构，需要两台调压开关。相当于化整为零，铁心利用率也低。所以，有造价

高和体积相对较大缺点。

5结语

在两种12脉波整流电路用整流变压器结构方案选择过程中，专业整流变压器和整流器制造厂家全部会主张用户采取等值

12脉波整流电路结构形式，以确保技术和性能指标要求。

作者介绍

研究和设计。

别利生男1960年生，工程师，任西安电力整流器厂变压器分厂厂长，关键从事整流变压器制造技术和新产品研制工作。