电源变压器

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电源变压器范文第1篇

引言

电源装置，无论是直流电源还是交流电源，都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器（软磁电磁元件）。虽然，已经有不用软磁磁芯的空芯电子变压器和压电陶瓷变压器，但是，到现在为止，绝大多数的电源装置中的电子变压器，仍然使用软磁磁芯。因此，讨论电源技术与电子变压器之间的关系：电子变压器在电源技术中的作用，电源技术对电子变压器的要求，电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响，一定会引起电源行业和软磁材料行业的朋友们的兴趣。本文提出一些看法，以便促成电源行业与电子变压器行业和软磁材料行业之间就电子变压器和软磁材料的有关问题进行对话，互相交流，共同发展。

1 电子变压器在电源技术中的作用

电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。根据在电源装置中的作用，电子变压器可以分为：

1）起电压和功率变换作用的电源变压器，功率变压器，整流变压器，逆变变压器，开关变压器，脉冲功率变压器；

2）起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器，声频变压器，中周变压器；

3）起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器，驱动变压器，触发变压器；

4）起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器，起屏蔽作用的屏蔽变压器；

5）起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器，起改变输出相位作用的相位变换变压器（移相器）；

6）起改变输出频率作用的倍频或分频变压器；

7）起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器；

8）起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器（包括恒压变压器）或稳流变压器，起调节输出电压作用的调压变压器；

9）起交流和直流滤波作用的滤波电感器；

10）起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器，起抑制噪声作用的噪声滤波电感器；

11）起吸收浪涌电流作用的吸收电感器，起减缓电流变化速率的缓冲电感器；

12）起储能作用的储能电感器，起帮助半导体开关换向作用的换向电感器；

13）起开关作用的磁性开关电感器和变压器；

14）起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器；

15）起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。

从以上的列举可以看出，不论是直流电源，交流电源，还是特种电源，都离不开电子变压器。有人把电源界定为经过高频开关变换的直流电源和交流电源。在介绍软磁电磁元件在电源技术中的作用时，往往举高频开关电源中的各种电磁元件为例证。同时，在电子电源中使用的软磁电磁元件中，各种变压器占主要地位，因此用变压器作为电子电源中软磁元件的代表，称它们为“电子变压器”。

2 电源技术对电子变压器的要求

电源技术对电子变压器的要求，像所有作为商品的产品一样，是在具体使用条件下完成具体的功能中追求性能价格比最好。有时可能偏重价格和成本，有时可能偏重效率和性能。现在，轻、薄、短、小成为电子变压器的发展方向，是强调降低成本。从总的要求出发，可以对电子变压器得出四项具体要求：使用条件，完成功能，提高效率，降低成本。

2.1 使用条件

电子变压器的使用条件，包括两方面内容：可靠性和电磁兼容性。以前只注意可靠性，现在由于环境保护意识增强，必须注意电磁兼容性。

可靠性是指在具体的使用条件下，电子变压器能正常工作到使用寿命为止。一般使用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度。决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点。软磁材料居里点高，受温度影响小；软磁材料居里点低，对温度变化比较敏感，受温度影响大。例如锰锌铁氧体的居里点只有215℃，比较低，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变化，除正常温度25℃而外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参数数据。因此，锰锌铁氧体磁芯的工作温度一般限制在100℃以下，也就是环境温度为40℃时，温升必须低于60℃。钴基非晶合金的居里点为205℃，也低，使用温度也限制在100℃以下。铁基非晶合金的居里点为370℃，可以在150℃～180℃以下使用。高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480℃，可以在200℃～250℃以下使用。微晶纳米晶合金的居里点为600℃，取向硅钢居里点为730℃，可以在300℃～400℃下使用。

电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁干扰，又能承受外界的电磁干扰。电磁干扰包括可听见的音频噪声和听不见的高频噪声。电子变压器产生电磁干扰的主要原因是磁芯的磁致伸缩。磁致伸缩系数大的软磁材料，产生的电磁干扰大。铁基非晶合金的磁致伸缩系数通常为最大（27～30）×10－6，必须采取减少噪声抑制干扰的措施。高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为25×10－6，锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为21×10－6。以上这3种软磁材料属于容易产生电磁干扰的材料，在应用中要注意。3％取向硅钢的磁致伸缩系数为（1～3）×10－6，微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为（0.5～2）×10－6。这2种软磁材料属于比较容易产生电磁干扰的材料。6.5％硅钢的磁致伸缩系数为0.1×10－6，高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为（0.1～0.5）×10－6，钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10－6以下。这3种软磁材料属于不太容易产生电磁干扰的材料。由磁致伸缩产生的电磁干扰的频率一般与电子变压器的工作频率相同。如果有低于或高于工作频率的电磁干扰，那是由其他原因产生的。

2.2 完成功能

电子变压器从功能上区分主要有变压器和电感器2种。特殊元件完成的功能另外讨论。变压器完成的功能有3个：功率传送、电压变换和绝缘隔离。电感器完成功能有2个：功率传送和纹波抑制。

功率传送有2种方式。第一种是变压器传送方式，即外加在变压器原绕组上的交变电压，在磁芯中产生磁通变化，使副绕组感应电压，加在负载上，从而使电功率从原边传送到副边。传送功率的大小决定于感应电压，也就是决定于单位时间内的磁通密度变量ΔB。ΔB与磁导率无关，而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关。从饱和磁通密度来看，各种软磁材料的Bs从大到小的顺序为：铁钴合金为2.3～2.4T，硅钢为1.75～2.2T，铁基非晶合金为1.25～1.75T，铁基微晶纳米晶合金为1.1～1.5T，铁硅铝合金为1.0～1.6T，高磁导铁镍坡莫合金为0.8～1.6T，钴基非晶合金为0.5～1.4T，铁铝合金为0.7～1.3T，铁镍基非晶合金为0.4～0.7T，锰锌铁氧体为0.3～0.7T。作为电子变压器的磁芯用材料，硅钢和铁基非晶合金占优势，而锰锌铁氧体处于劣势。

功率传送的第二种是电感器传送方式，即输入给电感器绕组的电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁变成电能释放给负载。传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能，也就是决定于电感器的电感量。电感量不直接与饱和磁通密度有关，而与磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多，传送功率大。各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为：Ni80坡莫合金为（1.2～3）×106，钴基非晶合金为（1～1.5）×106，铁基微晶纳米晶合金为（5～8）×105，铁基非晶合金为（2～5）×105，Ni50坡莫合金为（1～3）×105，硅钢为（2～9）×104，锰锌铁氧体为（1～3）×104。作为电感器的磁芯用材料，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占优势，硅钢和锰锌铁氧体处于劣势。

传送功率大小，还与单位时间内的传送次数有关，即与电子变压器的工作频率有关。工作频率越高，在同样尺寸的磁芯和线圈参数下，传送的功率越大。

电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数比来完成，不管功率传送大小如何，原边和副边的电压变换比等于原绕组和副绕组匝数比。

绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘结构来完成。绝缘结构的复杂程度，与外加和变换的电压大小有关，电压越高，绝缘结构越复杂。

纹波抑制通过电感器的自感电势来实现。只要通过电感器的电流发生变化，线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变化，使电感器的线圈两端出现自感电势，其方向与外加电压方向相反，从而阻止电流的变化。纹波的变化频率比基频高，电流纹波的电流频率比基频大，因此，更能被电感器产生的自感电势抑制。

电感器对纹波抑制的能力，决定于自感电势的大小，也就是电感量大小，与磁芯的磁导率有关，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大，处于优势，硅钢和锰锌铁氧体磁导率小，处于劣势。

2.3 提高效率

提高效率是对电源和电子变压器的普遍要求。虽然，从单个电子变压器来看，损耗不大。例如，100VA电源变压器，效率为98％时，损耗只有2W并不多。但是成十万个、成百万个电源变压器，总损耗可能达到上十万W，甚至上百万W。还有，许多电源变压器一直长期运行，年总损耗相当可观，有可能达到上千万kW·h。显然，提高电子变压器的效率，可以节约电力。节约电力后，可以少建发电站。少建发电站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放CO2，SO2，NOx，废气，污水，烟尘和灰渣，减少对环境的污染。既具有节约能源，又具有保护环境的双重社会经济效益。因此，提高效率是对电子变压器的一个主要要求。

电子变压器的损耗包括磁芯损耗（铁损）和线圈损耗（铜损）。铁损只要电子变压器投入工作，一直存在，是电子变压器损耗的主要部分。因此，根据铁损选择磁芯材料，是电子变压器设计的主要内容，铁损也成为评价软磁材料的一个主要参数。铁损与电子变压器磁芯的工作磁通密度和工作频率有关，在介绍软磁材料的铁损时，必须说明是在什么工作磁通密度下和什么工作频率下的损耗。例如，P0.5/400，表示在工作磁通密度0.5T和工作频率400Hz下的铁损。P0.1/100k表示在工作磁通密度0.1T和工作频率100kHz下的铁损。

软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。涡流损耗又与材料的电阻率ρ成反比。ρ越大，涡流损耗越小。各种软磁材料的ρ从大到小的顺序为：锰锌铁氧体为108～109μΩ·cm，铁镍基非晶合金为150～180μΩ·cm，铁基非晶合金为130～150μΩ·cm，钴基非晶合金为120～140μΩ·cm，高磁导坡莫合金为40～80μΩ·cm，铁硅铝合金为40～60μΩ·cm，铁铝合金为30～60μΩ·cm，硅钢为40～50μΩ·cm，铁钴合金为20～40μΩ·cm。

因此，锰锌铁氧体的ρ比金属软磁材料高106～107倍，在高频中涡流小，应用占优势。但是当工作频率超过一定值以后，锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化，ρ变得相当小，损耗迅速上升到很高水平，这个工作频率就是锰锌铁氧体的极限工作频率。

金属软磁材料厚度变薄，也可以降低涡流损耗。根据现有的电子变压器使用金属软磁材料带材的经验，工作频率和带材厚度的关系为：工频50～60Hz用0.50～0.23mm（500～230μm），中频400Hz至1kHz用0.20～0.08mm（200～80μm），1kHz至20kHz用0.10～0.025mm（100～25μm），中高频20kHz至100kHz用0.05～0.015mm（50～15μm），高频100kHz至1MHz用0.02～0.005mm（20～5μm），1MHz以上，厚度小于5μm。金属软磁材料带材只要降到一定厚度，涡流损耗可显著减少。不论是硅钢、坡莫合金，还是钴基非晶合金和微晶纳米晶合金都可以在中、高频电子变压器中使用，和锰锌铁氧体竞争。

2.4 降低成本

降低成本是对电子变压器的一个主要要求，有时甚至是决定性的要求。电子变压器作为一种商品和其他商品一样，都面临着市场竞争。竞争的内容包括性能和成本两个方面，缺一不可。不注意成本，往往会在竞争中被淘汰。

电子变压器的成本包括材料成本、制造成本和管理成本。降低成本要从这三个方面来考虑。

软磁材料成本在电子变压器的材料成本中占有相当大的比例。根据现行的市场价格，每kg重量的软磁材料的价格从小到大的顺序是：锰锌软磁铁氧体，硅钢，铁基非晶合金，Ni50坡莫合金，钴基非晶合金，Ni80坡莫合金。锰锌铁氧体在中高频范围内广泛应用，硅钢在工频范围内广泛应用，最主要的原因之一就是价格便宜。

制造成本与设计和工艺有关。电子变压器所用的磁芯、线圈和总体结构的加工和装配工艺是复杂还是简单？需要人工占的比例多大？是否需要工模具？质量控制中需要检测的工序和参数有多少？要用什么检测仪器和设备？这些都是降低制造成本时要考虑的问题。

管理成本一般约占材料和制造成本之和的30％左右。如果管理得好，充分利用人力和财力，有可能降到20％左右。充分利用人力，是指工时利用率要高，减少管理人员和工人比例等等。充分利用财力，是指缩短生产周期，减少库存，加快资金流转等等。

所以，一个好的电子变压器设计者，除了要了解电子变压器的理论和设计方法而外，还要了解各种软磁材料，电磁线，绝缘材料的性能和价格；还要了解磁芯加工和热处理工艺，线圈绕制和绝缘处理工艺和结构组装工艺；还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备；还要了解生产管理的基本知识以及电子变压器的市场动态等等。只有知识全面的设计者，才能设计出性能好，价格低的电子变压器。

3 新软磁材料在电子变压器中的应用

电子变压器中的软磁材料，根据上面的分析，在工频及中频范围内主要采用硅钢，在高频范围内主要采用软磁铁氧体。现在硅钢遇到非晶纳米晶合金的挑战，软磁铁氧体既遇到非晶纳米晶合金的挑战，又遇到软磁复合材料的竞争。在挑战和竞争中，不但使新软磁材料迅速发展，也使硅钢和软磁铁氧体得到发展。新发展起来的软磁材料在电子变压器中的应用，使电子变压器的性能提高，成本下降。而且也使电源技术在向短、小、轻、薄的变革中遇到的难点——磁性元件小型化问题逐步得到解决。

下面分别介绍硅钢，软磁铁氧体，非晶纳米晶合金，软磁复合材料在电子变压器中应用的一些新进展。这里不介绍薄膜软磁材料，它是用于1MHz以上的，高频小型电子变压器的新一代软磁材料，留待以后专文介绍。

3.1 硅钢

电源技术中的工频电子变压器大量使用3％取向硅钢，现在厚度普遍从0.35mm减到0.27mm或0.23mm。国内生产的23Q110的0.23mm厚，3％取向硅钢，饱和磁通密度Bs为1.8T，其P1.7/50为1.10W/kg；27QG095的0.27mm厚，3％Hi?B取向硅钢，Bs为1.89T，P1.7/50为0.95W/kg。日本生产的0.23mm厚，3％取向硅钢Bs为1.85T，P1.7/50为0.85W/kg。与国内产品相差不多。但是0.23mm厚的3％取向硅钢经过特殊处理，即用电解法将表面抛光至镜面，再涂张力涂层，最后细化磁畴，可以使P1.7/50下降到0.45W/kg。同时，对要求损耗低的电子变压器，日本还进一步把厚度减薄到0.15mm，经过特殊处理，可以使P1.3/50下降到0.082～0.11W/kg和铁基非晶合金水平基本相当。

日本还用温度梯度炉高温退火新工艺，使0.15mm厚，3％取向硅钢的Bs达到1.95～2.0T，经过特殊处理，使P1.3/50为0.15W/kg，P1.7/50为0.35W/kg。采用三次再结晶新工艺，制成更薄的硅钢，Bs为2.03T，P1.3/50为0.19W/kg（0.075mm厚），0.17W/kg(0.071mm厚)和0.13W/kg0.032mm厚）。

电源装置中的中频（400Hz至10kHz）电子变压器，除了使用0.20～0.08mm厚，3％取向硅钢外，日本已采用6.5％无取向硅钢。6.5％硅钢，磁致伸缩近似为零，可制成低噪声电子变压器，磁导率为16000～25000。ρ比3％硅钢高一倍，中频损耗低，例如：0.10mm厚的6.5％无取向硅钢P1/50为0.6W/kg，P1/400为6.1W/kg，P0.5/1K为5.2W/kg，P0.1/10k为8.2W/kg，Bs为1.25T。采用温轧法可以生产6.5％取向硅钢，Bs提高到1.62～1.67T。0.23mm厚的6.5％取向硅钢P1/50为0.25W/kg。日本已用6.5％硅钢制成1kHz音频变压器，在1.0T时，噪声比3％取向硅钢下降21dB，铁损下降40％，还用6.5％硅钢取代3％取向硅钢用于8kHz电焊机中，铁芯重量从7.5kg减少到3kg。6.5％硅钢国内已进行小批量生产。

与研制6.5％硅钢的同时，日本还开发了硅含量呈梯度分布的硅钢。

1）中高频低损耗梯度硅钢，表层硅含量6.5％，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，涡流也集中表面，损耗小。内部硅含量低于6.5％。总的损耗低于6.5％硅钢。例如：0.20mm厚的6.5％硅钢的P0.1/10k为16W/kg，梯度硅钢为13W/kg；P0.05/20k6.5％硅钢为14W/kg，梯度硅钢为9W/kg。由于总的硅平均含量低于6.5％，Bs比6.5％硅钢高，可达1.90T。延伸性即加工性也比6.5％硅钢好。已经用这种梯度硅钢制成家用电器逆变器用电感器，由于Bs高，损耗低，既体积小，又发热少。

2）低剩磁梯度硅钢，表层硅含量高，磁致伸缩小，中心层硅含量低，磁致伸缩大。表层与中心层存在的磁致伸缩差而引发应力。出现的弹性能导致剩磁低，一般饱和磁通密度Bs为1.96T，剩磁Br为0.34T。ΔB=Bm－Br超过1.0T（Bm为工作磁通密度）。损耗也低，P1.2/50为1.27W/kg。可以用于脉冲变压器，单方向磁通变化电源变压器等。作为电源变压器铁芯时，还可以抑制合闸时的突发电流浪涌。

最近报导，日本开发出用于中高频电子变压器的硅钢新品种——添加铬（Cr）的硅钢。在4.5％硅钢中，添加4％铬，电阻率可达82μΩ·cm，而一般3％取向硅钢电阻率为44μΩ·cm，牌号为“HiFreqs”。0.1mm厚添加铬的硅钢损耗低，P0.2/5k为20.5W/kg，P0.1/10k为10W/kg，P0.05/20k为5W/kg；延伸性即加工性好，与3％硅钢一样，可以进行冲剪，铆固加工；耐腐蚀性好，在盐水和湿气中，不涂层也不腐蚀。已用这种添加铬的硅钢制成25kHz开关电源用滤波电感器，铁芯损耗为22W/kg，比6.5％硅钢（36W/kg）和铁基非晶合金（29W/kg）小。还用它制成70kHz感应加热装置的电子变压器，比0.1mm厚3％取向硅钢发热显著减少，寿命延长4倍以上。

电源变压器范文第2篇

[关键词]高压 变频器 过电压故障 危害 原因 解决

中图分类号：TD53 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0063-01

正常情况下，直流母线电压为三相交流输入线电压的峰值。以AC700V输入电压等级的功率单元为例计算，直流母线电压1.414x700=989V。在过电压发生时，直流母线的储能电容电压将上升，当电压上升至一定的值时〔通常为正常值的10%-20%），高压变频器过电压保护动作。因此，对于变频器来说，有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时很可能损坏功率单元。

1.过电压故障的危害

高压变频器过电压主要是指其中间直流回路过电压，中间直流回路过电压的主要危害表现在以下几方面。

1.1 对功率单元直流回路电解电容器的寿命有直接影响，严重时会引起电容器爆裂。因而高压变频器厂家一般将中间直流回路过电压值限定在一定范围内，一旦其电压超过限定值，变频器将按限定要求跳闸保护。

1.2 对功率器件如整流桥、IGBT、SCR的寿命有直接影响，直流母线电压过高，功率器件的安全裕量减少。例如对AC700V输入电压等级的功率单元来说，其功率器件的额定耐压一般选定在DV1700V左右，考虑器件处在开关状态时dv/dt比较大，因此在直流母线电压过高时再叠加功率器件开关过程中产生的过电压，很有可能超过器件的额定耐压而造成器件击穿损坏。

1.3 对功率单元的控制板造成损坏。一般功率单元中控制板上的。DC/DC变换器需从直流母线取电，DC/DC变换器的输入电压也有一定的范围，直流母线电压过高，则变换器中开关管如MOSFET也会击穿。

2.引起过电压故障的原因

一般能引起中间直流回路真正过电压的原因主要来自以下两个方面。

2.1 来自电源输入侧的过电压

正常情况下电网电压的波动在额定电压的-10%―+10%以内，但是，在特殊情况下，电源电压正向波动可能过大。由于直流母线电压随着电源电压上升，所以当电压上升到保护值时，变频器会因过电压保护而跳闸。

2.2 来自负载侧的过电压

由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电动机处于实际在速比变频频率决定的同步转速高的状态时，负载的传动系统中所储存的机械能经电动机转换成电能，通过各个功率单元逆变桥中的四个IGBT中的续流二极管回馈到功率单元的直流母线回路中。此时的逆变桥处于整流状态，如果功率单元中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电解电容器的电压上升，达到保护值即会报出过电压故障而跳闸。

3.避免过电压故障的方法

根据以上针对高压变频器过电压带来的危害及几种可能的产生原因的分析，可以从以下四个方面来尽最大可能避免过电压故障的产生：一是避免电网过电压进入到变频器输入侧；二是避免或减少多余能量向中间直流回路馈送，使其过电压的程度限定在允许的限值之内；三是提高过电压检测回路的抗干扰性；四是中间直流回路多余能量应及时处理。下面介绍主要的处理方式。

3.1 在电源榆入侧增加吸收装置，减少变频器榆入过电压因素

对于电源输入侧有冲击过电压、雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压可能发生的情况下，可以采用在输入侧并联浪涌吸收装置或串联电抗器等方法加以解决。

3.2 从变频器已设定的参数中寻找解决办法

在变频器中可设定的参数主要有两个：减速时间参数和变频器减速过电压自处理功能。在工艺流程中如不限定负载减速时间时，变频器减速时间参数的设定不要太短，而使得负载动能逐渐释放；该参数的设定要以不引起中间回路过电压为限，特别要注意负载惯性较大时该参数的设定。如果工艺流程对负载减速时间有限制，而在限定时间内变频器出现过电压跳闸现象，就要设定变频器失速自整定功能或先设定变频器不过电压情况下可减至的频率值，暂缓后再设定下一阶段变压器不过电压情况下可减至的频率值，即采用分段减速方式。

3.3 采用在中间直流回路上增加适当电容的方法

中间直流回路电容对其电压稳定、提高回路承受过电压的能力起着非常重要的作用。适当增大回路的电容量或及时更换运行时间过长且容量下降的电容器#解决变频器过电压的有效方法。这里还包括在设计阶段选用较大容量的变频器的方法，是以增大变频器容量的方法来换取过电压保护能力的提高。

3.4 在条件允许的情况下适当降低功率单元输入电压

目前变频器功率单元整流侧采用的是不可控整流桥，电源电压高，中间直流回〖路电压也高，有些用户处电网电压长期处于最大正向波动值附近。电网电压越高则变频器中间直流回路电压也越高，对变频器承受过电压能力影响很大。可以在高压变频器内配置的移相整流变压器高压侧预留5%、 0分接头，一般出厂时移相变压器输入侧都默认接在0分接头处。在电压偏高时，可以将输入侧改接在+5%分接头上，这样可适当降低功率单元输入侧的电压，达到相对提高变频器过电压保护能力的目的。

3.5 增强过电压检测电路的可靠性和抗干扰性

前面提到过电压检测电路分为高压采样部分和低压隔离比较部分，因此提高整个电路的可靠性和抗干扰性要从以下两方面入手。

3.5.1 中间直流母线到电路板上的两根连接导线要采用双绞线，并且线长应尽量短，电路板检测回路的入口处要增加滤波电容；降压电阻应选用功率裕性好、温漂小的电阻。

3.5.2 低压部分要采用工业等级的基准源，采用高共模抑制比的光耦参数以提高光耦一、二次侧的抗干扰能力。

3.6 在输入增加逆变电路的方法

处理变频器中间直流回路能量最好的方法就是在输入侧增加可控整流电路，可以将多余的能量回馈给电网。但可控整流桥价格昂贵，技术复杂，不是较经济的方法。这样在实际中就限制了它的应用，只有在较高级的场合才使用。

3.7 采用增加泄放电阻的方法

电源变压器范文第3篇

2008年有一天，中原油田某110kV变电所控制室发出警铃预告声音，值班人员立即开展检查，发现中央信号屏“6kV系统Ⅰ段接地”光字牌亮，相应的三相电压表显示的一次电压为UAN=3.17kV，UBN=4.29kV，UCN=4.22kV，并将这一情况报告了上级电力调度，调度员立即通知有关部门组织人员查找故障。

2故障查找

2.1 从6kV母线和出线方面查找

（1）把6kVⅠ段母线出线剩余负荷转移到其他地方（发生“接地”故障前6kVⅠ段负荷已经很小了，因此不必采用拉路选线法来查找接地线路），6kVⅠ段母线上只剩下631PT，用万用表测量631PT二次出口电压（拔下二次保险）为Uan=52V，Ubn=71V，Ucn=69.7V，开口三角电压为ULN=19V，该电压已达到了接地选线继电器动作值，从而发出了“6kV系统Ⅰ段接地”光字牌亮。

（2）对PT二次回路和631PT的一次回路进行了检查，除发现631PT一次侧A相螺丝较松外，未发现其他情况，经反复试验，上述电压情况未变；

（3）更换631PT和避雷器后测得631PT二次出口电压为Uan=70V，Ubn=56V，Ucn=61kV，开口三角电压为ULN=13.8V，对应的三相电压表显示的一次电压为UAN=4.2kV，UBN=3.4kV，UCN=3.62kV，一、二次测量数据非常吻合，只是与第一次测量情况有所不同，但电压不平衡依然存在。

（4）利用高压定相仪直接测量6kVⅠ段母线电压，测得数据为UAN=3.09kV，UBN=4.12kV，UCN=4.03kV，接着把631PT刀闸拉开，退出631PT，如下图所示，再用高压定相仪直接测量6kVⅠ段母线电压，其数据变为UAN=4.1kV，UBN=3.46kV，UCN=3.53kV，再切开601开关单独测量601过桥母线电压，其数据为UAN=4.15kV，UBN=3.44kV，UCN=3.53kV，与不切开601开关所测数据相同，这样可以判断1号主变6kV出口电压本身就存在不平衡现象。

2.2 从主变压器上查找

（1）对主变压器110kV侧的母线电压进行测量，其二次电压在101.1V-101.4V间，数据相当平衡。

（2）对1号主变110kV侧进行有载调压，其6kV三相电压同时下降或同时上升，不平衡情况未见变化。

（3）对1号主变进行全部项目的电气试验，包括主变有关档位的直流电阻、变比、主变介损、泄露、绝缘电阻等以及6kV过桥母线耐压、绝缘和6kV侧避雷器试验，上述试验项目全部合格。

（4）在1号主变和2号主变的35kV侧上分别投退35kV消弧线圈，结过在投入35kV消弧线圈时，1号主变6kV侧B电压相较高；在切开35kV消弧线圈时，1号主变6kV侧A电压相较高，不平衡情况依然未改变。

电源变压器范文第4篇

一、变频器过电压的危害

变频器过电压分为电源过电压和再生过电压，集中表现在变频器直流母线的直流电压上，其主要危害表现在以下三方面。

1.电动机磁路饱和

电动机电压过高，可使电动机铁芯磁通增加，导致磁路饱和励磁电流的过大，引起电动机温升过快和过高。

2.电动机绝缘受损

中间直流回路电压升高、变频器输出电压的脉冲幅度过大，都会大大降低电动机绝缘寿命。

3.大大缩短电容器寿命

变频器过电压严重时会引起电容器爆裂。在对变频器进行设计时，一般都将中间直流回路过电压值限定在DC 800V左右，确保当发生电压超过限定值时，变频器可按照限定要求，对系统进行跳闸保护。

二、变频器过电压原因分析

变频器的过电压是指变频器的电压超过额定值，原因主要有以下几种。

1.变频器自身问题

变频器使用环境差、电路板腐蚀、电压控制通道被破坏、连接插件松动不牢靠等，都会使电压反馈线接触不良、变频器接地不良，发生变频器过电压现象。

2.变频器过电压集中在直流母线的支流电压上

正常情况下，变频器直流电为三相全波整流后的平均值。平均直流电压计算公式为：Ud=1.35U线，式中：Ud表示平均直流电压，U线表示线电压。

我国的电源线电压为380V，平均直流电压为513V。个别单位夜间的电源线电压可达450V，其峰值电压为636V，没有超过中间直流回路过电压800V的限定值。但变频器都有一个正常的工作电压范围，当电压超过这个范围时，变频器产生过电压保护动作。常见的过电压有电源过电压和负载侧再生过电压两类。

（1）电源过电压。电源输入侧的过电压主要是指电源侧的冲击过电压，如雷电引起的过电压、补偿电容在合闸或断开时形成的过电压等，多发生在节假日，线路负载较小，电压升高或降低而引起线路故障，此时最好断开电源，进行检查和处理。

（2）负载侧再生过电压。负载侧再生过电压发生在由于某种原因使电动机处于再生发电状态时，即电动机处于实际转速比变频频率决定的同步转速高的状态，电动机处于发电状态，如果变频器中没有采取消耗这些能量的措施，这些能量将会导致中间直流回路的电容器的电压上升，超出保护值，出现故障。

此外，多个电动拖动同一个负载时，特别是一台电动机的实际转速大于另一台电动机的同步转速，以及变频器负载突降、变频器中间直流回路电容容量下降等，也是造成变频器过电压的主要原因。

三、变频器过电压故障对策

1.重视变频器自身引起的过电压

对使用时间较长、使用环境较差的变频器，应做好以下工作：防尘、防滴、防潮工作，保持电气柜内上下通气孔的畅通；检查排气扇是否正常运转；在柜内加装除湿器或空调器进行防潮；保证变频器电路不受周围环境腐蚀；对变频器运行时的温度、湿度、振动等进行严格的检查和维护，保证变频器各项运行参数均在设计要求范围内，检查变频器、电动机、变压器等器件是否过热、是否连接完好，并按电工操作规定或制度做好记录。

2.严格规定合理的负载减速时间

工业生产中，应严格规定合理的负载减速时间，使系统在限定的时间内，既可处理多余能量，又可减速至规定频率或停止运行。例如工业生产中常见的布袋除尘，当需要去除吸附在滤布上的滤饼时，通常通过使滤布的出料侧压力高于进料侧压力，从而形成较高的压差来实现，但进料阀门的突然关闭会使进料端变频器突降，电动机进入再生发电，引发过电压。所以工艺设计时，应对该阶段的压力提出要求。

3.避免变频器负载突降

负载突降会使转速瞬间提高，负载电动机进入再生发电，导致变频器过电压。

4.提高电压稳定性

在中间直流回路上增加电容增大回路的电容量，更换运行时间过长而容量下降的电容器，能够对提高电压稳定性起到非常重要的作用。

另外，在输入侧增加逆变电路以将多余的能量回馈给电网，适当降低工频电源电压以及采用多台变频器共用直流母线等，都是解决变频器过电压的有效方法。

电源变压器范文第5篇

关键词：配电变压器；架空线；避雷器；谐振；跌落开关

将电压降低到电气设备工作电压的变压器统称为配电变压器。2002年至今，港区烧毁的配电变压器近10台，其中大部分为缺乏管理经验的用户自用设备。本人对配电变压器的烧毁原因进行了深入的调查和分析，总结得出以下关于配电变压器烧毁的原因及其防范方法。

1 配电变压器烧毁的原因[1]：

1.1 过电压

（1）遭受雷击

配电变压器电源有一部分引自10kV（6kV）架空线路，由于港区大部分位于空旷地带，且从专业上讲，10kV（6kV）架空线路并没有专用避雷线。雷雨季线路时常遭受雷击。正常情况下，架空线路变压器或者电缆侧均安装有避雷器进行保护，避雷器在过电压时呈现为低阻导通状态，在额定电压状态呈现为高阻断路状态，能够对变压器起到很好的保护作用 但是，避雷器与接地极连接的引线时有被不法分子偷盗，使避雷器与大地形成开路，造成避雷器失效。当线路遭受雷击时，在变压器绕组上产生高于额定电压几倍甚至几十倍的冲击电压，如果没有避雷器保护，将会造成变压器绕组击穿而烧毁变压器。

（2）系统谐振

在港区电网中，非线性负载增多，造成系统中部分用户电压、电流波形畸变形成谐波，并返回到系统中。由于谐波影响，使lOkV配电系统的某些电气设备参数发生很大变化，电容、电感参数在某次谐波作用下可能出现谐振，产生谐振过电压。在系统出现谐振过电压时，变压器除熔断器熔断外，还将损坏变压器绕组，个别情况下，还会引起变压器的套管发生爆炸，进而造成变压器损坏。

1.2 过负荷

（1）负荷偏相

配电变压器三相负载分配不均衡，将导致三相电流不对称，不对称电流使变压器阻抗压降也不对称，因而低压侧三相电压不平衡，这对变压器和用户的电气设备不利，尤其是三相设备。三相负载不平衡度偏大会使电流小的一相达不到额定值影响变压器的输出功率；电流大的一相过负荷，使变压器绕组绝缘受损、加速老化会致使变压器烧坏。

（2）用电负荷超过变压器额定负载

由于部分临时用户没按系统要求设立专职电力管理人员对供电负荷进行有效管理，对变压器的使用也存在一定的随意性。新增负荷发展快，变压器预留容量不足，又没有增容计划，不断增大跌落保险容量，造成使用的变压器长期处于过负荷状态，导致变压器的加速老化而出现烧毁事故。

（3）变压器低压侧发生接地、相间短路故障

当配电变压器低压侧发生接地、相间短路时，将产生一个高于额定电流20～30倍的短路电流，这么大的电流作用在高压绕组上，线圈内部将产生很大机械应力导致线圈压缩，短路故障解除后应力也随着消失；线圈如果重复受到机械应力的作用后，其绝缘胶珠、胶垫等就会松动脱落；铁心夹板螺丝也会稍微松弛，致使高压线圈畸变或崩裂；另外也会产生高出允许温升几倍的温度，从而导致变压器在极短的时间内烧毁。

1.3 违章操作

（1）操作分接开关前后不进行检测

在配电站出口的线路或线路末端，如果没有有效的无功补偿措施，电压普遍偏低。大部分非专业人士对无载分接开关原理不清楚，又无测量用的专业工（器）具，往往采用将无载分接开关从原来的“3”档调整到“2”档或者“1”档，发现电压比原来更低，又将分接开关从“1”档调整到“4”档或者“5”档位置。这样会由于操作不慎引起分接开关不完全到位，且又没经过试验检测，可能使得分接开关接触不良而烧毁变压器。

（2）维修操作不规范

在紧固或松动变压器的引线螺帽时，用力不均使导电螺杆跟着转动，导致变压器内部高压线圈引线扭断或低压引出的软铜片相碰造成相间短路，从而在送电使用时造成放电或者短路事故，烧毁变压器。

1.4 变压器配置不规范

（1）变压器选型与环境不匹配

按规范要求，潮湿环境不宜选用干式变压器，多尘或有腐蚀性气体场所应选防尘型或防腐型变压器。2007年，港区一用户曾经发生由丝状金属搭接在变压器的二次接线端子，使得变压器二次侧短路，造成变压器烧毁的事例。

（2）跌落保险与变压器，变压器与低压开关容量不匹配

高、低压侧的熔断保护使用不符合规范。配电变压器高、低压侧的熔丝配置不当（主要是配置过大），使用铝线、铜丝代替熔丝，甚至在高压侧没装设熔断器，低压侧没采用带漏电或剩余电流保护的断路器。当配电变压器过载或低压出现故障时，低压出线开关和跌落开关不能及时切断大故障电流，造成变压器绕组过热而烧毁变压器。

1.5 责权不清，维护、保养不到位

（1）缺油

渗油是变压器最为常见的异常现象。由于变压器本体内充满了绝缘、散热用的变压器油。在变压器各连接处都夹有胶珠、胶垫以防止油的渗漏。经长时间运行，会使变压器中的某些胶珠、胶垫老化开裂而引起渗油，从而导致绝缘受潮后性能下降，放电短路。当油量减少后使油与空气的接触面增大，油的氧化使油的酸价升高，腐蚀绝缘材料。

（2）忽视定期检测（预防性试验）、清扫保养

由于港区靠海，空气潮湿，而且在煤炭和矿粉作业区域，空气中有大量的粉尘。大量粉尘在潮湿环境中不断吸附在变压器绝缘子上和配电箱铜排上，如不及时清扫保养，将造成高压放电闪络、低压短路，甚至会烧毁变压器。另外不按照要求定期进行年度试验也会造成一些隐患扩大造成变压器烧毁。

2 配电变压器烧毁的防范方法[2]

（1）加强配电变压器及相关设施的安全防范工作：用电单位和管理单位定期、定时对使用的配电变压器及其相关设备设施进行巡检，确保对其全方位监控，及时修补缺损的避雷器接地引线、接地极，避免避雷器失去保护作用。

（2）用电单位要设立专职电气设备管理人员，根据配电变压器容量合理分配用电负荷，并定期检查三相电流是否平衡，如果电流不平衡度较大，必须及时进行负荷调整。

（3）加强对配电变压器的运行、维护、保养力度：用电单位需要定期检查使用变压器油液面高度，如果超出允许限度及时联系电力主管部门进行充、放油；做好变压器出线侧的保护，避免频繁短路对配电箱和变压器绝缘的损坏；做好配电变压器及动力配电箱的定期清扫、保养工作。

（4）供电管理单位对入网设备的安装和接入要严格按照规范，严把工程质量，做好入网配电变压器的选型，合理选用变压器接线方式和密封方式（推荐使用箱式变）；变压器容量和相应配电箱、跌落保险容量的设计要合理。

（5）维修配电变压器要由专业技术人员使用专用工具、仪器、仪表进行，操作要符合规程，调整档位需要检测调整前后的直流电阻；维修要注意避免损坏变压器的结构和绝缘，大修后投入运行前需要由电力管理部门进行试验，检测合格方可入网运行。

（6）正式用电一律采用箱式变，并纳入电力主管部门的统一调度、操作、运行管理；

（7）电力管理部门要按照电网要求，按照一定的周期强制对用户使用的配电变压器、避雷器、配电箱、接地网进行试验、检测，对于不合标准的变压器、避雷器或者绝缘降低的变压器配电箱要停止运行，并及时下发整改要求或者组织更换。

3 结论

配电变压器烧毁的原因是多方面的，有的是自然所致，客观因素造成，有的是人为因素造成。但是多数原因是我们通过做工作、定措施可以提前解决的。在配电变压器的运行过程中，电力用户自身也要做好对设备的控制和合理使用，配合电力管理部门制定的管理要求。另外，电力主管部门也需加强监督和技术把关。只要我们提高设备管理意识，认真做好日常运行、维护、检修工作，就能避免配电变压器烧毁事故的发生。