整流变压器的使用原理

许亚迪， 张路莹， 郑文青， 周麟坤

（山东科技大学， 山东 济南 230031）

1 整流变压器简介

用于大型直流整流器应用的变压器实际上是一种整流器件。本应用是变压器和整流电路的组合，它具有在整流原边后原边输入交流电和副边输出直流电的功能。整流电路是将交流电转换为直流电的电路，通常由主电路、滤波器和变压器组成[1]。大多数用于工业的整流直流电源通过整流变压器和整流器设备从交流电网获得。在这项研究中，将主要解释基本原理、应用和现有的技术问题。

2 整流变压器工作原理

2.1 工作原理

整流变压器的最大特点是次级电流而非正弦交流电。由于随后的整流器部件的导通特性，每个相线以负载电流流动，并且单向脉动电流由滤波器装置转换为DC。整流变压器的二次电压和电流不光与容量连接组有关，而且与初级侧交流电的质量有关。以三相桥式整流电路为例，双路反向带平衡电抗器的整流电路在二次整流电路后不转换所需的直流输出电压。所以，整流变压器参数的计算一般是以整流线路为前提的，参数计算是从次要计算到主要计算[2-3]。

下面简要介绍三相整流电路的工作。工业上使用的大功率直流电源主要是通过二极管或晶闸管整流三相正弦交流电获得的。如图1所示，三相交流电源通过一个三相变压器进行变压，其二次星形连接与三相桥式电路a，b和c端子连接。图1中的6个二极管分为两组，第一组VT1、VT3和VT5是公共负极连接，而第二组VT2、VT4和VT6是公共正连接。之后，每组中的3个二极管或晶闸管导通。对于普通的负电极组，具有最高正电位的二极管或晶闸管导通；对于公共正极组，具有最低负极电位的二极管或晶闸管导通。同时，每组中只有一个二极管或晶闸管导通，另一个不导通。

图1 变压器的二次侧（二极管）

2.2 应用

大型直流整流变压器广泛应用于照明、机床设备、机电设备、医疗设备、整流装置等各个行业。电化学工业应用了大部分精馏，因为电解有色金属化合物生产铝、镁、铜和其他金属。使用整流系统的变压器占公司总用电量的80%左右[4]。

在电力系统应用中，大型直流整流变压器常用于直流输电线路换流站，直流输电系统的核心是完成交、直流转换。直流输电的经济效益远高于交流输电在高压输电中的经济效益。这种整流变压器的电压一般在110 kV以上，容量在几万千伏安，在使用中需要注意接地绝缘的交、直流叠加问题。大型直流整流变压器将交流系统电压转换为换相电压，并利用变压器绕组的不同连接为两个换相转换器提供相同的幅度和相位差30°（基波电角度），实现12次脉动换向。它也是相互隔离的，以避免交流系统的中性点接地和直流部分中性点的直接连接，这使得换相无法执行[5]。

2.3 技术问题

由于变压器中电力电子设备固有的非线性影响，在转换过程中会产生大量谐波，对公共电网造成污染，严重危及电力和电力的供应。在这种情况下，不仅会降低电网供电质量，还会造成巨大的电力浪费。因此，必须采取先进的测量装置，以确保供气设备的安全和经济运行。

3 结语

由于直流输电的普及和大规模应用，在电解工业中应用了大量的直流电源，通过电解电解质获得化学元素。同时，使用大型直流整流器的变压器大多用于直流输电系统，用作换流站和负载终端。然而，在整流变压器中，由于谐波的影响，会对电网和直流电的质量产生影响。目前，通过改变布线方式和采用新材料，谐波效应普遍降低。总之，整流变压器的应用越来越广泛，各大高校和科研院所提供了一系列解决整流器系统谐波损耗、减振、降噪等重要问题的方法。