• 電子變壓器

   編輯

本詞條由“科普中國(guó)”百科科學(xué)詞條編寫(xiě)與應(yīng)用工作項(xiàng)目 審核 。

電子變壓器，具有將市電的交變電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷骱笤偻ㄟ^(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件以及電子元件和高頻變壓器繞組構(gòu)成一種高頻交流電壓輸出的電子裝置，也是在電子學(xué)理論中所講述的一種交直交逆變電路。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它主要是由高頻變壓器磁芯（鐵芯）與兩個(gè)或兩個(gè)以上的線圈組成，它們互不改變位置，從一個(gè)或兩個(gè)以上的電回路中，通過(guò)交流電力借助電磁感應(yīng)作用，轉(zhuǎn)變成交流電壓及電流。而在高頻變壓器的輸出端，對(duì)一個(gè)或兩個(gè)以上的用電回路，供給不同電壓等級(jí)的高頻交流或直流電。

• 中文名

• 電子變壓器

• 類    型

• 交直交逆變電路

• 學(xué)    科

• 物理

• 電    流

• 高頻交流或直流電

目錄

1. 1 定義

2. 2 特點(diǎn)

3. 3 發(fā)展概況

4. 4 分類

5. 5 材料

6. 6 工藝流程

7. 7 性能指標(biāo)

8. 8 原理

9. ? 特點(diǎn)

10. ? 自激式

11. ? 他激式

12. 9 用途

13. 10 相關(guān)計(jì)算

14. 11 現(xiàn)狀趨勢(shì)

15. 12 驗(yàn)收試驗(yàn)

定義

編輯

電子變壓器(Power Electronic Transformer, PET)又稱電子電力變壓器(Electronic Power Transformer, EPT)，固態(tài)變壓器(Solid State Transformer, SST)和柔性變壓器(Flexible Transformer, FT)，是一種通過(guò)電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)能量傳遞和電力變換的新型變壓器。對(duì)現(xiàn)有的電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和總結(jié)，可

變壓器(3張)

 以對(duì)電力電子變壓器作出如下定義：所謂電力電子變壓器，是一種將電力電子變換技術(shù)與基于電磁感應(yīng)原理的高頻電能變換技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)將一種電力特征的電能變換為另一種電力特征的電能的靜止電力設(shè)備。這里所說(shuō)的電能的電力特征主要是指電壓(或電流)的幅值、頻率、相位、相數(shù)、相序和波形等方面。 [1] 

特點(diǎn)

編輯

電子變壓器是一種新型的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，它不僅具備傳統(tǒng)電力變壓器所具有的電壓變換、電氣隔離和能量傳遞等基本功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)、系統(tǒng)潮流的控制以及無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)绕渌郊庸δ?。電力電子變壓器之所以能夠?qū)崿F(xiàn)這些附加功能，主要是因?yàn)樗ㄟ^(guò)引入電力電子變換技術(shù)及控制技術(shù)之后，能夠?qū)ψ儔浩鞯脑胶透狈降碾妷夯蛘唠娏鞯姆?、相位進(jìn)行靈活的處理和控制，并且可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)系統(tǒng)的潮流進(jìn)行控制。因而電力電子變壓器可以實(shí)現(xiàn)更為穩(wěn)定和靈活的輸電，可以解決當(dāng)今電力系統(tǒng)中所存在的許多問(wèn)題，其應(yīng)用的前景也將十分廣闊。 [1] 

與傳統(tǒng)的電力變壓器相比，PET 具有如下特點(diǎn)：

①體積小，重量輕；

②用空氣可冷卻，不需絕緣油進(jìn)行隔離，減少污染，且維護(hù)方便，安全性好；

③能夠使變壓器的副方輸出恒定幅值的電壓；

④能夠改善電能質(zhì)量，可以得到正弦波形的輸入電流、輸出電壓且能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)，且變壓器兩側(cè)的電壓、電流均可控，因而能任意調(diào)節(jié)功率因數(shù)；

⑤具有斷路器的功能，大功率電力電子器件可瞬時(shí)(在微妙級(jí)時(shí)間內(nèi))關(guān)斷故障大電流，省去了繼電保護(hù)裝置。

另外，電力電子變壓器還具有一些特殊的用途如：與蓄電池連接之后，可以提高供電的可靠性；能夠?qū)崿F(xiàn)三相變兩相或三相變四相等特殊變換功能；能夠同時(shí)輸出交流電和直流電等。在文獻(xiàn)中，作者對(duì)常規(guī)電力變壓器和自平衡電力電子變壓器進(jìn)行了仿真對(duì)比和分析，文獻(xiàn)主要針對(duì)五種工況進(jìn)行了仿真研究，從仿真的結(jié)果來(lái)看，PET 無(wú)論是在滿載額定運(yùn)行、低壓側(cè)一相斷線、三相短路，以及高壓側(cè)電壓三相不平衡和有諧波污染等工況下都有較好的輸入輸出特性，能夠避免一側(cè)系統(tǒng)的不平衡對(duì)另一側(cè)系統(tǒng)的影響，因而較常規(guī)電力變壓器具有更加優(yōu)良的性能。 [1] 

發(fā)展概況

編輯

電力電子變壓器(最初叫做固態(tài)變壓器)的概念早在 20 世紀(jì) 70 年代初就被提出。1970 年，美國(guó) GE 的 W.Mc Murray 在他申請(qǐng)的一項(xiàng)專利中首先提出了一種包含高頻變壓器的電力電子拓?fù)潆娐贰?980 年，美國(guó)海軍在一個(gè)項(xiàng)目中提出了一種由 AC/AC 的降壓變壓器構(gòu)成的固態(tài)變壓器。1995 年，美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)提出了另一種 AC/AC 結(jié)構(gòu)的降壓變換器型電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種拓?fù)溆捎谑侵苯咏唤恍妥儞Q結(jié)構(gòu)，中間沒(méi)有使用高頻變壓器，因而成本較低，且開(kāi)關(guān)器件數(shù)也較少。但由于該結(jié)構(gòu)中不存在變壓器，因而其原方和副方之間并不能實(shí)現(xiàn)電氣隔離。 [1] 

1996 年，日本人 Koosuke Harada 提出了一種智能變壓器的概念，這種變壓器主要是通過(guò)高頻技術(shù)來(lái)提升變壓器鐵芯材料的利用率，并以此減小系統(tǒng)的體積。另外，該變壓器還通過(guò)電力電子變換技術(shù)及控制技術(shù)實(shí)了功率因數(shù)校正、恒壓和恒流等功能。其研究成果在一個(gè)200V/3k VA 的實(shí)驗(yàn)裝置上得到了實(shí)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到了 15k Hz，但仍存在效率稍低的缺點(diǎn)，大概在 80%～90%左右。 [1] 

20 世紀(jì) 90 年代末，電力電子技術(shù)的快速發(fā)展加快了電力電子變壓器領(lǐng)域研究的前進(jìn)步伐，國(guó)外在電力電子變壓器的研究上也取得了一定的進(jìn)展。特別是在工業(yè)配電系統(tǒng)中，一些新的電力電子變壓器的研究方案也在這時(shí)得以提出，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。美國(guó)德州 A&M 大學(xué)的 Moonshik Kang 和 Enjeti 首先提出了一種基于直接 AC/AC 變換的電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)，此后 1999 年 Ronan 和Sudnoff 提出了一種三級(jí)結(jié)構(gòu)組成的電力電子變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它主要由輸入級(jí)、隔離級(jí)和輸出級(jí)這三部分組成，這種方案的特點(diǎn)在于輸入級(jí)可以采用多級(jí)的功率模塊進(jìn)行串聯(lián)，因而輸入電壓可以被均分到每個(gè)模塊上，從而降低了單個(gè)功率模塊上所承受的電壓應(yīng)力。 [1] 

簡(jiǎn)單的變壓器是由閉合的導(dǎo)磁體和二個(gè)繞組組成，其中一個(gè)繞組與交流電源相連接，稱為初級(jí)繞組Np，另一個(gè)繞組可以與負(fù)載相連接，稱為次級(jí)繞組Ns。

如果初級(jí)繞組與交流電壓Ui的電源相連接，變壓器處于空載，在初級(jí)繞組中產(chǎn)生交變電源Io， Io稱為空載電流。這個(gè)電流建立了沿磁芯磁路而閉合的交變磁通，磁通同時(shí)穿過(guò)初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，在初級(jí)繞組中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)E1，次極產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)E2，則E1：E2=Np：Ns。Np為初級(jí)繞組匝數(shù)，Ns為次級(jí)繞組匝數(shù)。

變壓器在電子線路中起著升壓、降壓、隔離、整流、變頻、倒相、阻抗匹配、逆變、儲(chǔ)能、濾波等作用。

分類

編輯

A　按工作頻率分類：

工頻變壓器：工作頻率為50Hz或60Hz

中頻變壓器：工作頻率為400Hz或1KHz

音頻變壓器：工作頻率為20Hz或20KHz

超音頻變壓器：20KHz以上，不超過(guò)100KHz

高頻變壓器：工作頻率通常為上KHz至上百KHz以上。

B　按用途分類：

電源變壓器：用于提供電子設(shè)備所需電源的變壓器

音頻變壓器：用于音頻放大電路和音響設(shè)備的變壓器

脈沖變壓器：工作在脈沖電路中的的變壓器，其波形一般為單極性矩形脈沖波

特種變壓器：具有一種特殊功能的變壓器，如參量變壓器，穩(wěn)壓變壓器，超隔離變壓器，傳輸線變壓器，漏磁變壓器

開(kāi)關(guān)電源變壓器：用于開(kāi)關(guān)電源電路中的變壓器

通訊變壓器：用于通訊網(wǎng)絡(luò)中起隔直、濾波的變壓器

材料

編輯

電子變壓器材料主要有

骨架(Bobbin,Base,Case)

線材(Copper Wire)

磁芯(Ferrite Core,SI-Steel Lamination)

銅箔(Copper Foil)

絕緣膠帶(Tape)

安全膠帶，也稱檔墻(Margin Tape)

套管(Tube)

化學(xué)材料：焊錫(Solder Bar)，絕緣油(Varnish)，膠類(Epoxy,Glue)，稀釋劑(Thinner)，助焊劑(Scaling Powder)，油墨(Ink)

工藝流程

編輯

1)預(yù)加工，如銅箔、骨架等預(yù)加工;(beforehand process)

2)繞線;(winding coil)

3)理線(配線)(termianl lead wire);

4)焊錫一;(dip solder 1)

5)組合磁芯，包含點(diǎn)膠、包膠帶;(assembly)

6)測(cè)試一;(test 1)

7)烤膠;(bake glue)

8)含浸;(dip varnished or vacuumed varnish)

9)烤凡立水;(bake varnish)

10)焊錫二;(dip solder 2)

11)測(cè)試二;(test 2)

12)外觀檢查及清理;(inspection&cleaning)

13)成品包裝;(packing)

注意：此流程為通用流程，對(duì)于具體產(chǎn)品部分流程可刪除。

性能指標(biāo)

編輯

A.電感(Inductance)

B.漏電感(Leakage Inductance)

C.直流電阻(DC Resistance)

D.圈數(shù)比(Turn Ratio)

E.耐壓(Hi-POT)

F.絕緣阻抗(Insulation Resistance)

G.機(jī)械尺寸(Mechanical Dimension)

H.層間絕緣(Layer Insulation)

I.在線測(cè)試(In Circuit Test)