基于变压器电子式补偿三相-单相变换装置技术简介

       基于变压器电子式补偿三相-单相变换装置是通过电子式补偿装置对三相-两相变压器负载侧进行补偿，实现单相大功率负载下电网三相电流的平衡和功率因数的提高。

系统原理

1. 引言

       众所周知，电力系统供电都是采用三相交流制。但是在工业和交通运输业等行业的很多大功率场合中，还需要用到单相交流电，如电焊机、感应电炉、电气化铁道、城市轨道交通供电等场合。目前已有的技术方案采用的是在三相变单相的变压器的一个副边并联一个电容器来实现三相-单相的变换，其中采用的电容器大小是根据负载的大小来设计的，存在三相输入侧功率因数较低且在负荷波动的情况下，三相电流严重不对称、负序电流分量含量大等缺点。

       为解决单相大功率负载对电网的危害问题，基于变压器电子式补偿三相-单相变换装置通过电子式补偿装置对三相-两相变压器进行适当补偿，在负载波动的情况下，也能够保证三相交流侧输入功率因数高、三相交流侧输入电流对称、负序分量含量低。

2. 系统结构

       基于变压器电子式补偿三相-单相变换装置的结构示意图如图1所示：

       变压器原边绕组的接口分别与三相电网的A、B、C三相相连，副边输出的两个电压分别为和,由和合成的线电压给单相负载供电。副边输出电压的端口并联电子式补偿装置Ⅰ，副边输出电压的端口并联电子式补偿装置Ⅱ。

       通过检测负载电流和变压器副边输出的电压、的相位，数字控制器能够动态地跟踪负荷的变化，并通过计算产生相应的信号来控制电子式补偿装置开关管的导通与关断，从而达到动态补偿的目的。

图1 基于变压器电子式补偿三相-单相变换装置的结构示意图

3. 补偿原理

       基于变压器电子式补偿三相-单相变换装置可以在平衡变压器（Scott变压器、阻抗匹配平衡变压器、YNVD变压器、伍德桥变压器、多功能平衡变压器等）和非平衡变压器（如V/v变压器、YN/D变压器等）接线形式下应用。针对不同的变压器接线形式，只要选择相应的控制策略就可以实现补偿控制。下面以Scott变压器为代表的平衡变压器和以V/v变压器为代表的非平衡变压器为例，假设单相负载为阻性负载，来对其补偿原理作具体介绍。

1）Scott变压器原理

主电路接线图和向量图分别如图2和图3所示。

       变压器副边输出的两个电压分别为和，两个电压的相位相差90°，采用线电压给单相负载供电。在未投入补偿装置之前，变压器两个副边绕组输出的电流分别为，在此种情况下变压器原边的电流严重不对称，变压器原边侧负序电流分量含量大，功率因数也较低。

       基于变压器电子式补偿三相-单相的变换装置，在变压器副边的两输出端口分别并联了电子式补偿装置Ⅰ和电子式补偿装置Ⅱ。通过适当的控制，使得电子式补偿装置Ⅰ的电流为，电子式补偿装置Ⅱ的电流为，此时，变压器两输出端口的电流分别为，。由图3的向量图可以看出，此时变压器两输出端口电流对称，即满足，在这种情况下，根据Scott变压器原副边电流的变换关系可知，在变压器原边的三相电流对称，理想情况下，输入功率因数为1，负序电流分量为零。

图2 Scott变压器主电路接线图

图3 平衡变压器向量图

2）V/v变压器原理

       主电路接线图和向量图分别如图4和图5所示。变压器副边输出的两个电压分别为和，两个电压的相位相差60°，采用线电压给单相负载供电。在未投入补偿装置之前，和的相位如图中所示，其大小满足。在此种情况下，变压器原边的三相电流严重不对称，负序分量含量大。

       投入补偿装置后，通过适当的控制，使得电子式补偿装置Ⅰ的电流为，电子式补偿装置Ⅱ的电流为。在这种情况下，变压器副边的电流向量如图5所示，其大小满足，，且有=，与的相位相差120°。根据V/v变压器原副边电流的变换关系可知，变压器原边的三相电流对称，理想情况下，输入功率因数为1，负序电流分量为零。

图4 V/v变压器主电路接线图

图5 非平衡变压器向量图