牛兰等：降压式18脉冲自耦变压器优化设计 ·457· 的变化对变压器性能的影响.国外学者Burgos和Uan- Zoi等30通过改变自耦变压器的绕组连接方式实 现对自耦变压器输出电压的调节，但调节幅度较小，效 果不明显.本文以传统P型18脉冲自耦变压器为研 究对象，提出一种新型降压式自耦变压器拓扑结构，通 h"o 过每相延长绕组与移相副边绕组的连接实现对变压器 三相输出电压的宽范围降压调节，并分析不同连接方 式下变压器性能，对自耦变压器的参数设计进行优化， 得到相同降压条件下降压式自耦变压器的最优结构 h'o 文章最后对上述设计进行仿真和实验验证. c"o b,. 1降压式自耦变压器拓扑结构 图1所示为降压式18脉冲自耦变压器拓扑图，自 耦变压器的每相原边含有两个绕组，一个延长绕组和 一个具有抽头的长绕组，副边为移相绕组，实现三组输 出电压间的37°相移.变压器每相延长绕组的首端为 电源输入端，尾端与移相副边绕组的抽头连接，以A 图1降压式自耦变压器拓扑图 相为例，图中。为延长绕组与副边绕组的连接抽头， Fig.1 Topology of step-down auto-transformer 通过延长绕组实现对变压器输出电压的降压调节.由 成18个电压矢量长度相等，且相邻矢量间隔为20°线 于延长绕组连接抽头可以在移相绕组的任意位置，所 电压，平滑输出 以自耦变压器优化设计的主要目的是分析延长绕组连 接抽头的位置变化对变压器等效容量的影响，得到一 2变压器性能分析 定降压比情况下变压器等效容量最小的拓扑结构 2.1变压器降压比及绕组匝数比 自耦变压器通过电压矢量叠加形成3组相位相差 自耦变压器全部绕组矢量图2(a)所示，根据三角 37°的三相交流电，以A相为例，变压器输出相电压表 形边角关系可知：1V1=0.2381Vxl,1V1=1V1= 达式为： 0.4461V.xl. Vs=VAN+VA+V 变压器部分绕组电压矢量图2(b)所示，令V= V.=Va+V+V. (1) -k,Va,V=-kV.,其中Va和V分别为变压 V=Vx+V+V 器绕组aa和bb,两端电压.由图2可知变压器A 且IV.NI=IV.xI=0.767IVs1.其中：Vs为变压器A 相输入相电压表达式为： 相输入相电压，Vs、Vx和Vx为变压器A相输出相电 VaN Vx +h Vn+k2 Vih (2) 压，V,…,V。分别为变压器绕组Aao,…,c2a"两端电 式中，k,为延长绕组比例系数，k?为延长绕组连接抽 压.B相、C相输出电压与A相类似.3组输出电压形 头位置系数，且k,>0,-0.16<k2<0.16. k,≥0 k<0 (a) b 图2变压器绕组电压矢量图.()全部绕组电压矢量图：(b)部分绕组电压矢量图 Fig.2 Vector diagram of transformer winding voltage:(a)vector diagram of all winding:(b)vector diagram of partial winding牛 兰等: 降压式 18 脉冲自耦变压器优化设计 的变化对变压器性能的影响． 国外学者 Burgos 和 Uan￾Zo-li 等［13--14］通过改变自耦变压器的绕组连接方式实 现对自耦变压器输出电压的调节，但调节幅度较小，效 果不明显． 本文以传统 P 型 18 脉冲自耦变压器为研 究对象，提出一种新型降压式自耦变压器拓扑结构，通 过每相延长绕组与移相副边绕组的连接实现对变压器 三相输出电压的宽范围降压调节，并分析不同连接方 式下变压器性能，对自耦变压器的参数设计进行优化， 得到相同降压条件下降压式自耦变压器的最优结构． 文章最后对上述设计进行仿真和实验验证． 1 降压式自耦变压器拓扑结构 图 1 所示为降压式 18 脉冲自耦变压器拓扑图，自 耦变压器的每相原边含有两个绕组，一个延长绕组和 一个具有抽头的长绕组，副边为移相绕组，实现三组输 出电压间的 37°相移． 变压器每相延长绕组的首端为 电源输入端，尾端与移相副边绕组的抽头连接，以 A 相为例，图中 a0 为延长绕组与副边绕组的连接抽头， 通过延长绕组实现对变压器输出电压的降压调节． 由 于延长绕组连接抽头可以在移相绕组的任意位置，所 以自耦变压器优化设计的主要目的是分析延长绕组连 接抽头的位置变化对变压器等效容量的影响，得到一 定降压比情况下变压器等效容量最小的拓扑结构． 图 2 变压器绕组电压矢量图． ( a) 全部绕组电压矢量图; ( b) 部分绕组电压矢量图 Fig． 2 Vector diagram of transformer winding voltage: ( a) vector diagram of all winding; ( b) vector diagram of partial winding 自耦变压器通过电压矢量叠加形成 3 组相位相差 37°的三相交流电，以 A 相为例，变压器输出相电压表 达式为: VaN = VAN + VAa0 + Va0a， Va'N = VaN + Vaa1 + Va1a'， Va″N = VaN + Vac2 + Vc2a″ { ． ( 1) 且| Va'N | = | Va″N | = 0. 767 | VaN | ． 其中: VAN为变压器 A 相输入相电压，VaN、Va'N和 Va″N为变压器 A 相输出相电 压，VAa0 ，…，Vc2a″分别为变压器绕组Aa0，…，c2 a″两端电 压． B 相、C 相输出电压与 A 相类似． 3 组输出电压形 图 1 降压式自耦变压器拓扑图 Fig． 1 Topology of step-down auto-transformer 成 18 个电压矢量长度相等，且相邻矢量间隔为 20°线 电压，平滑输出． 2 变压器性能分析 2. 1 变压器降压比及绕组匝数比 自耦变压器全部绕组矢量图 2( a) 所示，根据三角 形边角关系可知: | Vaa1 | = 0. 238 | VaN |，| Va1a' | = | Vb″a2 | = 0. 446 | VaN | ． 变压器部分绕组电压矢量图 2( b) 所示，令 VAa0 = － k1Va2a1 ，Va0a = － k2Vb2b1 ，其中 Va2a1 和 Vb2b1 分别为变压 器绕组 a2 a1 和 b2 b1 两端电压． 由图 2 可知变压器 A 相输入相电压表达式为: VAN = VaN + k1Va2a1 + k2Vb2b1 ． ( 2) 式中，k1 为延长绕组比例系数，k2 为延长绕组连接抽 头位置系数，且 k1 ＞ 0，－ 0. 16 ＜ k2 ＜ 0. 16． · 754 ·