改变变压器联接方式可消除某些特定次数的谐波

在系统中配置输入一输出不同联接方式的变压器，可消除某些特定次数的谐波。这在单相和三相输入的UPS系统中都有成功的应用。

(1)使用Δ型/Y型变压器可消除3次谐波

当前的计算机开关电源(SMPS)和其他单相整流输入的设备(包括中小功率UPS)的输入谐波电流以3n次为主，3次谐波是中线电流大的主要原因(见图4-9)。如果在系统中配置Δ型/Y隔离变压器，则可轻易地消除3次谐波电流的传输，如图4-21所示。图4-21中，变压器次级是Y型接法，由于其负载主要是单相整流滤波电路，所以富含3n次谐波电流，且三相中的3次谐波电流(Ih3)在零线中叠加。而变压器初级是(Δ)接法，3次谐波电流(I’h3)在人绕组中形成环流，于是，在变压器的输入端就消除了3n次谐波。

(2)相移变压器与双整流器

12脉冲整流器对降低UPS输入电流谐波的作用，主电路如图4-19(a)所示，这是对变压器采用不同接法的最典型的应用。变压器初级是Δ接法，而次级是Δ型和Y型两组绕组，这里巧妙地利用了两组绕组形成的30。相位差，采用两组整流桥使5次、7次、17次、19次…等谐波相互抵消，注入电网的只有12k±1(k为正整数)次谐波，即11次、13次、23次、25次等谐波，各次谐波的有效值与谐波次数成反比，见公式(4-26)。

根据公式(4-26)，在不考虑输入滤波器的情况下，可计算12脉冲整流时输入电流的谐波失真度为:

约为6脉冲整流器THDI的1/2。

产生相移的方法有多种形式，图4-22给出了常用的相移变压器+双整流器的三种形式。

图4-22(a)是图4-19的示意图，这里用了一个三绕组变压器。12脉冲整流可以消除输入电流中的5次和7次谐波的关键是两组整流电压的相位差是30。。但是图4-22(a)由一个变压器输出两组不同接法的电压，对于大功率变压器两绕组的电压值和阻抗都不易做到很一致，运行时存在负载不均衡的问题，需要通过可控硅和电抗器的调节来纠正这种偏差，从而导致两个三相桥可控硅导通的相位差不能严格地保持30°变压器的两个次级绕组的匝比NY/NΔ为1/√3整数比为4/7(偏差1.04%)、7/12(偏差1.02%)、11/9(偏差0.27)。一般来说，变压器的绕组阻抗是很低的，很小的电压差别都会造成较大的电流不平衡。由此可见，要真正做到两组绕组的次级电压完全相同实际上是很不容易的。图4-22(b)用了两个变压器，并分别进行整流后叠加形成直流母线电压，第一个变压器是Δ/Δ型接法，初、次级电压并不形成相位差，而第二个变压器却是Δ/Y型接法，初、次级电压形成30°相位差。尽管两个变压器也有Y型连接和Δ型连接之分，因为两台变压器绕组的每匝电势可以设计成不相等，完全可以使两台变压器的次级绕组的电压趋于相等。再加上变压器初级绕组电抗不是公用的，对电流的平衡有调节作用，更有利于使两台变压器的电流平均分配。

图4-22(c)则是用自耦式移相变压器实现电压30°的相移，由于该变压器采用自藕结构，输出电压幅值和相移都可以做到比较准确。而重量、体积和成本都比前两种形式好得多。另一路是通过电感直接输入，加电感的目的是为了补偿自耙变压器的电感成分产生的附加相移，保证两个整流器输入电压的相位差是准确的30°

自耦式移相变压器有几种不同的接法，图4-23是其中的一种接法。左面是变压器绕组结构图。变压器为三相芯式，初级绕组为Δ型接法，匝数为Np，次级是三个独立的绕组，匝数为Ns。A、B、C三相输入直接与相移120。的B、C、A相的次级绕组串联后形成A'、B'、C'三相电压。A、B、C三相输入电压直接进入一组整流电路，而A'、B'、C'则进入另一组整流电路。为了保证OA与OA'、OB与OB'、OC与OC'这三组电压两两之间满足幅值相等而相位差为30°的条件，就必须严格计算和配置Np与Ns的匝比关系。从图4-23右面的相移关系可以看出，当OA与OA’幅值相等而相位差为30°时，Np与Ns应满足下面的关系:

由于自耦变压器只对一组整流供电，所以变压器容量和成本较Δ/Δ—Y型变压器(如图4-22a)大幅度地减小了。

不管是哪种电路形式，由于换相阻抗的不平衡而在输入端残留5、7次谐波都是无法避免的，表4-7和表4-8是一台100kVA的12脉冲UPS输入谐波的测试数据。区别是表4-8是在电路中增加了平衡电感。从实测数据可以看出，平衡电感对进一步抑制输入端5次和7次谐波、平衡两路电流和降低输入总电流失真度的作用都是非常明显的。