• 電子變壓器

   編輯

本詞條由“科普中國”百科科學(xué)詞條編寫與應(yīng)用工作項目 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^半導(dǎo)體開關(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。 簡單來說，它主要是由高頻變壓器磁芯（鐵芯）與兩個或兩個以上的線圈組成，它們互不改變位置，從一個或兩個以上的電回路中，通過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，對一個或兩個以上的用電回路，供給不同電壓等級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

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

10. ? 自激式

11. ? 他激式

12. 9 用途

13. 10 相關(guān)計算

14. 11 現(xiàn)狀趨勢

15. 12 驗收試驗

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)，是一種通過電力電子技術(shù)實現(xiàn)能量傳遞和電力變換的新型變壓器。對現(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

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)潮流的控制以及無功功率補(bǔ)償?shù)绕渌郊庸δ堋ｋ娏﹄娮幼儔浩髦阅軌驅(qū)崿F(xiàn)這些附加功能，主要是因為它通過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怠⑾辔贿M(jìn)行靈活的處理和控制，并且可以根據(jù)實際需要對系統(tǒng)的潮流進(jìn)行控制。因而電力電子變壓器可以實現(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：

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(在微妙級時間內(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；能夠同時輸出交流電和直流電等。在文獻(xiàn)中，作者對常規(guī)電力變壓器和自平衡電力電子變壓器進(jìn)行了仿真對比和分析，文獻(xiàn)主要針對五種工況進(jìn)行了仿真研究，從仿真的結(jié)果來看，PET 無論是在滿載額定運(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 GE 的 W.Mc Murray 在他申請的一項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，美國海軍在一個項目中提出了一種由 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)，中間沒有使用高頻變壓器，因而成本較低，且開關(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高頻技術(shù)來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，該變壓器還通過電力電子變換技術(shù)及控制技術(shù)實了功率因數(shù)校正、恒壓和恒流等功能。其研究成果在一個200V/3k VA 的實驗裝置上得到了實現(xiàn)，開關(guān)頻率達(dá)到了 15k Hz，但仍存在效率稍低的缺點，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得以提出，并進(jìn)行了實驗驗證。美國德州 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、隔離級和輸出級這三部分組成，這種方案的特點在于輸入級可以采用多級的功率模塊進(jìn)行串聯(lián)，因而輸入電壓可以被均分到每個模塊上，從而降低了單個功率模塊上所承受的電壓應(yīng)力。 [1] 

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

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

開關(guān)電源變壓器：用于開關(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，包含點膠、包膠帶;(assembly)

6)測試一;(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.在線測試(In Circuit Test)