基于Labview的18脈沖ATRU變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)

摘要：以不對(duì)稱式DP型18脈沖自耦變壓整流器(ATRU)為研究對(duì)象，介紹了其工作原理及參數(shù)設(shè)計(jì)流程，并在Labview平臺(tái)上完成了18脈沖ATRU變壓器的設(shè)計(jì)軟件，減小了18脈沖ATRU設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。最后在軟件設(shè)計(jì)的參數(shù)基礎(chǔ)上完成了12．5 kW18脈沖ATRU的樣機(jī)研制和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：自耦變壓整流器；參數(shù)設(shè)計(jì)；軟件

1 引言
多脈沖整流技術(shù)具有諧波抑制能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，過(guò)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。對(duì)18脈沖ATRU的變壓器部分進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，并經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化完成了基于Labview的軟件設(shè)計(jì)，減小了18脈沖ATRU設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

2 工作原理
圖1示出不對(duì)稱式DP型18脈沖ATRU的電路原理圖，其中，自耦變壓器用于產(chǎn)生滿足整流器要求的3組三相電壓。

兩組輔三相電壓相位分別超前和滯后于主三相電壓37°，幅值為其0．746倍。3組電壓經(jīng)整流橋后的輸出電壓為任意時(shí)刻線電壓最大值，二極管按照相應(yīng)線電壓的矢量切換次序選通，輸出18個(gè)幅值相同，相位間隔20°的電壓，即18脈波。根據(jù)磁勢(shì)平衡原理及基爾霍夫電流定律，可得各結(jié)點(diǎn)電流表達(dá)式及理論波形，進(jìn)而得到輸入電流理論波形為18脈沖階梯方波，如圖2所示。

根據(jù)波形計(jì)算可得，不對(duì)稱式18脈沖ATRU輸入電流的總諧波含量理論值為10．1％。實(shí)際鐵心繞組中，每個(gè)鐵心柱對(duì)應(yīng)有一個(gè)初級(jí)繞組，4個(gè)次級(jí)繞組，初級(jí)繞組總匝數(shù)為Np，次級(jí)繞組Ns匝數(shù)分別為Ns1，Ns2，Ns3，Ns4，且Ns1=Ns4，Ns2=Ns3。通過(guò)矢量計(jì)算可得：Ns1／Np= 0．746，Ns2／Np=0．389。

3 DP型18脈沖ATRU軟件設(shè)計(jì)步驟
3．1 磁芯型號(hào)選擇
磁芯從BSD的E型鐵心型號(hào)中選取，由于設(shè)計(jì)功率基本為5 kW以上，流過(guò)導(dǎo)線的電流均比較大，所以導(dǎo)線選用扁導(dǎo)線，而非圓導(dǎo)線，從而提高窗口的利用率。
3．2 參數(shù)設(shè)計(jì)軟件的輸入輸出變量
軟件設(shè)計(jì)的輸入變量：電流密度j；鐵心磁密度Bm；鐵心尺寸；頻率f(360～800 Hz)；有效截面系數(shù)ks；排繞系數(shù)kp；疊繞系數(shù)kd和功率等級(jí)P。
輸出量：鐵心尺寸及其有效截面積S；初、次級(jí)導(dǎo)線尺寸及要求：導(dǎo)線寬度d>3 mm，導(dǎo)線厚h>1mm，d>1．5mm，h7．5 mm；初、次級(jí)導(dǎo)線有效截面積Sp，Ss1，Ss2，Ss3，Ss4；初、次級(jí)線圈匝數(shù)Np，Ns1，Ns2，Ns3，Ns4；初、次級(jí)線圈層數(shù)Cp，Cs1，Cs2，Cs3，Cs4；窗口系數(shù)ku(0．2～0．4)。