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一文了解电子变压器原理及优缺点

2019-05-17 11:35 来源:电源网综合 编辑:niko

本文主要讲了有关电子变压器的有关内容包括:电子变压器的概念、电子变压器特点、电子变压器分类、伺服电子变压器的工作原理、伺服电子变压器电气特性、伺服电子变压器环境条件等内容。

一、电子变压器

电子变压器(PowerElectronicTransformer,PET)又称电子电力变压器(ElectronicPowerTransformer,EPT),固态变压器(SolidStateTransformer,SST)和柔性变压器(FlexibleTransformer,FT),是一种通过电力电子技术实现能量传递和电力变换的新型变压器。对现有的电力电子变压器拓扑结构进行分析和总结,可以对电力电子变压器作出如下定义:所谓电力电子变压器,是一种将电力电子变换技术与基于电磁感应原理的高频电能变换技术进行结合,实现将一种电力特征的电能变换为另一种电力特征的电能的静止电力设备。这里所说的电能的电力特征主要是指电压(或电流)的幅值、频率、相位、相数、相序和波形等方面。

一文了解电子变压器原理及优缺点

二、电子变压器特点

①体积小,重量轻;

②用空气可冷却,不需绝缘油进行隔离,减少污染,且维护方便,安全性好;

③能够使变压器的副方输出恒定幅值的电压;

④能够改善电能质量,可以得到正弦波形的输入电流、输出电压且能够实现单位功率因数,且变压器两侧的电压、电流均可控,因而能任意调节功率因数;

⑤具有断路器的功能,大功率电力电子器件可瞬时(在微妙级时间内)关断故障大电流,省去了继电保护装置。

另外,电力电子变压器还具有一些特殊的用途如:与蓄电池连接之后,可以提高供电的可靠性;能够实现三相变两相或三相变四相等特殊变换功能;能够同时输出交流电和直流电等。在文献中,作者对常规电力变压器和自平衡电力电子变压器进行了仿真对比和分析,文献主要针对五种工况进行了仿真研究,从仿真的结果来看,PET无论是在满载额定运行、低压侧一相断线、三相短路,以及高压侧电压三相不平衡和有谐波污染等工况下都有较好的输入输出特性,能够避免一侧系统的不平衡对另一侧系统的影响,因而较常规电力变压器具有更加优良的性能。

QQ20190517-114525

三、电子变压器分类

A、按工作频率分类:

工频变压器:工作频率为50Hz或60Hz

中频变压器:工作频率为400Hz或1KHz

音频变压器:工作频率为20Hz或20KHz

超音频变压器:20KHz以上,不超过100KHz

高频变压器:工作频率通常为上KHz至上百KHz以上。

B、按用途分类:

电源变压器:用于提供电子设备所需电源的变压器

音频变压器:用于音频放大电路和音响设备的变压器

脉冲变压器:工作在脉冲电路中的的变压器,其波形一般为单极性矩形脉冲波

特种变压器:具有一种特殊功能的变压器,如参量变压器,稳压变压器,超隔离变压器,传输线变压器,漏磁变压器

开关电源变压器:用于开关电源电路中的变压器

通讯变压器:用于通讯网络中起隔直、滤波的变压器

一文了解电子变压器原理及优缺点

四、伺服电子变压器的工作原理

该变压器和传统变压器对伺服驱动器在功能上的等效性:这种产品是被设计和制造用于从交流(AC)到直流(DC)转换的专用系统。该单元在R,S,T之间输入三相AC380V电压时,在伺服驱动器额定功率输出时会在驱动器的内部直流母线上得到未稳压的大约268V到306V直流瞬时电压,该直流电压有效值约289V,而用传统的绕组变压器输出的三相AC200V到伺服驱动器后,在直流母线上得到的直流瞬时电压是266V到280V,该直流电压有效值是274V,这两种变压器在驱动器的内部直流母线上产生的直流电压有效值是近似相等的。而伺服驱动器真正需要的是一个较稳定的直流母线电压。

●输出功率的能力:影响驱动器功率输出的第一是直流母线电压有效值,第二是变压器提供瞬时最大电流的能力。对于瞬时过流能力而言,传统的绕组变压器由于是通过磁场传递能量,而且又由于铜的昂贵和绕组变压器漏感的存在,绕组变压器的过流能力受到很大限制;而这种电子式变压器的能量传递是直通的,只要设计合理,就可以保证足够的过流能力来提高伺服电机的动态响应能力。所以这种变压器被安全地用于在中国的三相380V线电压和各种进口的伺服驱动器的三相200V线电压输入之间做电压降压变换。

●关于输出电压、电流和可靠性:但该产品的任意俩个输出端子之间的电压并非标准的AC200V,故该产品不适用于给三相异步电机供电的场合,而只适用于最终需要直流电压的场合,例如伺服驱动器真正需要的是一个较稳定的直流母线电压。但该产品降压并非开关电源的脉宽调制原理,故这种产品的可靠性远比开关电源高。该产品是伺服驱动器专用变压器,输出AC200V是一个等效值,用AC电压表是测不准的。它输出的最大电流值由它的进线的线路阻抗和晶片的温度限定,只要变压器的进线(尤其是零线)够大而晶片的结温低于150度,变压器都设计为3-5倍的过载能力。如果它的电源进线(包括零线)太细,环境温度又很高,输出电流就会降低。

一文了解电子变压器原理及优缺点

五、伺服电子变压器电气特性

●安全地:内部输入和输出电路与外壳隔离,通过G端子引出公共地,故G端子必须手工用导线接到外壳,如不接,雷电窜入变压器输入端所产生的高压共模电压将无法被过压保护电路泄流到地,而直接导入到驱动器输入端。

●绝缘耐压:所有输入和输出端子并联同时对外壳的绝缘电阻,DC2500测试一分钟,绝缘电阻》1500兆欧。

●输入到输出隔离:无,不隔离。

●残余电压:在交流电压都断开后,输入和输出端之间的电压为零。

一文了解电子变压器原理及优缺点

六、伺服电子变压器环境条件

●操作温度:-55-+55度操作湿度:0-95%RH(不凝结)

●保存温度:-55度-+85度保存湿度:0-95%RH(不凝结)

●散热:通风良好,或电箱外配置散热风扇。

一文了解电子变压器原理及优缺点

七、伺服电子变压器优缺点

优点:

1.具有体积小、重量轻、效率高

2.发热量小、无噪音、抗干扰、电磁兼容性好

3.瞬时过载能力强,可达额定电流的3-5倍;

4.性能优越,效率≥99.8%;

5.安全可靠,质保五年,设计寿命长达二十年以上;

6.可并联运行。

缺点:

1.伺服电子变压器不稳定

2.耐受冲击性差

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