• 電子變壓器

   編輯

本詞條由“科普中國”百科科學(xué)詞條編寫(xiě)與應用工作項目 審核 。

電子變壓器，具有將市電的交變電壓轉變?yōu)橹绷骱笤偻ㄟ^(guò)半導體開(kāi)關(guān)器件以及電子元件和高頻變壓器繞組構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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它主要是由高頻變壓器磁芯（鐵芯）與兩個(gè)或兩個(gè)以上的線(xiàn)圈組成，它們互不改變位置，從一個(gè)或兩個(gè)以上的電回路中，通過(guò)交流電力借助電磁感應作用，轉變成交流電壓及電流。而在高頻變壓器的輸出端，對一個(gè)或兩個(gè)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(lèi)    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(diǎn)

3. 3 發(fā)展概況

4. 4 分類(lèi)

5. 5 材料

6. 6 工藝流程

7. 7 性能指標

8. 8 原理

9. ? 特點(diǎn)

10. ? 自激式

11. ? 他激式

12. 9 用途

13. 10 相關(guān)計算

14. 11 現狀趨勢

15. 12 驗收試驗

定義

編輯

電子變壓器(Power Electronic Transformer, PET)又稱(chēng)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(guò)電力電子技術(shù)實(shí)現能量傳遞和電力變換的新型變壓器。對現有的電力電子變壓器拓撲結構進(jìn)行分析和總結，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)與基于電磁感應原理的高頻電能變換技術(shù)進(jìn)行結合，實(shí)現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備。這里所說(shuō)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、相序和波形等方面。 [1] 

特點(diǎn)

編輯

電子變壓器是一種新型的電能轉換設備，它不僅具備傳統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，還能夠實(shí)現電能質(zhì)量的調節、系統潮流的控制以及無(wú)功功率補償等其它附加功能。電力電子變壓器之所以能夠實(shí)現這些附加功能，主要是因為它通過(guò)引入電力電子變換技術(shù)及控制技術(shù)之后，能夠對變壓器的原方和副方的電壓或者電流的幅值、相位進(jìn)行靈活的處理和控制，并且可以根據實(shí)際需要對系統的潮流進(jìn)行控制。因而電力電子變壓器可以實(shí)現更為穩定和靈活的輸電，可以解決當今電力系統中所存在的許多問(wèn)題，其應用的前景也將十分廣闊。 [1] 

與傳統的電力變壓器相比，PET 具有如下特點(diǎn)：

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、輸出電壓且能夠實(shí)現單位功率因數，且變壓器兩側的電壓、電流均可控，因而能任意調節功率因數；

⑤具有斷路器的功能，大功率電力電子器件可瞬時(shí)(在微妙級時(shí)間內)關(guān)斷故障大電流，省去了繼電保護裝置。

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；能夠實(shí)現三相變兩相或三相變四相等特殊變換功能；能夠同時(shí)輸出交流電和直流電等。在文獻中，作者對常規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，文獻主要針對五種工況進(jìn)行了仿真研究，從仿真的結果來(lái)看，PET 無(wú)論是在滿(mǎn)載額定運行、低壓側一相斷線(xiàn)、三相短路，以及高壓側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，能夠避免一側系統的不平衡對另一側系統的影響，因而較常規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 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(zhuān)利中首先提出了一種包含高頻變壓器的電力電子拓撲電路。1980 年，美國海軍在一個(gè)項目中提出了一種由 AC/AC 的降壓變壓器構成的固態(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 結構的降壓變換器型電力電子變壓器拓撲結構。這種拓撲由于是直接交交型變換結構，中間沒(méi)有使用高頻變壓器，因而成本較低，且開(kāi)關(guān)器件數也較少。但由于該結構中不存在變壓器，因而其原方和副方之間并不能實(shí)現電氣隔離。 [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(guò)高頻技術(shù)來(lái)提升變壓器鐵芯材料的利用率，并以此減小系統的體積。另外，該變壓器還通過(guò)電力電子變換技術(shù)及控制技術(shù)實(shí)了功率因數校正、恒壓和恒流等功能。其研究成果在一個(gè)200V/3k VA 的實(shí)驗裝置上得到了實(shí)現，開(kāi)關(guān)頻率達到了 15k Hz，但仍存在效率稍低的缺點(diǎn)，大概在 80%～90%左右。 [1] 

20 世紀 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)配電系統中，一些新的電力電子變壓器的研究方案也在這時(shí)得以提出，并進(jìn)行了實(shí)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構，此后 1999 年 Ronan 和Sudnoff 提出了一種三級結構組成的電力電子變壓器拓撲結構，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(diǎn)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(gè)模塊上，從而降低了單個(gè)功率模塊上所承受的電壓應力。 [1] 

簡(jiǎn)單的變壓器是由閉合的導磁體和二個(gè)繞組組成，其中一個(gè)繞組與交流電源相連接，稱(chēng)為初級繞組Np，另一個(gè)繞組可以與負載相連接，稱(chēng)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(chēng)為空載電流。這個(gè)電流建立了沿磁芯磁路而閉合的交變磁通，磁通同時(shí)穿過(guò)初級繞組和次級繞組，在初級繞組中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢E1，次極產(chǎn)生互感電動(dòng)勢E2，則E1：E2=Np：Ns。Np為初級繞組匝數，Ns為次級繞組匝數。

變壓器在電子線(xiàn)路中起著(zhù)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(lèi)

編輯

A　按工作頻率分類(lèi)：

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(guò)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(lèi)：

電源變壓器：用于提供電子設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，穩壓變壓器，超隔離變壓器，傳輸線(xiàn)變壓器，漏磁變壓器

開(kāi)關(guān)電源變壓器：用于開(kāi)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(xiàn)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(chēng)檔墻(Margin Tape)

套管(Tube)

化學(xué)材料：焊錫(Solder Bar)，絕緣油(Varnish)，膠類(lèi)(Epoxy,Glue)，稀釋劑(Thinner)，助焊劑(Scaling Powder)，油墨(Ink)

工藝流程

編輯

1)預加工，如銅箔、骨架等預加工;(beforehand process)

2)繞線(xiàn);(winding coil)

3)理線(xiàn)(配線(xiàn))(termianl lead wire);

4)焊錫一;(dip solder 1)

5)組合磁芯，包含點(diǎn)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(guān)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

編輯

A.電感(Inductance)

B.漏電感(Leakage Inductance)

C.直流電阻(DC Resistance)

D.圈數比(Turn Ratio)

E.耐壓(Hi-POT)

F.絕緣阻抗(Insulation Resistance)

G.機械尺寸(Mechanical Dimension)

H.層間絕緣(Layer Insulation)

I.在線(xiàn)測試(In Circuit Test)