基于Labview的18脈沖ATRU變壓器參數設計

摘要：以不對稱式DP型18脈沖自耦變壓整流器(ATRU)為研究對象，介紹了其工作原理及參數設計流程，并在Labview平臺上完成了18脈沖ATRU變壓器的設計軟件，減小了18脈沖ATRU設計的復雜性。最后在軟件設計的參數基礎上完成了12．5 kW18脈沖ATRU的樣機研制和實驗驗證。
關鍵詞：自耦變壓整流器；參數設計；軟件

1 引言
多脈沖整流技術具有諧波抑制能力強，結構簡單，可靠性高，過載能力強等特點，應用前景廣闊。對18脈沖ATRU的變壓器部分進行參數設計，并經過多次優(yōu)化完成了基于Labview的軟件設計，減小了18脈沖ATRU設計的復雜性。

2 工作原理
圖1示出不對稱式DP型18脈沖ATRU的電路原理圖，其中，自耦變壓器用于產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組電壓經整流橋后的輸出電壓為任意時刻線電壓最大值，二極管按照相應線電壓的矢量切換次序選通，輸出18個幅值相同，相位間隔20°的電壓，即18脈波。根據磁勢平衡原理及基爾霍夫電流定律，可得各結點電流表達式及理論波形，進而得到輸入電流理論波形為18脈沖階梯方波，如圖2所示。

根據波形計算可得，不對稱式18脈沖ATRU輸入電流的總諧波含量理論值為10．1％。實際鐵心繞組中，每個鐵心柱對應有一個初級繞組，4個次級繞組，初級繞組總匝數為Np，次級繞組Ns匝數分別為Ns1，Ns2，Ns3，Ns4，且Ns1=Ns4，Ns2=Ns3。通過矢量計算可得：Ns1／Np= 0．746，Ns2／Np=0．389。

3 DP型18脈沖ATRU軟件設計步驟
3．1 磁芯型號選擇
磁芯從BSD的E型鐵心型號中選取，由于設計功率基本為5 kW以上，流過導線的電流均比較大，所以導線選用扁導線，而非圓導線，從而提高窗口的利用率。
3．2 參數設計軟件的輸入輸出變量
軟件設計的輸入變量：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ks；排繞系數kp；疊繞系數kd和功率等級P。
輸出量：鐵心尺寸及其有效截面積S；初、次級導線尺寸及要求：導線寬度d>3 mm，導線厚h>1mm，d>1．5mm，h7．5 mm；初、次級導線有效截面積Sp，Ss1，Ss2，Ss3，Ss4；初、次級線圈匝數Np，Ns1，Ns2，Ns3，Ns4；初、次級線圈層數Cp，Cs1，Cs2，Cs3，Cs4；窗口系數ku(0．2～0．4)。