多脈波整流器具有實現(xiàn)簡單、成本低、可靠性高等優(yōu)點，在大型艦船、火箭炮和坦克供電等軍事領(lǐng)域，以及電解、電鍍和直流電弧爐等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著“”制造強國戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，鋼鐵、裝備制造、冶煉等諸多傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域成為升級發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，大功率的多脈波整流器在傳統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場也將迎來新的發(fā)展契機(jī)。

移相變壓器是多脈波整流電路的必需器件，其主要作用是為整流橋提供幾組存在相位差的三相電壓。但是，移相變壓器體積龐大，約占整流裝置總體積的60%～70%，總質(zhì)量的80%，嚴(yán)重制約了大功率多脈波整流器的應(yīng)用。為了減小移相變壓器的體積，可對變壓器進(jìn)行改造：一是將其改造為自耦變壓器；二是改造為電力電子變壓器。

有學(xué)者發(fā)表研究指出，自耦聯(lián)結(jié)的移相變壓器通過其內(nèi)部的磁聯(lián)系和電連接進(jìn)行電能傳遞，成倍地降低了移相變壓器的體積和質(zhì)量。但是自耦型移相變壓器調(diào)壓困難，不能靈活地進(jìn)行電壓等級變換，且交直流側(cè)存在電聯(lián)系，降低了整流系統(tǒng)的安全性。

為兼顧變壓器的隔離性并同時減小變壓器體積，20世紀(jì)70年代，美國GE公司率先提出使用單相高頻變壓器進(jìn)行電能變換與傳遞。這為基于AC-AC電能變換的電力電子變壓器的研發(fā)提供了思路。為了豐富電力電子變壓器的功能，提高其可控性，該變壓器的結(jié)構(gòu)往多級電能變換的方向發(fā)展，如AC-DC-AC三級電能變換結(jié)構(gòu)。但是，多級化結(jié)構(gòu)的電力電子變壓器存在著電能轉(zhuǎn)換效率低，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性較差的問題。

本文所使用的變壓器是電力電子變壓器的一種特殊形式，因為這種變壓器兼顧移相的功能，故稱其為電力電子移相變壓器（Power Electronic Phase-shifting Transformer, PEPT）。有學(xué)者提出將電力電子變壓器應(yīng)用于多脈波整流電路中，但該文獻(xiàn)僅關(guān)注于前端的電能變換環(huán)節(jié)，未提及整流器工作頻率切換過程的原理分析，以及后級整流橋的工作模態(tài)。相對于多級電能變換的電力電子變壓器，本文所使用的拓?fù)?，電能變換級數(shù)降低，效率得到保證，控制方法更為簡單。

本文將對基于電力電子移相變壓器的12脈波整流技術(shù)進(jìn)行研究，實現(xiàn)高頻移相變壓器在并聯(lián)型12脈波整流電路中的應(yīng)用，以成倍地減小隔離型移相變壓器的體積。

所提拓?fù)潆娐分?，使用開關(guān)器件實現(xiàn)對電能頻率的控制，讓變壓器工作在高頻狀態(tài)。相對于工頻自耦型移相變壓器，電力電子移相變壓器可進(jìn)行電氣隔離，提高安全性，易升降壓，便于實現(xiàn)電壓等級變換的功能；相對于工頻隔離型移相變壓器，電力電子移相變壓器可以使鐵心體積減小，降低制造成本，提高功率密度，拓寬多脈波整流器的應(yīng)用場合。

文中首先對基于電力電子變壓器的12脈波整流電路進(jìn)行電路分析；其次給出電力電子移相變壓器與工頻移相變壓器的參數(shù)對比；然后進(jìn)行仿真和實驗驗證；最后得出結(jié)論。

圖1  基于電力電子移相變壓器的并聯(lián)型12脈波整流電路

圖8  移相變壓器的實物對比