基于Labview的18脉冲ATRU变压器参数设计

摘要：以不对称式DP型18脉冲自耦变压整流器(ATRU)为研究对象，介绍了其工作原理及参数设计流程，并在Labview平台上完成了18脉冲ATRU变压器的设计软件，减小了18脉冲ATRU设计的复杂性。最后在软件设计的参数基础上完成了12．5 kW18脉冲ATRU的样机研制和实验验证。
关键词：自耦变压整流器；参数设计；软件

1 引言
多脉冲整流技术具有谐波抑制能力强，结构简单，可靠性高，过载能力强等特点，应用前景广阔。对18脉冲ATRU的变压器部分进行参数设计，并经过多次优化完成了基于Labview的软件设计，减小了18脉冲ATRU设计的复杂性。

2 工作原理
图1示出不对称式DP型18脉冲ATRU的电路原理图，其中，自耦变压器用于产生满足整流器要求的3组三相电压。

两组辅三相电压相位分别超前和滞后于主三相电压37°，幅值为其0．746倍。3组电压经整流桥后的输出电压为任意时刻线电压最大值，二极管按照相应线电压的矢量切换次序选通，输出18个幅值相同，相位间隔20°的电压，即18脉波。根据磁势平衡原理及基尔霍夫电流定律，可得各结点电流表达式及理论波形，进而得到输入电流理论波形为18脉冲阶梯方波，如图2所示。

根据波形计算可得，不对称式18脉冲ATRU输入电流的总谐波含量理论值为10．1％。实际铁心绕组中，每个铁心柱对应有一个初级绕组，4个次级绕组，初级绕组总匝数为Np，次级绕组Ns匝数分别为Ns1，Ns2，Ns3，Ns4，且Ns1=Ns4，Ns2=Ns3。通过矢量计算可得：Ns1／Np= 0．746，Ns2／Np=0．389。

3 DP型18脉冲ATRU软件设计步骤
3．1 磁芯型号选择
磁芯从BSD的E型铁心型号中选取，由于设计功率基本为5 kW以上，流过导线的电流均比较大，所以导线选用扁导线，而非圆导线，从而提高窗口的利用率。
3．2 参数设计软件的输入输出变量
软件设计的输入变量：电流密度j；铁心磁密度Bm；铁心尺寸；频率f(360～800 Hz)；有效截面系数ks；排绕系数kp；叠绕系数kd和功率等级P。
输出量：铁心尺寸及其有效截面积S；初、次级导线尺寸及要求：导线宽度d>3 mm，导线厚h>1mm，d>1．5mm，h7．5 mm；初、次级导线有效截面积Sp，Ss1，Ss2，Ss3，Ss4；初、次级线圈匝数Np，Ns1，Ns2，Ns3，Ns4；初、次级线圈层数Cp，Cs1，Cs2，Cs3，Cs4；窗口系数ku(0．2～0．4)。