整流變壓器設(shè)計

1、整流變壓器設(shè)計1、帶有平衡電抗器的雙反星形可控整流變壓器的設(shè)計：此種變壓器的優(yōu)點：在電解、電鍍設(shè)備中經(jīng)常需要低電壓，大電流的可調(diào)直流電 源，在鋼廠連軋機拖動電機中也需要很大的直流功率， 這時都需要大容量可控整 流設(shè)備。在大容量整流中，需要高電壓就存在閘流管子串聯(lián)的均壓問題，要大電流就存在閘流管并聯(lián)均流問題，大容量可控直流還必須設(shè)法解決直流電壓脈動和高次諧 波，才能提高電壓質(zhì)量，減少設(shè)備對電網(wǎng)的危害問題。而帶平衡電抗器的雙發(fā)星形可控整流電路的特點正好就滿足這種低電壓大電流 場合的需要，它的特點1,二次低壓繞組分成兩個繞組，都為星形但接到管子的 同名端相反，構(gòu)成兩個相反的星形，所以叫雙反星形。特點

2、2,兩個二次繞組的中心點通過平衡電抗器連接在一起，其中平衡電抗器是一個帶有中心抽頭的繞在 鐵心上的兩組銅排。1) 、整流變壓器已知參數(shù)：變壓器規(guī)格型號：ZHSQ 400/0.5，配套整流柜子：KHS04 3150/72，Id = 3150A,Ud= 72V,控制角 a = 0。2) 、求整流變壓器未知參數(shù)：二次側(cè)線電壓 U?= (72V- 1.17 )X 1.135 XV3 = 121V，其中1.17為三相半波 電壓換算系數(shù)，1.135為電壓損失系數(shù)，它包括變壓器的阻抗壓降68%它占大頭，次臺阻抗壓降設(shè)計值為7.01%，阻抗壓降值是由變壓器使用單位或設(shè)計部 門提出一個較小范圍，其它壓降還包括晶

3、閘管、引線銅排及平衡電抗器產(chǎn)生的壓 降，變壓器高壓有分接開關(guān)的，這些值可以估算。二次側(cè)電流l?= 3150AX 0.289 =910.4A，其中0.289為三相半波電流換算系數(shù)。 二次側(cè)也為閥側(cè)容量 S?= 3150AX 72VX 1.135 X 1.48 = 381KVA 1.135為壓降系 數(shù)，1.48為三相半波電感負載二次側(cè)容量換算系數(shù)。一次側(cè)也叫網(wǎng)側(cè)，電壓由用戶確定。一次側(cè)容量 S?= 3150AX 72VX 1.135 X 1.05 = 270KVA。為什么在電力變壓器上二次側(cè)容量幾乎等于一次側(cè)容量，中間只差鐵損和銅損， 例如100KVA的電力變壓器，當(dāng)cos =1時，假設(shè)Po+Pk

4、=2%那么二次側(cè)只能輸 出98KVA這個百分比隨著變壓器容量增大而減小。而該種整流變壓器，一次側(cè) 計算容量為270KVA 二次側(cè)計算容量高達381KVA不是該種變壓器能放大功率， 而是整流電路有控制角時，二次側(cè)流過的是缺角的正弦波，在畸變的波形中含有 直流分量和交流分量，交流分量可以通過變壓器的一次側(cè)進行能量交換，而直流分量則只能在變壓器二次側(cè)內(nèi)部流動，如果兩側(cè)按同容量同電密進行設(shè)計，其結(jié)果二次側(cè)繞組及引線銅排的溫度會大大超過標準值，這就是兩側(cè)容量不同的原因 所在。一次側(cè)電流=270KVAr（ 380XV3） =410.2A變壓器計算容量也為平均容量系數(shù) =1.485+1.05=1.26平均容

5、量=1.26 X 3150AX 72VX 1.135=326KVA也可以=（270KVA+381KVA于 2=326KVA實際容量=326KVA+48KVA=374KVA （48KVAF面將要計算的平衡電抗器容量）變壓器型式容量因接近國家規(guī)定的容量等級 400,所以定為400KVA阻抗壓降的計算：一般同容量同電壓等級整流變壓器的阻抗壓降要大于電力變壓 器，次臺用戶給的阻抗壓降范圍是 68%設(shè)計結(jié)果為7.1%。設(shè)計計算時把線包 的高與寬套進阻抗計算公式，計算結(jié)果超出上下限，就得重新調(diào)整線包的高和寬 直到滿意。鐵心與線包細高阻抗就小，鐵心與線包矮粗阻抗就大，如果設(shè)計的變 壓器違背這個原則，輕則不好

6、用重則不能用，有關(guān)阻抗壓降的詳細計算將在后邊 的三相電力變壓器設(shè)計中談到。通常沒有抽頭的小型整流變壓器，影響壓降的因素要計算的細而全，而帶有分接 抽頭的大一些整流變壓器只需要大概估算一下。此種整流變壓器分接抽頭35個，高壓每相一個線包，抽頭613就得把高壓 分成主包和調(diào)壓線包兩種線包。從整流線路看低壓線包為兩個線包， 實際上把兩 個線包交叉繞在一起，構(gòu)成一個雙餅式線包，在引出銅排時同相兩個首頭電角度 相差180度。變壓器制造廠在設(shè)計內(nèi)外引出銅排時，都是按行業(yè)標準選取電密（但也有例外， 見我的博客變壓器故障分析第九章第 76個問題：圖省錢修改變壓器圖紙造成返 工一文），絕對沒有多余的，使用單位在

7、選取連接銅排時截面應(yīng)大于制造廠家的截面，但有些用戶正好相反，看來當(dāng)時省錢，但投產(chǎn)后每時每刻都在你的錢袋子 抽取比當(dāng)時省下的多若干倍的錢。3) 、平衡電抗器設(shè)計計算：平衡電抗器結(jié)構(gòu)為口字型鐵心兩側(cè)繞的兩組銅排線包匝數(shù)相等， 使兩邊電感量相 等。流過它的電壓波形為3倍基波，即150HZ的近似三角波。在它兩組線包產(chǎn)生 的不平衡電流通過兩組星形線包及閘流管構(gòu)成回路， 而不流經(jīng)負載，這個電流被 稱為環(huán)流或平衡電流。為了使兩組電流盡可能平均分配，一般應(yīng)使平衡電抗器的 電感量足夠大，把環(huán)流限制在負載額定電流的 12沱內(nèi)。設(shè)置平衡電抗器是為了保證兩組三相半波整流電路同時導(dǎo)電， 使每組承擔(dān)一半負 載，因此與三相

8、橋式整流電路相比，在采用相同閘流管的條件下，雙反星形帶平 衡電抗器的輸出電流可大一倍。如果沒有平衡電抗器，相當(dāng)6相半波整流，任一瞬間只有一個管子導(dǎo)通，其它 5 個管子均承受反壓而阻斷。作為6相半波整流，因管子導(dǎo)通時間短，變壓器利用 率低，體現(xiàn)不出供應(yīng)大電流的優(yōu)點，故極少采用。所以有無平衡電抗器是區(qū)別雙 發(fā)星形和6相半波電路的關(guān)鍵，我廠造的整流變壓器很多都是帶平衡電抗器的， 故認識它很有必要。現(xiàn)總結(jié)一下帶平衡電抗器的雙發(fā)星形整流電路有如下優(yōu)點：1、雙發(fā)星形為兩組三相半波整流電路的并聯(lián)，而且需要平衡電抗器，使整流輸 出電壓脈動比三相半波小，與 6相半波一樣。2、解決了半波整流電路中的直流磁化問題。

9、3、與三相半波相比，變壓器利用率提高了一倍。4、管子導(dǎo)電時間比6相半波增加了一倍。1) 、平衡電抗器已知參數(shù)：二次側(cè)相電壓=121VV3=69.86V,直流支路電流=3150冷2=1575A2) 、求平衡電抗器未知參數(shù)：電抗器的端電壓=69.86W(1-0.827) X COS2 ( a =0 時 COSa =1)=69.86V X0.416 30V電抗器容量=30VX 1575A=47.25 48KVA電抗器匝壓=Ke （取 1.1 ）XV48KVA=7.62V電抗器匝數(shù)=300 7.62V=3.944匝，每支路兩匝電抗器鐵心截面=15X匝壓十磁密=15X（ 30V- 4匝）十（0.95 X

10、 0.8 ）=148cn2（注: 早年硅鋼片質(zhì)量不好時取的磁密，0.95T=9500高斯，由于電抗器坐在主變上鐵 軛上，因溫度扁高故取正常值的 0.8倍，148cn2為有效值，實際截面=148cn2- 0.95=154cm2,0.95 為系數(shù)）最后確認磁密=（30VX 104） - （4.44 X 150HzX 4 匝 X 148cn2=0.76，與 0.95 X 0.8=0.76 相符。電抗器線包用銅排：8mnX60mm電密=1575A8X60mm=3.28A/mm略小于主變 電密。電抗器鐵心尺寸：外正方形 264mnX 264mm內(nèi)正方形64mnX 64mm電抗器鐵心窗高：60mm+X 2

11、mm=64mm8高：8mnX 4 匝+5X 6mm+2mm=64mm較大三相整流變壓器的鐵心采用圓柱形，它的鐵心截面、窗口面積、線包尺寸、 導(dǎo)線的選取、Io、Po Pk、Uk、溫升等都得詳細計算，具體這些計算參見后面將 要說到的三相電力變壓器設(shè)計。2、不可控三相橋式整流變壓器設(shè)計：1）、整流變壓器已知參數(shù)：直流電壓Ud=460V直流電流Id=1000A2）、求整流變壓器未知參數(shù)：二次側(cè)電壓U?= （460V- 2.34 ）XV 3X 1.1=375V，（ 2.34為三相橋式整流電路電壓換算系數(shù)，1.1為變壓器阻抗壓降、整流二極管壓降、引線銅排壓降之和系 數(shù)）。二次側(cè)電流I ?=1000AX 0

12、.816=816A，（ 0.816為三相橋式整流電路電流換算系 數(shù)）。變壓器二次側(cè)容量 P?=1000AX 460VX 1.1 X 1.05=531KVA（ 1.05為容量換算系數(shù)）。變壓器一次側(cè)容量 P?=375VX 816AXV3=530KVA通過上述兩種不同類型整流變壓器容量計算， 可以看出三相橋式不可控，整流后 的脈動直流畸變不大，一二次側(cè)電能幾乎全部可以進行交換， 不存在那側(cè)容量大 那側(cè)容量小的問題。有的用戶要求整流變壓器的直流電壓直流電流變化范圍較大，制造廠把高壓設(shè)計成1327檔，它們使用的是有載開關(guān)，而 35檔使用的是無載開關(guān)。35檔 可在高壓線包上直接抽頭，1327檔則擁有獨立

13、的調(diào)壓線包，還可以進行正反 調(diào)壓使調(diào)壓范圍更大。用食鹽水進行電解產(chǎn)生氫氧化鈉的整流變壓器電壓在60105%圍內(nèi)，用13檔就可以，電解鋁、錳、鋅及冶煉碳化硅電壓在10105%得使用27檔。有載開關(guān)因使用中經(jīng)常換擋，產(chǎn)生的電弧容易使油老化，有載開關(guān)內(nèi)的油比變壓 器內(nèi)的油老化和臟的快，所以兩者的油不得串門子。3、移相整流變壓器的設(shè)計：整流變壓器相數(shù)越多，整流后的直流脈動頻率越高，電流越平滑，后邊需要的濾 波電感和濾波電容容量會更小，整流電路的種類與脈動頻率見下表。整流電路的種類波頭之間的電角度直流脈動頻率說明單相半波整流電 路36050Hz整流電路很容易做到單相全波整流電 路180100Hz整流電路

14、很容易做到三相半波整流電 路120150Hz整流電路很容易做到六半三橋整流電路60300Hz整流電路很容易做到24相整流電路151200Hz必須米用移相技術(shù)36相整流電路10。1800Hz必須米用移相技術(shù)36相要用三臺整流變壓器，其中一臺移相 +5, 臺0, 一臺-5 , 24相要 用兩臺整流變壓器，通常兩個器身裝在一個油箱內(nèi)，一臺移相+7.5。，另一臺移 相-7.5。每臺低壓聯(lián)結(jié)組分為正星形，反星形，正三角，反三角形成 12相， 高壓線包一臺采用右移聯(lián)結(jié)另一臺采用左移聯(lián)結(jié)，合用形成 24相。所謂右移聯(lián)結(jié)就是把A相高壓線包的一部分繞在B相上，B相一部分繞在C相上, C相一部分繞在A相上，左移聯(lián)

15、結(jié)與右移聯(lián)結(jié)正好移動方向相反。高壓主包匝數(shù)、 移相包匝數(shù)與高壓不移相匝數(shù)計算值構(gòu)成一個三角形，主包與移相包的匝數(shù)夾角 為固定120主包與不移相計算匝數(shù)的夾角就是變壓器的移相角a，移相包與不移相計算匝數(shù)的夾角為60 - a。曲折形聯(lián)結(jié)時主包、移相包、容量與移相角的關(guān)系見下表:移相角度a057.5 102030主包%比0.94590.91610.88460.74220.5774移相包比()0.10060.15070.20050.39490.5774變壓器容量比11.0451.06681.08511.13711.1548例如：ZHST-8000/35移相整流變壓器高壓線包計算已知不移相高壓線包計算匝

16、數(shù)為 866匝，移相角度 a = 7.5 主包匝數(shù)計算=(sin52.5 x 866匝)十sin120 =793匝也可以=866匝x 0.9161=793匝移相包匝數(shù)計算=(sin7.5 x 793匝)十sin52.5 =131匝 也可以=866匝x 0.1507=131 匝。六 電抗器的設(shè)計1、電抗器種類及用途：依靠線圈的感抗阻礙電流變化的電器叫電抗器.，電抗器 常用作限流.穩(wěn)流降壓.補償.移相等.按用途分為以下幾種：1. 限流電抗器-又叫串連電抗器.補償電容器組回路中串入電抗器后，能 抑制電容器支路的高次諧波，降低操作過電壓，限制故障過電流2. 并聯(lián)電抗器-一般接于超高壓輸電線的末端和地之

17、間，起無功補償作 用3. 消弧電抗器-又稱消弧線圈接于3相變壓器的中性點與地之間，用 以在3相電網(wǎng)的1相接地時供給電感性電流，以補償流過接地點的電容性電流， 消除過電壓4. 起動電抗器-與電動機串連，限制其起動電流5. 電爐電抗器-與電爐變壓器串連，限制其短路電流6. 濾波電抗器-用于整流電路，以減少電流上紋波的幅值；可與電容器 構(gòu)成對某種頻率共振的電路，以消除電力電路某次諧波的電壓或電流7. 分裂電抗器在結(jié)構(gòu)上和普通的電抗器沒有大的區(qū)別。 只是在電抗線圈 的中間有一個抽頭，用來連接電源，于是一個電抗器形成兩個分支，此二分支可 各接一個（如廠用母線），其額定電流相等。正常運行時，由于兩分支里電

18、流方向相反，使兩分支的電抗減小，因而電壓損失 減小。當(dāng)一分支出線發(fā)生短路時，該分支流過短路電流，另一分支的負荷電流相 對于短路電流來說很小，可以忽略其作用，則流過短路電流的分支電抗增大， 壓 降增大，使母線的殘余電壓較高。8、平波電抗器平波電抗器DL在串級調(diào)速系統(tǒng)中的作用是保證小電流的連續(xù)，限制di /dt電流上升宰，使系統(tǒng)工作可靠。采用擺動式電抗器，當(dāng)電流增大時，鐵芯飽和，電感 減小。2、平波電抗器參數(shù)計算：已知參數(shù)：限制電流脈動時取電感量 L=5.9mH保證電流連續(xù)時取L=38mH平波電抗器的額定電流=1.1 X 35.5A=39A （1.1為安全系數(shù)）。平波電抗器的電壓范圍=2 n fL

19、 X 39A=2冗X 300HzX 5.9mHX 39A=433V到=2 n fL X 39A=2冗 X 300HzX 38MhK 39A=2730V電抗器功率=2730VX 39A=106.5Kvar鐵心截面=3XV 106.5Kar - 0.175=177cm2 （0.175=17500 高斯）。有效截面=177X 1.05=186cm2每匝電壓=l86cn2X 17.5 X 300Hz十22500=43.4V/ 匝，（17.5=17500 高斯，22500 為系數(shù)）匝數(shù)計算=2730 43.4V/匝=63匝，導(dǎo)線截面=39A十3.5=11.14mm2。導(dǎo)線選取 3.8/ 4.4=11.3

20、4mm2雙玻璃絲包線。平波、并聯(lián)、三相均衡等電抗器在整流電路中連續(xù)運行不存在暫載率問題，所以它的磁密電密選取同其它連續(xù)工作電器一樣， 線匝及導(dǎo)線在窗口排布也同其它變 壓器一樣。帶有氣隙的電抗器設(shè)計難度大，鐵心氣隙每柱取幾個，每個之間鐵心 片厚取多大，氣隙中墊絕緣多厚都得詳細計算，即使如此在試驗中有的還需調(diào)整。我廠制造的消弧電抗器，用戶給的電感量在很小范圍內(nèi)，試驗時電感量偏離用戶 要求的范圍，就得調(diào)整鐵心氣隙，一般給電抗器加額定電流，U/I = XL XL=2n fL 當(dāng)L/ U/,要讓L就得增大氣隙墊塊的厚度，有時用戶為了調(diào)整方 便要求設(shè)置12個抽頭。平波電抗器比消弧電抗器設(shè)計更復(fù)雜的原因有：1、為防止整流電路輸出電流小不連續(xù)要求電感量取得大L=38mH2、輸出直流含有很大脈動成分，即交流分