平衡電抗器設(shè)計計算

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(diǎn)：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(jī)拖動電機(jī)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(diǎn)正好就滿足這種低電壓大電流場合 的需要，它的特點(diǎn)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(diǎn)2,兩個二次繞組的中心

2、點(diǎn)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：KHS01 3150/72, Id=3150A, Ud= 72V,控制角=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，其它壓降還包括晶閘管、引線銅排及平衡電

3、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I?= 3150AX0.289 =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 X1.48 = 381KVA , 1.135 為壓降系數(shù)，1.48 為三相半 波電感負(fù)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?= 3150AX72VX 1.135 X1.05 = 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勺電力變壓器，當(dāng)cos 0 =1時，假設(shè)Po+Pk=2%那么二次側(cè)只能輸

4、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(dá)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(jìn)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(jìn)行設(shè)計，具結(jié)果二次側(cè)繞組及引線銅排的溫度會大大超過標(biāo)準(zhǔn)值，這就是兩側(cè)容量不同的原因所在。一次側(cè)電流=270KVA (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平均容量=1.26 X 3150A

5、x 72Vx 1.135=326KVA也可以=(270KVA+381KVA)- 2=326KVA實(shí)際容量=326KVA+48KVA=374KVA (48KVA下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(jìn)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(xì)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，輕則不好用重則不能用，有關(guān)阻抗壓降的

6、詳細(xì)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(xì)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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，使用單位在選取連接銅排時截面應(yīng)大于制

7、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(fù)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(fù)載額定電流的 12炕內(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(fù)載， 因此與三相橋式整流電路相比， 在采用相同

8、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(diǎn)，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(rèn)識它很有必要?，F(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(diǎn)：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。3、與三相半波相比，變壓器利

9、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=121 ，3=69.86V,直流支路電流=3150A+ 2=1575A2)、求平衡電抗器未知參數(shù)：電抗器的端電壓=69.86Vv/(1-0.827) 乂 COS2 ( % =0 時 COS2 =1)=69.86V 乂 0.416 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)=30V+ 7.62V=3.94 =4匝，每支路兩匝電抗器鐵心截面=15X匝壓+磁密=15X (30V+ 4匝)+ ( 0.95 X0.8

10、) =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 鈍上，因溫度扁高故取正常值的 0.8倍，148cm2為有效值，實(shí)際截面=148cm2 + 0.95=154cm2,0.95 為系數(shù))最后確認(rèn)磁密=(30VX 104)+(4.44 x 150HzX 4 匝x 148cm2=0.76 ,與 0.95 乂 0.8=0.76 相符。電抗器線包用銅排：8mm( 60mm電密=1575A+ 8X 60mm=3.28A/mm略小于主變電密。電抗器鐵心尺寸：外正方形 264mrm( 264mm內(nèi)正方形64mrm 64mm電抗器鐵心窗高：60mm+2 2m

11、m=64mHt高：8mm( 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(xì)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=460M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） X，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)）c二次側(cè)電流I?=1000Ax 0.816

12、=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 X1.05=531KVA, （1.05為容量換算系數(shù)）。變壓器一次側(cè)容量 P?=375VX 816Ax，3=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(jìn)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(dú)立的調(diào)壓線包，還可以進(jìn)

13、行正反調(diào)壓使調(diào)壓范圍更大。用食鹽水進(jìn)行電解產(chǎn)生氫氧化鈉的整流變壓器電壓在60105喊圍內(nèi)，用13檔就可以，電解鋁、鎰、鋅及冶煉碳化硅電壓在10105涮得使用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。電路的不性之間的電角度 脈動頻率明半波整流電路電路很容易做到全波整流電路電路很容易做到半波整流電路電路很容易做到三橋整流電路電路很容易做到整法:電路z采用移相技術(shù)整

14、法:電路z采用移相技術(shù)36相要用三臺整流變壓器，其中一臺移相 +5 , 一臺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犬血壓線包的TB分繞在 B相上，B相TB分繞在C相上，C分繞在A相上，左移聯(lián)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)成一個二角形，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0c ,移相包與不移

15、相計算匝數(shù)的夾角為60 - a o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：角度%包器容a比91624比67594量比8118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數(shù)為 866匝，移相角度 =7.5 主包匝數(shù)計算=(sin52.5 X 866 匝)-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)+ 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

16、,補(bǔ)償.移相等.按用途分為以下幾種：.限流電抗器-又叫串連電抗器.補(bǔ)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.并聯(lián)電抗器-一般接于超高壓輸電線的末端和地之間，起無功補(bǔ)償作 用.消弧電抗器-又稱消弧線圈.接于3相變壓器的中性點(diǎn)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(bǔ)償流過接地點(diǎn)的電容性電流，消除過 電壓.起動電抗器-與電動機(jī)串連，限制其起動電流.電爐電抗器-與電爐變壓器串連，限制其短路電流.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.分裂電抗器在結(jié)構(gòu)

17、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(yùn)行時，由于兩分支里電流方向相反，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(fù)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 開宰，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

18、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平波電抗器白額定電流=1.1 X35.5A=39A （1.1為安全系數(shù)）。平波電抗器白電壓范圍=2兀fL x 39A=2兀x 300HzX 5.9mHX 39A=433VJ=2 兀 fL X39A=2兀 X300HzX38Mhx39A=2730V電抗器功率=2730VX 39A=106.5Kvar鐵心截面=3X V106.5Kar -0.175=177cm2 （0.175=17500 高斯）。有效截面=177X 1.05=186cm2每匝電壓=186cn2X 17.5 X 300Hz+ 22500=43.4V/匝，（ 1

19、7.5=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+ 3.5=11.14mM2。導(dǎo)線選取0 3.8/ 0 4.4=11.34mn2K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(yùn)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(xì)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

20、般給電抗器加額定電流，U/I = XL XL=2兀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=38mH 2、輸出直流含有很大脈動成分，即交流分量，雖 然負(fù)載為電機(jī)，效果能好些，但不能完全消除交流分量，使得電機(jī)換向火花變大， 晶閘管的電流容量降低，所以必須給大電流直流回路串一個 L=5.9mH的電感，使 兩個作用兼顧，就要求平波電抗器的電感量在 5.938mHi間變化，所以它比其 它電抗器不但具有氣隙，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)還得設(shè)計成可調(diào)式又叫擺動式電抗器。擺動電

21、抗器的特點(diǎn)是電感量隨負(fù)載電流增大而增大，而消弧電抗器的電感量幾乎不隨電流變化也叫線性電抗器。七三相電力變壓器設(shè)計SN7 100/610,農(nóng)用變壓器1、設(shè)計數(shù)據(jù)：10K世 5% , 6KV5% , 低壓 400V , YYn0 , 50Hz ,P0=320W , PK=2000W, IO=2.3 %, UK=4 。2、基本參數(shù)換算：10KV （6062、5773、5485）11 = 100 X 103/ V3X 10KV=5.773A , 12=100 X 103/v/3X400V=144.3Ao3、鐵心直彳5選取 口=白4,100+3=50（為系數(shù)）X 2.71= 0 135mm查表選鐵心0

22、130mm鐵心有效截面為112.5cm2,Z10-0.35 ,鐵心寬600mm高度510mm窗口尺寸高270mm, 寬 105mm 紙筒 6 130/ 6 138。鐵心尺寸的大小與容量并無嚴(yán)格關(guān)系，通常在容量相等的情況下，鐵心截面偏小則 繞組匝數(shù)偏大，繞組的直流電阻增大，繞組發(fā)熱溫度上升，否則反之。在變壓器各種性能參數(shù)符合國標(biāo)的前提下，硅鋼片價低多用硅鋼片，銅導(dǎo)線價低多用銅導(dǎo)線，總之使變壓器成本降到最低。4、繞組匝數(shù)計算：初選匝壓=17X 112.5cm2X10 - /450=4.25V/ 匝，（ 17=17000高斯）二次側(cè)匝數(shù)確定=400V+ ,3 + 4.25V/ 匝=54.33 = 5

23、4 匝最后確定匝壓=400，3+54匝=4.2765V/匝最后確定磁密=450X 4.2765 +112.5=17.1千高斯計算一次側(cè)繞組匝數(shù)：1檔= 10500V+ ,3+4.2765=1417匝2 檔=10000y ,3 + 4.2765=1350 匝3 檔=9500V+ ,3+4.2765=1283 匝分接布局：大段1283匝，分接各為67匝，高低壓繞組圓筒式繞向為左即由右向左 繞制。5、繞組尺寸計算：低壓導(dǎo)線=ZB-0.45銅扁線，2.65 X7.5/3.1 X 7.95 , 2根。低壓導(dǎo)線截面：19.33 x 2=38.66mn2,低壓導(dǎo)線電密：144.3A-38.66mn2=3.73A/mn2低壓繞組繞2層，層間墊4.5mm瓦楞紙板。低壓導(dǎo)線繞高=7.95mm （27 匝+ 1+1） x 1.0193=235mm （1.0193 為余量系數(shù)）低壓繞組總高=235mm+2 7.5mm=250mm （7.5為繞組兩端絕緣高度）窗高：250mm+2 10mm=270mm （10mmJ上下鐵鈍絕緣）低壓幅向?qū)挾龋?.1mm（導(dǎo)線厚度）X4 （2層4根）X 1.048 （余量系數(shù)）+4.5mm何楞）=17.5mm低壓繞組外徑=138+17.5X2=（）173mm高壓導(dǎo)線線規(guī) QQ-2,。1