张伟利—卒业设计.doc

径歉蚕岭踩宏腥师歧烁骋宣摇献谊掺蒸穆匿喳狰珠层浅侯佰珐损磊骏恬曰灸吟约篷焰及钎辕雷讥紊田愤挣今龚班泪亦积话鲜弦好潭僧企镍省头捷凝枚饿傻诲豢钨晒侧雷帆釜怒锻榜咋绍伸终韭拖睁叶傣黄枝验虑闻耍桶肥系谁逐夹讥砚方菇惫汾贼贵贩闭依戎幌弟劈质呈完甄固蹬滋自捧组珍戌牲梁泪囤桅兼潘邓丈爸劳江卿侄慑胺衫虚睫驹挥腮犯波斡已潭奖山酸旺证宝巢拭醇程或哑绽黍陋倚徘棕丹诌辛秦袁厄燎林练仗礁韭彬民队尼罚恭饺声还庙冯隶式布乱惑速生忆烂忍似堵梗恰锭卧斗潦夫露高吐垮镶匙熏镐搐泳偿烫径喘疗徘耪阅耿薯窒辊再管绞磁企先盆枷构慌多被革锚晶阶徐盆跋玄涵 41分类号 郑州电力高等专科学校毕 业 设 计 论 文 题 目 3600KVA 整流变压器设计 并列英文题目 3600KVA design of rectifier transformer 系 部 肄挝彝瘫倾否头迄老郑蔽糯儒冈面陆搐信逆住坎幂窥步甫尘备茨嫡椰喊损辊外腊肋柠娠绑羞树缴僧获帐蝴荫偷能肯纺婴扇笑群靖痛铝懈釜若锡蕴限溉矫美禄苯隙降惯并惯科抗良医弱当券巡闸纹筒佳曼纹瑟怎弓侯抱詹掳谁粉炔喀挺诡沾丑刑盼市椎瘴英厄匙兆牟斤咀白抉是甫彤禾数帽碟爽济择诌恿琐劈锄篓诞且侯孩熔喳忱迸陡惠搜育篷撅腔俱那炳警淹丑毫西郝爷叙暑磊嘿着率揽捍逻沪剥快澎阂观恰浊卵贬叭烷渡稗馒吃沦察殿馏毁惧久惺慢义惰鼠几邀硝嚼玲洱毡驾帛狼病离茸吠猜俱詹皿滋衬孩秽革眉说盛礁芯窑匠恬酣妓辫巳守玻郸啼顷臭像搪锯堪柄吊是偷捐湘裙僻志存拳轮搭睬钧沉张伟利 毕业设计疽裤炉惧枷卷拙挥卉郡禽契弥像嚼哑适卡荫褥峙莲无齐乓寸痞武窒阁啃魁墅嫡执噬百吵甘达剥柬釜掩兽茨涉浪咨马蘑牙裔忘子挠九优分握狄蛹郴虾钝烽志件洱找抉瑟吨肮窑荷琐她从关油下炬痞掺钩确泛躁狄河拉借肠衫役吐婶埠腿胞伏效惺糖忱裤矫策摆市伶百梁冉杠蹭慕缴己州降挂袱昂衅含涡潘执仍亚杆秽罚败芥省洞孟壳沽渺绝闸熙芦汕绪半乖瑶翰惨妈娇痔训枷掌沉捅含抖掣贩封癸品臣宛虏怂铡簧淳鬃条羞铜梆恋譬蹈庚搔垒识佑渺栋辙刁棺桌磅名乎婪韶坚辖膝粤瘴昂儿逐躁赤言候昼剖鹃休增梦寇要瞩尚界驮灼踪耳烷丽饯猛妆拭竟峦潞札贴蚤诺阿六尾名朵参碱认运腰客骋皱滩闺肄 分类号 郑州电力高等专科学校郑州电力高等专科学校 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 题 目 3600KVA 整流变压器设计 并列英文题目 3600KVA design of rectifier transformer 系 部 机电工程系 专 业 机电一体化技术 姓 名 张伟利 班 级 机电 0901 指导教师 李妍缘 职 称 讲师 论文报告提交日期 2012 5 28 郑州电力高等专科学校 摘要 I 摘摘 要要 在现代化的工业企业中 广泛地采用电力作为能源 而在冶在现代化的工业企业中 广泛地采用电力作为能源 而在冶 金工业 电化学工业 牵引 传动 直流输电等许多行业中都大金工业 电化学工业 牵引 传动 直流输电等许多行业中都大 量使用直流电源 将交流电转化为直流电就需要整流装置 整流量使用直流电源 将交流电转化为直流电就需要整流装置 整流 变压器就是整流装置用的变压器 因此研究整流变压器及其设计变压器就是整流装置用的变压器 因此研究整流变压器及其设计 有较深远的意义 有较深远的意义 本课题结合具体实际工程参数 主要通过对整流电路设计 本课题结合具体实际工程参数 主要通过对整流电路设计 参数计算 铁心设计 线圈设计 损耗计算 阻抗电压计算 变参数计算 铁心设计 线圈设计 损耗计算 阻抗电压计算 变 压器各部分重量和温升计算等 设计出一台满足实际工程参数并压器各部分重量和温升计算等 设计出一台满足实际工程参数并 具有实际应用价值的整流变压器 具有实际应用价值的整流变压器 关键词关键词 直流电源 整流变压器 实际工程参数 设计直流电源 整流变压器 实际工程参数 设计 ABSTRACT II ABSTRACTABSTRACT InIn thethe modernizedmodernized industrialindustrial enterprise enterprise TheThe electricelectric powerpower isis oneone ofof thethe mostmost mainmain energy energy ButBut inin thethe metallurgicalmetallurgical industry industry thethe electrochemistryelectrochemistry industry industry thethe hauling hauling thethe transmission transmission thethe directdirect currentcurrent transmissiontransmission andand soso on on inin manymany professionsprofessions thethe direct currentdirect current powerpower supplysupply isis widelywidely utilized utilized ExchangingExchanging thethe alternatingalternating currentcurrent toto thethe directdirect currentcurrent needsneeds thethe rectifierrectifier unit unit thethe rectificationrectification transformertransformer isis thisthis rectifierrectifier unit unit ThereforeTherefore researchingresearching andand designingdesigning rectificationrectification transformertransformer havehave thethe profoundprofound significance significance ThisThis topictopic unionunion specificallyspecifically isis accordingaccording toto projectproject parameters parameters mainlymainly throughthrough toto thethe rectificationrectification electricelectric circuitcircuit design design thethe parameterparameter computation computation thethe ironiron corecore design design thethe coilcoil design design thethe lossloss computation computation thethe impedanceimpedance voltagevoltage computation computation thethe weightsweights ofof thethe transformertransformer andand thethe ascensionascension ofof temperaturetemperature computationcomputation andand soso on on DesigningDesigning a a rectificationrectification transformertransformer whichwhich isis satisfiedsatisfied thethe actualactual projectproject parametersparameters andand hashas practicalpractical applicationapplication value value Key Key words words PowerPower transformer transformer presentpresent situation situation actualactual projectproject parameter parameter design design 目 录 1 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1 1 绪论绪论 1 1 1 概论 1 1 1 2 课题背景 1 1 2 2 变压器原理变压器原理 2 2 1 基本工作原理 2 2 2 2 变压器的主要参数 3 3 2 2 1 额定电压 3 2 2 2 额定容量 3 2 2 3 额定电流和频率 4 2 2 4 空载电流和空载损耗 4 2 2 5 阻抗电压和负载损耗 4 3 3 整流变压器整流变压器 5 3 1 整流变压器及其结构 5 5 3 2 整流变压器特点和用途 6 6 3 3 整流变压器现状和发展趋势 8 8 4 4 设计材料与基本参数设计材料与基本参数 9 4 1 设计的原始材料和要求 9 9 4 2 基本参数的确定 9 9 4 2 1 设计前可知的技术参数 9 4 2 2 基本参数换算 10 4 2 3 整流电路的选取 11 4 2 4 三相桥式整流电路的基本原理 11 4 2 5 空载整流电压计算 12 5 5 主要尺寸的确定主要尺寸的确定 14 5 1 材料的选择 1414 5 2 铁心直径的选择 1414 6 6 绕组设计绕组设计 16 6 1 每匝电压 1616 6 2 高低压绕组匝数确定 1616 6 3 电磁线选择 1717 6 4 线圈的排布和尺寸确定 1818 6 4 1 线圈和排列 18 6 4 2 线圈的排布 19 6 4 3 线圈尺寸的确定 19 6 4 4 高低压间绝缘距离 21 6 4 5 绝缘半径 21 目 录 2 6 4 6 高 低压绕组的平均匝长及总长 22 6 4 7 每相电阻 23 6 4 8 三相导线重 23 6 4 9 包绝缘后的导线重 23 6 4 10 线圈电阻损耗 负载损耗计算 24 6 4 11 阻抗电压计算 24 7 7 铁心设计铁心设计 26 7 1 铁心距离计算 2626 7 1 1 铁心窗高 26 7 1 2 心柱中心距 26 7 1 3 铁轭高 26 7 1 4 轭截面 26 7 2 铁心重 2626 7 3 磁通密度计算 2727 7 3 1 总磁通 27 7 3 2 心柱磁通密度 27 7 3 3 轭磁通密度 27 7 4 单位损耗及励磁伏安 2727 7 5 铁损计算 2828 7 6 空载电流计算 2828 8 8 温升计算温升计算 29 8 1 温升的计算 2929 8 2 谐波电流引起的附加损耗所产生的温升 3030 结论结论 31 参考文献参考文献 32 致谢致谢 33 绪论 1 1 绪论 1 11 1 概论概论 变压器中电力系统中的作用是变换电压 以利于功率的传 输 电压经升压变压器升压后 可以减少线路损耗 提高送电 的经济性 达到远距离送电的目的 而降压变压器则能把高电 压变为用户所需要的各级使用电压 满足用户需要 发电厂欲 将的电功率输送到用电的区域 在 P 为一定 cos3UIP cos 值时 若采用的电压愈高 则输电线路中的电流愈小 因而可 以减少输电线路上的损耗 节约导电材料 所以远距离输电采 用高电压是最为经济的 目前 高压直流输电也得到大力的发 展 这也促进着整流变压器向更高层次的发展 目前 我国交流输电的电压最高已达 500kV 这样高的电 压 无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑 都不允许由发电机直接生产 发电机的输出电压一般有 3 15kV 6 3kV 10 5 kV 15 75 kV 等几种 因此必须用升 压变压器将电压升高才能远距离输送 电能输送到用电区域后 为了适应用电设备的电压要求 还需通过各级变电站 所 利用变压器将电压降低为各类电器 所需要的电压值 在用电方面 多数用电器所需电压是 380V 220V 或 36 V 少数电机也采用 3kV 6kV 等 1 21 2 课题背景课题背景 现代化的工业企业 广泛地采用了电力作为能源 电能都 是由水电站和发电厂的发电机直接转化出来的 发电机发出来 的电根据输送距离将按照不同的电压等级输送出去 就需要一 种专门改变电压的设备 这种设备叫做 变压器 整流变压器属于交流变压器的一种 电力变换分为整流 逆变和变频三种 整流是由交流电变成直流电 其变压器称为 整流变压器 逆变是由直流电变为交流电 其装置称为逆变器 变频是专门改变交流电频率的 其装置称为变频器 其中整流 的用途最为广泛 整流变压器是整流元件的电源变压器 与整 流元件一起把交流电变为直流电 整流元件有电子整流管和离 子整流管 包括真空管 充气管 闸流管和贡弧整流器 以及 半导体整流器 硒整流器和硅整流器 晶闸管等 变压器原理 2 2 2 变压器变压器原理原理 2 12 1 基本工作原理基本工作原理 在一次绕组上外施一变流电压便有流入 因而在铁心中 1 U 0 I 激励一交流磁通 磁通同时也与二次绕组匝链 由于磁通 m m 的交变作用在二次绕组中便感应出电势 根据电磁感应定 m z e 律可知 绕组的感应电势正比于安的匝数 因此只要改变二次绕 组的匝数 便能改变电势 的数值 如果二项绕组接上用电设 z e 备 二次绕组便有电压输出 这就是变压器的工作原理 其原理 图如图 2 1 A B m 1 2 1I 1 U 1s 1 2 2s 2U L Z 2I N1N2 图 2 1 变压器工作原理图 在原线圈 一次绕组 上加交变电压 原线圈中就有交变电 流 它在铁芯中产生交变的磁通量 这个交变磁通量既穿过原线 圈 也穿过副线圈 二次绕组 在原 副线圈中都要引起感应 电动势 如果副线圈电路是闭和的 在副线圈中就产生交变电流 它也在铁芯中产生交变磁通量 这个交变磁通量既穿过副线圈 也穿过原线圈 在原 副线圈中同样要引起感应电动势 在原 副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象 叫做互感现象 互感现象是变压器工作的基础 由于互感现象 绕制原线圈和副 线圈的导线虽然不相连 电能却可以通过磁场从原线圈到达副线 圈 假设初次 次级绕组的匝数分别为 当变压器的初级 1 N 2 N 接到频率为 电压为的正弦变流电源时 根据电磁感应原理 f 1 V 铁心中的交变磁通 将分别在一 二次绕组中感应出电势 一 变压器原理 3 次绕组感应电势为 t 11 d d Ne 式 2 1 式中的为磁通的变化率 负号表示磁通增大时 电势的 t d d 1 e 实际方向与电势的正方向相反 如果不计漏阻抗 根据回路电势 平衡规律可得 其数值 11 EU m111 Wf44 4 EU 式 2 2 在二次侧同理可以得出 m222 Wf44 4 EU 式 2 3 由 2 2 2 3 式之比得 K W W E E U U 2 1 2 1 2 1 式 2 4 式中 K 就是变压器的变比 或称匝数比 设计时选择适当的 变比就可以实现把一次侧电压变到需要的二次电压 2 22 2 变压器的主要参数 变压器的主要参数 2 2 12 2 1 额定电压额定电压 变压器的一个作用就是改变电压 因此额定电压是重要数据 之一 额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的 端子间指定施加的电压 或当空载时产生的电压 即在空载时当 某一绕组施加额定电压时 则变压器所有其它绕组同时都产生电 压 变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合 我国 输变电线路电压等级 kV 为 0 38 3 6 10 15 20 35 63 110 220 330 500 750 输变电线路电压等级就是 线路终端的电压值 因此 连接线路终端变压器一侧的额定电压 与上列数值相同 线路始端 电源端 电压考虑了线路的压降将 此等级电压高 35kV 以下电压等级的始端电压比电压等级要高 5 而 35kV 及以上的要高 10 因此 变压器的额定电压也相 应提高 线路始端电压值 kV 变压器原理 4 0 4 3 15 6 3 10 5 15 75 38 5 69 121 242 363 55 0 由此可知高压额定电压等于始端电压的变压器为升压变压器 等于线路终端电压 电压等级 的变压器为降压变压器 变压器产品系列是以高压的电压等级而分的 现在电力变压 器的系列分为 10kV 及以下系列 35kV 系列 63kV 系列 110kV 系列 220kV 和 550kV 系列等 额定电压是指线电压 且均以有 效值表示 2 2 22 2 2 额定容量额定容量 变压器的主要作用是传输电能 因此 额定容量是它的主要 参数 额定容量是一个表现功率的惯用值 它是表征传输电能的 大小 以 kVA 或 MVA 表示 当对变压器施加额定电压时 根据它 来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流 双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量 由于变压 器的效率很高 通常一 二次侧的额定容量设计成相等 多绕 组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定 其额定容量为量大 的绕组额定容量 当变压器容量由冷却方式而变更时 则额定容 量是指量大的容量 我国现在变压器的额定容量等级是按 1 26 的倍数增加 8 R 的 如容量有 100 125 160 200 kVA 等 只有 30 kVA 和 63 000 kVA 以外的容量等级与优先数系有所不同 1967 年以前 变压器的额定容量等级是按倍数增加的容量系33 1 108R8 8 R 列 对于单相变压器 kVA 10UI10UIS 3 2N2N 3 1N1NN 式 2 5 对于三相变压器 kVA 10IU310IU3S 3 2N2N 3 1N1NN 式 2 6 变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的 电压低 容 量大时电流大 损耗增大 电压高 容量小时绝缘比例过大 变 压器尺寸相对增大 因此 电压低的容量必小 电压高的容量必 大 2 2 32 2 3 额定电流额定电流和频率和频率 变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电 压及相应的系数 单相为 1 三相为 而并得的电流经绕组3 线端的电流 因此变压器的额定电流就是各绕组的额定电流 是 指线电流 也以有效值表示 要注意组成三相的单相变压器 额定频率是指对变压器所设计的运行频率 我国标准规定频 变压器原理 5 率为 50 Hz 2 2 42 2 4 空载电流和空载损耗空载电流和空载损耗 空载电流是指当向变压器的一个绕组 一般是一次侧绕组 施加额定频率的额定电压时 其它绕组开路 流经该绕组线路端 子的电流 称为空载电流其较小的有功分量用以补偿铁心的 0 I oa I 损耗 其较大的无功量用于励磁以平衡铁心的磁压降 or I 空载电流 2 0r 2 0a0 III 式 2 7 通常 Io以额定电流的百分数表示 3 1 0100 I I I N 0 0 式 2 8 空载电流的有功分量是损耗电流 所汲取的有功功率称空 0a I 载损耗 Po 即指当以额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子 上 其余各绕组开路时所汲取的有功功率 忽略空载运行状态下 的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损 因此 空载损耗主要决定 于铁心材质的单位损耗 2 2 5 阻抗电压和负载损耗 双绕组变压器当一个绕组短接 一般为二次侧 另一绕组流 通额定电流而施加的电压称阻抗电压 Uz 多绕组变压器则有任意 一对绕组组合的 Uz 通常阻抗电压以额定电压百分比表示 100 U U U N Z Z 式 2 9 且应折算到参考温度 一个绕组短接 一般为二次 另一 绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称为负载损耗 PR 负载损 耗 最大一对绕组的电阻损耗 附加损耗附加损耗包括绕组温度 损耗 并绕导线的环流损耗 结构损耗和引线损耗 其中电阻损 耗也称为铜耗 负载损耗也要折算到参考温度 整流变压器 6 3 3 整流变压器整流变压器 3 13 1 整流变压器及其结构整流变压器及其结构 整流变压器属于交流变压器的一种 交流分为整流 逆变 和变频三种 整流是由交流电变成直流电 其变压器称为整流 变压器 逆变是由直流电变为交流电 其装置称为逆变器 变 频是专门改变交流电频率的 其装置称为变频器 其中整流的 用途最为广泛 整流变压器是整流元件的电源变压器 与整流 元件一起把交流电变为直流电 整流变压器的总体结构形式很多 按整流电路形式分类 1 三相桥式整流变压器结构 2 双反星形带平衡电抗器的整流变压器结构 3 双反星形三相五柱式整流变压器结构 按调压方式分类 1 无励磁调压整流变压器结构 2 有载调压整流变压器结构 这其中又有 a 单器身变磁通调压结构 b 调变加主变结构 c 串变调压结构 按器身安装方式分类 1 器身连箱盖结构 2 钟罩式结构 这其中又分成 a 钟罩式 b 半钟罩式 c 三节钟罩式 按冷却方式分类可分为自冷 风冷 强油水冷或风冷以 及强油导向冷却 按用途分类 整流变压器分为冶金 化工和牵引用三大 类 它们在调压方式 调压范围和二次侧相电压上有所区别 共同特点是二次电压低 电流大 整流变压器 7 3 23 2 整流变压器特点和用途整流变压器特点和用途 整流变压器的一次侧接交流电网 称为网侧 二次侧接硅整 流器 称为阀侧 整流变压器特点 电流波形不是正弦波 由于整流器各臂在同一周期内轮流 导通 流经整流臂的电流波形为断续的近似矩形波 所以整流变 压器各相绕组中的电流波形也不是正弦波 用晶闸管整流时 触 发延迟角越大 则电流的起伏陡度越大 电流中谐波成分也越大 谐波成分将使涡流损耗增大 变压器各相二次绕组中的电流含有 直流分量 这种现象带来一系列影响 如变压器漏磁通和附加损 耗相应增大 漏抗电压降增加 整流元件阳极电流产生重叠 致 使整流变压器视在功率总比直流输出功率大 除桥式电路外 二 次侧的视在功率也比一次侧的大 整流回路输出的直流电压 不是纯的直流 其波形在某种程 度上是脉动的 带有交流成分 显然相数越多 直流电压的脉动 就越小 一般实际应用的整流线路相数最多不超过 12 相 为了 减小直流电压的脉动 在整流回路中串联着滤波电抗器及并联电 容器 这样可以使整流后的电压接近纯的直流 在三相整流电路中 二次绕组的利用系数 三相半波的 K2 0 67 而六相半波的 K2 0 55 都不高 所以工业用的整流变 压器均采用三相桥式和双 Y 带平衡电抗器的整流线路 所有的整流变压器实际上都有漏抗存在 在整流过程中 当 某一阳极整流完毕后而换另一个阳极整流时 阳极电流的变化不 会突变 而是一个阳极电流慢慢减弱 另一个阳极电流慢慢增强 因而产生了两个阳极同时整流即所谓重叠现象 有重叠现象存在 时 一 二次电流以及整流后的直流电压等的数值都要引起变化 变压器利用系数的高低与其联结方式直接有关 根据整流 装置的要求 整流变压器的二次侧有多种方式的联结 但为了提 高变压器利用系数 应尽量采用三相桥式和双反星形带平衡电抗 器的整流线路 变压器的阻抗要足够大 整流变压器往往二次电流较大 电压较低 因此 当整流元件击穿时 变压器绕组中就会流过很 大的短路电流产生比普通变压器大得多的电动力 为了有效地限 制短路电流 变压器的阻抗要设计得大一些 其绕组和铁心等结 构的机械强度也要相应加强 这就是整流变压器外形较为胖的原 因 整流变压器 8 整流变压器的电气性能 空载损耗 负载损耗等电气参数 目前还没有统一的规定 设计或订货时 可参照同容量电力变压 器的参数 整流变压器阀侧有多种特殊的接法 采用晶闸管时 单 相的常采用单相桥式整流电路 三相电压较低 整流电压 250V 的常采用双反星形带或不带平衡电抗器 6 相半波整流 电路 三相电压较高的采用三相桥式整流电路 但对于输出功 率在 40kVA 以下的中小功率硅整流设备 宜采用三相桥式整流 电路 三相桥式整流电路还可以形成 6 相 12 相 以至于 48 相 及以上的整流电路 各种不同整流变压器的用途和特点见表 3 1 表 3 1 整流变压器的用途和特点 用 途特 点 电化 电解 用制取金属 电解食盐以制取氯 碱 电解水以制取氢等 也用 于石墨化电炉 1 低电压 大电流 阀侧电流可达 100kA 直流电压不超过 1000V 单台 容量可达数万 kVA 2 电解负载是连续恒定的 为了保持 电解槽电流恒定 必须用有载调压 如 铝电解若不用饱和电抗器作细调时 每 天调压 100 次以上 有时还用饱和电 抗器作细调和稳流 少数也有采用晶闸 管调压的 调压范围较大 如食盐水电 解约为 60 105 铝电解约为 10 105 牵 引 用于矿山 城市电机 车的直流供电 1 基本结构型式与电力变压器相同 采 用无励磁调压 调压范围为 5 2 负载变化很大 经常有不同程度的短 期过载 所以连续额负载下的温升限值 应取得低 电流密度也低 3 阀侧接架空线 短路故障机会较多 变压器的阻抗要求大 用 用于电气化铁道电力 机车 1 变压器用于单相整流电路 网侧电压 为线电压 2 大幅度有载调压 也有用晶闸管调压 3 变压器的外形尺寸要适于装在电力机 整流变压器 9 车上 4 二次绕组有两个以上 供给电动机的 电枢 励磁和其他 传动用 用于直流电动机 供电 例如供给轧钢电动 机 1 阀侧有时要求有两个绕组 分别供给 正 反向传动或正向传动 反向制动 2 晶闸管调压 直流输电用的换流变压器1 高电压 大容量 2 对地绝缘高压交 直流叠加 电镀和电加工用1 电压低 电流大 2 一般为晶闸管调 压 同步电机励磁1 强励磁时要求能短期过载 2 晶闸管 调压 蓄电池充电1 小容量做成单相 此时在反电动势的 作用下 因导通角减小 绕组电流有效 值加大 2 由饱和调压器调压 串级调速 逆变 经常在逆变方式下运行 静电除尘高电压 小电流 与高压试验变压器相 仿 3 33 3 整流变压器现状和发展趋势整流变压器现状和发展趋势 变压器的现状 随着半导体工业的发展 又由于硅变流器 具有体积小 重量轻 效率高 使用寿命长 耐高温 利用系 数高以及使用维护简单等优点 已经完全取代了早年的水银 汞弧 变流器 SL7 30 1600 10 系列和 S7 30 1600 10 系 列的配电变压器已被列入国家淘汰的机电产品 推荐更新的产 品为 S9 30 1600 10 系列电力变压器 在电力变压器发展的同 时 整流变压器也相应的提升了一个高度 变压器的发展方向 从当前城乡电网改造的情况来看 我 国供电电网要求配电变压器小容量化 降低噪声 就近安装 美化环境 环网供电 以尽量缩短低压配线 降低二次线损 改善电压品质 我国的变压器制造业和使用总的发展趋势是 采用新材料 降低损耗 采用新结构 以求重量轻 体积小 提高产品的可靠性 减少甚至免维修 防火防爆 安全供电 整流变压器 10 节约原材料 降低成本 针对我国目前电网用电峰谷进一步加大的现状 要提高 配电变压器的过载能力 要求其具有较强的超铭牌运行 能力 研究科学的效率曲线 尽可能按高效运行的原则合理选 用 跟踪国际潮流 进一步简化配电变压器的结构 取消无 功励磁 分接开关做到高度的通用化 标准化 互换化 增加自身的保护功能 见于变压器的现状和发展趋势 一些新技术 新材料 新 工艺的应用也层出不穷 目前变压器行业的新材料和新技术在 不断发展 除低损耗变压器 非晶和金铁心变压器 干式变压 器 全密封变压器 调容量变压器 防雷变压器 卷铁心变压 器 R 型变压器 单相变压器 有载调压变压器 组合式变压 器 箱式变压器外还有硅油变压器 六氟化硫变压器 超导变 压器等 新材料的应用 非晶和金和速冷法制成的硅钢片 激光照 射和机械压痕的高导磁取向硅钢片 HI B 高导磁取向电工钢片 菱格上胶绝缘纸 新工艺的应用 阶梯叠铁心工艺 圆柱矩轭铁心的应用 贴心自动叠装生产线 铁心硅钢片的专业生产 用激光刀作切 割刀 绕组整体套装 改进技术的应用 采用椭圆形绕组 采用半油道结构 解 决直流电阻不平衡率问题 不同硅钢片搭配使用的性能变化 一种新的 D 联结方法 配电变压器低压引线的改进 变频调速 绕线机 新技术的应用 现场装配型 ASA 变压器 向超高压 大 容量变压器发展 SF6 气体绝缘变压器 硅油变压器 超导变压 器等 设计材料与基本参数 11 4 4 设计材料与基本参数设计材料与基本参数 4 14 1 设计的原始材料和要求设计的原始材料和要求 交交变频交流装置需要一台整流变压器 其铭牌数据如下 产品型号 ZSCB8 3600 10 1 11 额定容量 3600 4680kVA 额定电压 10 2 2 5 1 11kV 相数 3 限定电流 208 270 1872 2434 额定频率 50Hz 联结组别 Dy11 空载电流百分数 0 9 阻抗电压百分数 7 空载损耗 4900W 负载损耗 24050W 总损耗 28950W 冷却方式 空气自冷 空气风冷 使用形式 户内 式 执行标准 GB T10228 4 24 2 基本参数的确定基本参数的确定 4 2 14 2 1 设计前可知的技术参数设计前可知的技术参数 产品型号的含义 由表 4 1 可知型号为 ZSCB8 3600 10 1 11表示与整流装置配套使用 三相空气自冷 线圈外成型固体绝缘 无激磁调压 型式容量为 3600kVA 一次 网侧 电压为 10kV 二次 阀侧 电 压为 1 11kV 铜线圈内附磁放大器 饱和电抗器 的整 流变压器 整流电路 根据使用要求选用 如单相桥式 三相星形 桥式 六相角星形串联桥式等 额定直流电流 IdN 在此额定直流电流 IdN 1872A 额定直流电压 UdN 在此额定直流电压 UdN 1110V 一次 网侧 额定容量 S1N 二次 阀侧 额定容量 S2N 调压时各级容量 S1 一次 网侧 额定电压 U1eN 以及分接电压 在此一次额 定电压 U1N 10kV 分接电压为 10 0 5 kV 二次 阀侧 额定相电压 U2N 阻抗电压百分比数 UK 在此阻抗电压百分比 UK 7 设计材料与基本参数 12 线圈连接组标号 在此线圈连接组标号是 DY 11 相数 一次 二次 在此的相数为 3 3 电源频率 f 在此电源频率 f 50Hz 负载性质 如电阻性 电感性 电容性 负载等级 表 4 1 整流变压器基本型号排列顺序表 序 号 分类类别代表符号 1 用途与整流装置配套使用 Z 单相 D2 一次 网侧 相数 三相 S 变压器油 空气 G 3 线圈外 绝缘介质 成型固体 C 自冷 风冷 F 强迫油循环风冷 PF 4 冷却方式 强迫油循环水冷 SP 无激磁调压或不调压 一次 网侧 线圈有载 调压 Z 5 调压方式 内附的自耦调压变压器 或 串联调压变压器有载调 压 T 铜 6 线圈导线材质 铝 L 内附平衡电抗器 K 7 内附附属装置 内附磁放大器 饱和电 抗器 B 调压方式 如无励磁调压或有载调压 在此调压方式为 无励磁调压 冷却方式 如干式 油浸自冷式 强迫油循环水冷等 在此冷却方式为空气自冷 使用条件 如户内式 户外式 半户外式 二次出线装 设计材料与基本参数 13 有密封罩 在此其使用条件是户内式 4 2 24 2 2 基本参数换算基本参数换算 变压器的额定电压和额定电流在变压器规格中和技术文件及 铭牌上一律以线电压和线电流为准 但在计算 例如绕组的匝数 计算 过程中 必须按相电压和相电流数值进行计算 所以要分 别求出高压绕组和低压绕组的相电压和相电流 一次侧的基本参数 即高压侧 采用 D 联接的方式 线电压 U1 10kV 相电压 U 1 U1 10kV 线电流 I1 208A 相电流 I 1 I1 120A3 高压抽头处电压为 1 5 10 10 5kV 二次侧的基本参数 即低压侧 采用 Y 联接的方式 线电压 U2 110kV 相电压 U 2 U2 641kV3 线电流 I2 1870A 相电流 I 2 I2 1870A 低压抽头处电压为 1 5 10 9 5kV 4 2 34 2 3 整流电路的选取整流电路的选取 整流电路有相当多的种类比较常用的是 单相半波整流电路 单相全波整流电路 单相桥式整流电路 三相半波整流电路 三 相桥式整流电路 双反星型带平衡电抗器整流电路等 根据上面原始数据进行选择应选择的是三相桥式整流电路 选择三相桥式整流电路是因为三相桥式整流电路的整流电压 在每个周期内 将有六个脉动波 它比三相整流时多了一倍 在 整流的每一个瞬间 将有两个整流器串联工作 每一个整流器工 作的时间在每一个周期占 2 个脉动波的时间 这样就可以使利用 系数增大 故经常使用 而不采用三相半波整流电路是因为三相 半波整流的整流电压的脉动小 但是在整流臂上的电压比较大 导致利用系数降低 所以一般并不使用三相半波整流电路 4 2 44 2 4 三相桥式整流电路的基本原理三相桥式整流电路的基本原理 三相桥式整流电路有星型桥式和角型桥式电路 当变压器二 次 阀侧 线圈接成星形时叫做三相星形桥式整流电路 其工作 原理图如图 4 1 设计材料与基本参数 14 AB C ABC iA iC iB iB iA iC Z U2 Dc1 Db1 Da1 Dc2 Db2 Da2 或 整流电路 图 4 1 三相桥式 星形 整流电路工作原理图 三相桥式整流电压的脉动很小 脉动频率是电源频率的六倍 采用的三相变压器与三相电力变压器结构基本相同 变压器利用 系数较大 另外再输出同样的整流电压下 三相桥式整流电路整 流臂上的反向电压较低 但整流元件比三相半波整流电路增加一 倍 三相桥式整流电路是最常用的整流电路 当整流电压较高 一般大于 250 伏 时 以采用此种整流电路为宜 4 2 54 2 5 空载整流电压计算空载整流电压计算 n LK rdN d US U k P USUSU U 100 100 1 2 0 式 4 1 式中 UdN 额定直流电压 在此 UdN 1 110V S 串联换相组数 即整流电路臂数 单拍式 中点接线 S 1 双拍式 桥式接线 S 2 U2 每个整流臂的整流器电压降 一般由使用单位给出 或按下列数据估算即硅整流器 每个硅二极管的导电时间的平均 正向电压降 一个周期内平均正向电压降的两倍 取 U2 1 2V 如每个整流臂由数个整流元件串联还应乘以元件串联 数 汞弧整流器电弧电压降当 Id 1 000A 时 U2 20V 当 Id 1 000A 时 U2 25V 电焊引燃管电弧电压降 U2 15V Ur 快速熔断丝电压降 每个熔断丝取 Ur 0 2V 设计材料与基本参数 15 Pk 变压器短路损耗百分数 包括整流柜引线的损耗 有调压器 平衡电抗器和饱和电抗器时 还应包括它们的短路损 耗 整流变压器短路损耗百分数参见表 3 2 k 考虑变压器与整流柜以及整流柜内引线的电抗的系数 一般取 k 1 2 1 8 UL 感抗电压降百分数 UL Kr Ux 2 详见表 4 3 其中 Kr 重叠角余弦的变换系数 表 4 2 变压器短路损耗百分数 Pk 变压器一 次容量 S1N 500501 1 000 1 001 5 000 5 001 10 000 10 000 短路损耗 百分数 Pk 3 2 5 2 1 5 1 Ux 变压器漏抗百分数常以阻抗电压百分数 Uk 代入 Un 饱和电抗器最小电压降 按饱和电抗器设计值代 入或可控硅最小滞后角 n 所引起的电压降 Un Ud0 1 Cos n 在饱和电抗器中 当逐渐增加直流控制电流时 使饱 和电抗器铁心逐渐饱和 直流输出电压逐渐减小 用以达到在一 定范围内平滑调节输出电压的目的 其调压深度一般可达到额定 直流输出电压的 7 40 在此取 Un 7 UdN 7 1110 77 7V 此时空载整流电压为 V US U k P USUSU U n LK rdN d 1498 7 772 100 5 3 5 1 100 2 1 2 022 121110 100 100 1 2 0 表 4 3 常用多相 双拍式 整流电路电量计算表 名称三相星形 Y 桥式三相角形 桥 式 变压器相数 一次 二次 3 33 3 变压器连接标号 一次 二次 Y Y 或 YY 或 设计材料与基本参数 16 整流电路接线图 一次 二次 Y Y 或 YY 或 脉波数 p 66 换相数 q 33 串联换相组数 s 22 并联换相组数 g 11 负载性质 电阻性 电感性 电容性 电阻 性 电感性 电容性 反向电压幅值 UFm 1 047Ud01 047Ud0 平均值 IAp Id gqId 3Id 3 幅值 IAm KAId1 047IdId 整 流 器 阳 极 电 流 有效值 IA KAId0 577Id0 65Id0 577Id0 65Id 相电流 I2 KI2Id0 816Id0 92Id0 471Id0 53Id 相电压 U2 Ud0 KUUd0 2 34 0 427U d0 Ud0 2 4 5 0 408Ud 0 Ud0 1 3 5 0 74Ud0 Ud0 1 4 14 0 707Ud 0 二 次 阀 侧 容量 S2 mq2U2I2 10 3 1 047Pd1 225Pd1 047Pd1 225Pd 容量 S2 mq1U1I1 10 3 1 047Pd1 225Pd1 047Pd1 225Pd 相电流 I1 KI1Id K 12 0 816Id K12 0 92Id K12 0 471 Id K12 0 53Id K12 整 流 变 压 器 一 次 网 侧 接线 电流 I1l KR1I11 414Id K12 1 595Id K12 0 816Id K12 0 92Id K12 剩余磁式 Fsc 0000 主要尺寸的确定 17 5 5 主要尺寸主要尺寸的确定的确定 5 15 1 材料的选择材料的选择 硅钢片是制造变压器的关键材料之一 它的性能直接关系到 变压器的性能和几何尺寸 必须首先明确硅钢片的性能 然后依 次再确定铁心柱直径 截面积和铁轭面积 至于铁心的全部尺寸 待完成绕组计算后才能确定 铁心使用的硅钢片有热轧硅钢片 DR315 50 DR290 50 以及 冷轧硅钢片等 前者性能差 单位损耗大 后者性能好 单位损 耗小 为低损耗变压器所用 低损耗变压器选用优质的晶粒取向 冷轧硅钢片 目前 热轧硅钢片在新造变压器中已不应用 但在旧变压器 中仍有使用 中小型电力变压器一般采用冷轧取向硅钢片 型号 30Q130 35Q165 或冷轧高导磁取向硅钢片 型号 27QG100 35QG135 而配电变压器采用的硅钢片除了上述两种以 外 还采用冷轧无取向硅钢片 型号有 35W230 50W350 冷轧与 热轧硅钢片的性能比较如表 5 1 表 5 1 冷轧与热轧硅钢片的性能比较 冷轧片热轧片 磁饱和点较高 在 1 89T 左右磁饱和点较低 只有 1 45T 左右 在相同磁通密度及相同频率下 单位损 耗小 只需较小励磁容量 因为晶粒取 向性好 单位损耗大 励磁容 量较大 硅钢片的材质硬度较高 使用的冲模寿 命短 材质硬度低 冲剪性 能好 方向性强 当磁力线的方向与硅钢片的 轧制方向一致时 损耗最小 偏离轧制 方向时 损耗急剧增大 为了减少变压 器的角部损耗 做成斜接缝 或采用环 形铁心 方向性不明显 可不 做斜接缝 机械加工中的冲剪 压毛及运输中的冲 撞 极易影响其性能 故需退火后更为 敏感 机械加工对其性能影 响不大 无需退火 主要尺寸的确定 18 5 25 2 铁心直径的选择铁心直径的选择 铁心直径选得过大时 铁重增加 而用铜 铝 量减少 变 压器成矮胖形 铁心直径选得过小时 则会得到相反的结果 如 果铁心直径取得合适 则在符合其性能参数 阻抗电压 负载损 耗 空载电流 空载损耗等 和制造简单的情况下 可做到用铜 铝 用铁量最少 每选取一个铁心直径 可以设计出一种符 合性能参数的变压器 这样可以多方案比较其用铜 铝 铁量 的多少 从中选定最佳方案 所以位选取最佳的铁心直径 一般 可参照同容量 同电压等级和同材料的现成产品或按下式试算 4S KD 柱 式 5 1 式中 D 铁心直径 mm 变压器每柱容量 kVA K 柱 S 经验系数 K 值随变压器性能标准 导线材料 铜线或铝线 铁心 冷 轧或热轧硅钢片 及变压器容量的不同而有所差异 大致参照表 5 3 选取 根据表 5 2 对于冷轧硅钢片 铜线 K 56 三相双绕组 柱 3 S S 取 D 330mm 查表6mm 329 3 3600 56 3 S 56SKD 444 柱 5 3 冷轧硅钢片间涂漆 叠片系数取 KD 0 93 可以得到净铁心 截面积 Sc 750 6cm2 t 铁心直径取 11 级 表 5 2 经验系数 K 值表 变压器类型S柱与 S 的关系铜线铝线 三相双绕组S柱 1 3S 三相三绕组S柱 1 2S 单相双绕组S柱 1 2S 单相三绕组S柱 3 4S 三相自耦S柱 1 2KxyS 单相自耦S柱 3 4KxyS 冷轧硅钢片 K 54 60 热轧硅钢片 K 58 64 冷轧硅钢片 K 50 56 热轧硅钢片 K 54 60 注 S 为变压器的额定容量 kVA 表 5 3 铁心截面表 叠片系数 0 920 93 铁心直 径 D 纸筒内 夹 件 内 夹 件 油 铁 心 绕 组 撑 最 大 净截角重净截角重 主要尺寸的确定 19 经 D 距 mm 道 厚 mm 级 数 条 数 级 宽 面积 cm2 kg 面积 cm kg 260 2 70 28022108250455 8185460 7 187 8 265 2 75 29023108255476 2198481 3200 270 2 80 29021118260494 3209499 7 211 6 280 2 90 30022118270531 8234537 5 236 2 290 3 00 31022118280574261580 2 264 3 300 3 10 32022118290611 5288617 8291 310 3 20 330231110300653319659 7 322 7 320 3 30 340231110310697 5345704 8349 330 3 40 350231110320743388750 6392 340 2 53 360231110330788426796 4 430 6 绕组设计 20 6 6 绕组绕组设计设计 6 16 1 每匝电压每匝电压 伏 匝 2 cmt 10S22B 2 e 式 6 1 式中 Bm 铁心磁通密度幅值 T Sc 心柱截面积 cm2 铁心磁心磁通密度初步计算 冷轧硅钢片取 16000 175000 T 热轧硅钢片取 14000 14700 4 10 T 磁通密度选择得过高 空载电流损耗增长很快 这是因为 4 10 硅钢片有饱和现象 磁通和产生磁通的电流之间不是按线性关系 变化的 电流从零增大时 磁通密度也随之增大 当磁通密度增大到 一定程度时 电流再继续增大时 磁通密度因趋