计算滤波电感值.ppt

变压器是一种静止的电气设备，根据电磁感应原理，将一种形态（电压、电流、相数）的交流电能，转换成另一种形态的交流电能。,电力变压器（升压、降压、配电）,特种变压器（电炉、整流、焊接）,仪用互感器（电压、电流互感器、脉冲变压器，阻抗匹配变压器）,实验用变压器（高压、调压）,变压器基础知识,变压器实例,电源变压器,电力变压器,环形变压器,接触调压器,控制变压器,三相干式变压器,工厂车间变电所,调试以及负载实验,控制箱中,三相整流电源主变,焊机控制电路有时应用,焊机控制电路有时应用,一、变压器的基本结构,变压器的主要结构：铁心和绕组。铁心是变压器的磁路部分；绕组是变压器的电路部分。,铁心的作用是形成磁路。铁心通常用0.35mm或者0.5mm厚的硅钢片冲裁成一定的形状然后叠装而成。为减小涡流损耗，在硅钢片表面涂有绝缘漆或者经氧化处理形成绝缘层。,铁心的结构,单相壳式变压器,心式冷轧硅钢片迭片,绕组的结构,绕组是变压器的电路部分，一般用圆铜线或扁铜线在绕线模上绕制而成。密绕时导线需要绝缘处理绕组（线圈）的作用是构成电流通路，接电源一边的绕组称为一次绕组，接负载一边的称为二次绕组。一次绕组的电流含有激磁电流分量，建立磁场，负载状态下的磁场是一次绕组和二次绕组磁动势向量合成的结果。,单相和三相芯式变压器,二、基本物理量,1、磁感应强度B又称为磁通密度或磁密，磁感应强度B是表示磁场内某点磁场强度的大小和方向的物理量。,磁感应强度B的单位：1特斯拉（T）=104高斯（Gs）,2、磁通量在均匀磁场中，磁通量是磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。,磁通量的单位：1韦伯=108麦克斯威,3、磁导率（导磁系数）磁导率表示物质导磁性能的物理量，不同物质磁导率不同，真空磁导率0是常数，0=410-7H/m,B=H,相对磁导率r：某种物质的磁导率与真空中磁导率的比值,常用铁磁材料的相对磁导率,4、磁场强度H磁场强度H等于该点的磁感应强度B与介质磁导率的比值，方向与该点的磁感应强度方向一致。,三、铁磁材料的磁性能1、具有高导磁率,铁磁材料中有均布的磁畴存在，磁畴是在磁性材料中包含的一些环形电流单元，每个单元形成一定方向的小磁体，软磁材料磁畴方向是无序分布的，有外界磁场的作用下，磁畴按照磁场方向统一取向，并使得磁场强度加强，即磁性材料产生了磁化，而且称为具有高的导磁率。,2、具有磁饱和性能,磁,（1）oa段B和H近似为线性关系；（2）ab段随着H的增加，B值增加缓慢；（3）b点以后H增加时B几乎不增加，达到了磁饱和状态。,磁化曲线测试装置,磁化曲线、磁导率及磁饱和现象,磁,导,率,化,曲,线,几种常用铁磁材料的磁化曲线,3、磁滞现象,磁滞回线,图中Br:剩磁Hc:矫顽磁力,磁场强度H变化（即激磁电流变化）时，磁感应强度的变化滞后于磁场强度H变化的现象称为磁滞现象。,铁磁材料的分类：1）软磁材料磁滞回线窄，其剩磁和矫顽力都很小；用于制作交流电器设备的铁心2）硬磁材料磁滞回线宽，剩磁和矫顽力都较大；用于制作永久磁铁,a,b,b,四、铁磁材料中的能量损耗,1、磁滞损耗铁心在交变磁场作用下反复磁化时，磁畴克服摩擦力随着外部磁场的变化反复取向，这样所产生的热损耗称为磁滞损耗。,2、涡流损耗当线圈中通入交流电流时，交变磁通在铁心中产生感应电动势和感应电流，感应电流在铁心中形成闭合回路且呈旋涡状，故称为涡流。铁心内产生涡流时，使铁心发热，造成能量损耗称为涡流损耗。,涡流的产生,简单的单相变压器：两个线圈没有电的直接联系，只有磁的耦合。,原绕组（一次绕组或初级绕组）：两个线圈中接交流电源的线圈，其匝数为N1,副绕组（二次绕组或次级绕组）：接到用电设备上的线圈，其匝数为N2,交变磁通同时与原、副绕组交链，在原、副绕组内感应电动势。,变压器原、副边电势之比及电压之比等于原、副边匝数之比。,五、变压器的工作原理,六、绝缘系统、冷却方式、允许温升,1、绝缘：,主绝缘：不同绕组之间的绝缘、绕组与铁心的绝缘、绕组对地的绝缘、绕组与介质间的绝缘、引线端子间的绝缘等。,从绝缘：绕组的匝间绝缘和绕组不同段之间的绝缘。,2、冷却：,干式变压器：干式浇注（成为一个模块）、干式自冷、干式风冷，焊接变压器均采用这种类型的结构油浸式变压器：自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等。,变压器的发热和散热变压器运行时，铁损、铜损和附加损耗使得变压器发热，环境介质对所产生的热量进行传导散失，环境介质为气态或液态，介质或处于静止状态或处于流动状态。根据变压器冷却介质的种类不同，又可以分成以下两种：,3、温升：,绕组允许最高温度由所使用的绝缘材料，绝缘等级确定。,平特性变压器的设计,定义：变压器的初级和次级耦合紧密，没有漏磁，当输出电流变化时，电压不变的变压器。,类型：,1）熔化极气体保护焊机的主变压器；2）晶闸管弧焊整流器的主变压器。,设计内容：,输出电压电流的额定值,电磁感应基本定律,铁心尺寸,绕组尺寸,结构参数,性能指标,一、交流变压器运行的基本规律,作用在交流变压器上的波形常见的有正弦波、矩形波和三角波，如图：,根据电磁感应定律有：,则对变压器的初级绕组有：,（1）,（2）,由（2）式得：,设e1的平均值为，则有,f交流电压频率（HZ）；N1一次绕组匝数；m磁通量幅值。,电压半波平均值的求解公式为：,电压有效值的求解公式为：,令,K波形系数。,则变压器初级绕组上电压有效值U1为：,对于正弦交流电压，波形系数K=1.11,式中：Bm铁心磁通密度（T伏.秒/米2）AFe铁心净截面积（cm2),二、变压器容量与基本尺寸的关系,变压器容量：S=IU,1、单相变压器的容量与尺寸的关系,初级侧容量S1,次级侧容量S2,设次级侧有n个独立绕组，则：,总容量S,设初级绕组和次级绕组中流过的电流密度都为J,则,I1=A1JI2i=A2iJ,JA/mm2,为减少涡流损耗，铁心一般由单片硅钢片叠装而成，实际铁心截面积As大于铁心净截面积，故有：,Afe=kFeAs,kFe叠片系数,S=2.22kFekcuJBmAsAc,设是变压器的效率，则：,S2=S1,有A、B两组典型数据，如下，计算S2与As之间的关系：,k=0.81.25,2、三相变压器容量与尺寸关系,设一个铁心柱上的初次级绕组总容量用S表示，则,取,则有：,N1,N1,故有：,或,一般地，c1.45As,三、绕组的计算,设f=50HZ,kFe=0.9,则,令,N0每伏匝数,（匝/V）,Bm磁通密度（T）As铁心柱截面积（cm2)AFe铁心净截面积（cm2）,对于单相变压器，取,带入et公式，则,Bm磁通密度（T）；S2单相变压器输出容量（V.A),当S2单位为kVA时，则,（V/匝）,（V/匝）,式中：S2单相变压器输出容量（kV.A),取Bm=(11.3)T,则有,绕组截面计算,式中：J电流密度（A/mm2),对于三相变压器，S2III表示输出容量，以kV.A作单位，则有：,绕组匝数计算：,（匝）,（匝）,(V/匝）,如果以三相变压器单柱输出容量计算，则公式与单相变压器的相同。,四、结构设计,三相平特性变压器结构简图如下：,当铁心截面积As确定后，有,As=ab,一般地：b=(1.22)a,式中：As铁心柱截面积（mm2）a铁心片宽（mm）b铁心叠厚（mm）,（1）铁心尺寸,三相干式变压器,窗口尺寸有：,窗口高h=(2.53.5)a(mm)绕组高h=h-(816)(mm),初级绕组每层匝数：,取整为n1,初级绕组层数：,取整为m1,初级绕组所占窗口的窗宽,(mm),（2）绕组结构设计,次级绕组每层匝数,取整为n2,次级绕组层数：,取整为m2,次级绕组所占窗口的窗宽,窗口总宽度为：,铁心片布置如图：,铁心片剪片规格如下：,1）(mm),2）(mm),3）(mm),铁心叠片顺序：,（3）铁心结构设计,铁心每层面积：,铁心叠厚,(cm),铁心体积,（4）铁/铜比计算,(cm)3,变压器铁心质量：,(cm2),(kg),初、次级绕组线总长：,（m）,（m）,l1、l2初、次级绕组导线的平均匝长。,绕组总体积为：,或,（cm3）,（cm3）,初、次级绕组的总质量为：,（kg）,一般地，铁铜比为：,五、空载电流的计算,空载电流I0,Ic由铁心的磁滞、涡流损耗Pfe引起的有功分量。,（W）,（A）,(A),(W),n气隙数,（A）,一般地：,六、ZX5-400晶闸管弧焊整流器主变压器设计,已知条件晶闸管弧焊整流器主电路及变压器见图：,输入电压：380V相数：3相额定输出电流：400A空载电压：63V额定负载持续率：60%额定工作电压：36V效率：74%功率因素：0.74输入容量：24kV.A,2、参数计算,每个心柱上输出的二次绕组的长时总容量为：,按：,取,一次绕组匝数：,取90匝,则et实际值为：,二次绕组匝数为：,取Bm=1.3（T），kFe=0.9,铁心柱截面积为:,取As=94(cm2),窗口面积：,3.结构设计,（1）铁心尺寸,取片宽：a=5.2cm,叠厚：,取b=18.0(cm),窗高：,取16.0cm,窗宽：,剪片尺寸：,1）mm,2）mm,3）mm,剪片数量，选硅钢片厚度为：,1)n1=1800.90.35=463(片),2)n2=4632=926(片),3)n2=4633=1389(片),(2)绕组尺寸,次级绕组长时电流I2c,次级绕组导线截面积A2,设有内部风冷，电流密度J=5A/mm2,则有：,选用1.959.3规格双玻璃丝包扁线。,初级绕组长时电流I1c,A1=28/5=5.6(mm2),选用1.254.7规格双玻璃丝包扁线。,（3）绕组结构设计,初级绕组分6盘，次级绕组分2盘。,绕组外缘至铁轭的距离为为：,初次级盘形绕组的厚度为：,（4）窗口填充系数,每柱绕组净截面积Acu,每窗口绕组净截面积Acu,窗口填充系数为：,（5）铁铜比计算,初级绕组平均匝长：,次级绕组平均匝长：,三个铁心柱上初级绕组总长：,初级绕组总体积为：,三个铁心柱上次级绕组总长：,初级绕组总体积为：,总铜重：,铁心每层面积：,铁心体积：,铁重：,铁铜比：,(6)空载电流计算,单位铁损:由Bm=1.3T,D0.35硅钢片，查表得：,铁损：,空载电流有功分量：,单位磁化容量，查表得：,铁心磁化容量：,气隙磁化容量：,无功相电流：,空载电流：,一次绕组额定电流I1N:I1N=36.3(A),上述设计合理。,直流条形滤波电抗器设计原理,1.设计原始数据,直流输出空载电压：Ud0(V)电流调节范围：Ih(A)额定负载持续率：FSN(%)主电路结构：三相桥式全控整流电路或三相双反星形电路。,2.计算滤波电感值,1）计算最小工作电压:Udmin.,2）计算比值Udmin/Ud0,3)根据比值Udmin/Ud0，查对应的晶闸管控制角,条形电抗器结构简图,4)根据查得的控制角，由图查得对应比值Unm/Ud0,然后算出最低谐波电压峰值Unm(V);,5)确定电感值。,整流焊机标准对电流的脉动限制为：,谐波电压主要降在电感L上,取,3.条形电抗器结构设计,(1)基本尺寸计算,填充系数为0.5的条形电抗器的电感值L是相同空心电感器电感值L0的5倍，则,式中：,一般地：,d电感绕组外径,根据电感的定义，得,（a）,(b),联立(a)、(b)两式得,绕组中径,绕组匝数,式中：Bm磁通密度(T)L电感值（H),（2）电感结构设计,1）绕组导电截面积AL,采用风冷的焊机，一般选J=5A/mm2,裸铜排截面如图：,2)电感绕组绕制长度l0,l0=2.3dm,3)绕组中径面积Am,4)条形铁心截面积,根据As求图示尺寸A、B,铁心长：LFe=l0+1.5(cm),ZX5-400晶闸管弧焊整流器直流滤波电抗器设计,1.原始数据,直流输出空载电压：Ud0=63(V)电流调节范围：Ih=80500(A)额定负载持续率：FSN=60%主电路结构：双反星形电抗器铁心材料：D42/0.5mm磁通密度：Bm=0.83T,2.计算滤波电感值,1）计算最小工作电压:Udmin.,2）计算比值Udmin/Ud0,3