整流变压器设计

1、整流变压器设计1、带有平衡电抗器的双反星形可控整流变压器的设计：此种变压器的优点：在电解、电镀设备中经常需要低电压，大电流的可调直流电 源，在钢厂连轧机拖动电机中也需要很大的直流功率， 这时都需要大容量可控整 流设备。在大容量整流中，需要高电压就存在闸流管子串联的均压问题，要大电流就存在闸流管并联均流问题，大容量可控直流还必须设法解决直流电压脉动和高次谐 波，才能提高电压质量，减少设备对电网的危害问题。而带平衡电抗器的双发星形可控整流电路的特点正好就满足这种低电压大电流 场合的需要，它的特点1,二次低压绕组分成两个绕组，都为星形但接到管子的 同名端相反，构成两个相反的星形，所以叫双反星形。特点

2、2,两个二次绕组的中心点通过平衡电抗器连接在一起，其中平衡电抗器是一个带有中心抽头的绕在 铁心上的两组铜排。1) 、整流变压器已知参数：变压器规格型号：ZHSQ 400/0.5，配套整流柜子：KHS04 3150/72，Id = 3150A,Ud= 72V,控制角 a = 0。2) 、求整流变压器未知参数：二次侧线电压 U?= (72V- 1.17 )X 1.135 XV3 = 121V，其中1.17为三相半波 电压换算系数，1.135为电压损失系数，它包括变压器的阻抗压降68%它占大头，次台阻抗压降设计值为7.01%，阻抗压降值是由变压器使用单位或设计部 门提出一个较小范围，其它压降还包括晶

3、闸管、引线铜排及平衡电抗器产生的压 降，变压器高压有分接开关的，这些值可以估算。二次侧电流l?= 3150AX 0.289 =910.4A，其中0.289为三相半波电流换算系数。 二次侧也为阀侧容量 S?= 3150AX 72VX 1.135 X 1.48 = 381KVA 1.135为压降系 数，1.48为三相半波电感负载二次侧容量换算系数。一次侧也叫网侧，电压由用户确定。一次侧容量 S?= 3150AX 72VX 1.135 X 1.05 = 270KVA。为什么在电力变压器上二次侧容量几乎等于一次侧容量，中间只差铁损和铜损， 例如100KVA的电力变压器，当cos =1时，假设Po+Pk

4、=2%那么二次侧只能输 出98KVA这个百分比随着变压器容量增大而减小。而该种整流变压器，一次侧 计算容量为270KVA 二次侧计算容量高达381KVA不是该种变压器能放大功率， 而是整流电路有控制角时，二次侧流过的是缺角的正弦波，在畸变的波形中含有 直流分量和交流分量，交流分量可以通过变压器的一次侧进行能量交换，而直流分量则只能在变压器二次侧内部流动，如果两侧按同容量同电密进行设计，其结果二次侧绕组及引线铜排的温度会大大超过标准值，这就是两侧容量不同的原因 所在。一次侧电流=270KVAr（ 380XV3） =410.2A变压器计算容量也为平均容量系数 =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实际容量=326KVA+48KVA=374KVA （48KVAF面将要计算的平衡电抗器容量）变压器型式容量因接近国家规定的容量等级 400,所以定为400KVA阻抗压降的计算：一般同容量同电压等级整流变压器的阻抗压降要大于电力变压 器，次台用户给的阻抗压降范围是 68%设计结果为7.1%。设计计算时把线包 的高与宽套进阻抗计算公式，计算结果超出上下限，就得重新调整线包的高和宽 直到满意。铁心与线包细高阻抗就小，铁心与线包矮粗阻抗就大，如果设计的变 压器违背这个原则，轻则不好

6、用重则不能用，有关阻抗压降的详细计算将在后边 的三相电力变压器设计中谈到。通常没有抽头的小型整流变压器，影响压降的因素要计算的细而全，而带有分接 抽头的大一些整流变压器只需要大概估算一下。此种整流变压器分接抽头35个，高压每相一个线包，抽头613就得把高压 分成主包和调压线包两种线包。从整流线路看低压线包为两个线包， 实际上把两 个线包交叉绕在一起，构成一个双饼式线包，在引出铜排时同相两个首头电角度 相差180度。变压器制造厂在设计内外引出铜排时，都是按行业标准选取电密（但也有例外， 见我的博客变压器故障分析第九章第 76个问题：图省钱修改变压器图纸造成返 工一文），绝对没有多余的，使用单位在

7、选取连接铜排时截面应大于制造厂家的截面，但有些用户正好相反，看来当时省钱，但投产后每时每刻都在你的钱袋子 抽取比当时省下的多若干倍的钱。3) 、平衡电抗器设计计算：平衡电抗器结构为口字型铁心两侧绕的两组铜排线包匝数相等， 使两边电感量相 等。流过它的电压波形为3倍基波，即150HZ的近似三角波。在它两组线包产生 的不平衡电流通过两组星形线包及闸流管构成回路， 而不流经负载，这个电流被 称为环流或平衡电流。为了使两组电流尽可能平均分配，一般应使平衡电抗器的 电感量足够大，把环流限制在负载额定电流的 12沱内。设置平衡电抗器是为了保证两组三相半波整流电路同时导电， 使每组承担一半负 载，因此与三相

8、桥式整流电路相比，在采用相同闸流管的条件下，双反星形带平 衡电抗器的输出电流可大一倍。如果没有平衡电抗器，相当6相半波整流，任一瞬间只有一个管子导通，其它 5 个管子均承受反压而阻断。作为6相半波整流，因管子导通时间短，变压器利用 率低，体现不出供应大电流的优点，故极少采用。所以有无平衡电抗器是区别双 发星形和6相半波电路的关键，我厂造的整流变压器很多都是带平衡电抗器的， 故认识它很有必要。现总结一下带平衡电抗器的双发星形整流电路有如下优点：1、双发星形为两组三相半波整流电路的并联，而且需要平衡电抗器，使整流输 出电压脉动比三相半波小，与 6相半波一样。2、解决了半波整流电路中的直流磁化问题。

9、3、与三相半波相比，变压器利用率提高了一倍。4、管子导电时间比6相半波增加了一倍。1) 、平衡电抗器已知参数：二次侧相电压=121VV3=69.86V,直流支路电流=3150冷2=1575A2) 、求平衡电抗器未知参数：电抗器的端电压=69.86W(1-0.827) X COS2 ( a =0 时 COSa =1)=69.86V X0.416 30V电抗器容量=30VX 1575A=47.25 48KVA电抗器匝压=Ke （取 1.1 ）XV48KVA=7.62V电抗器匝数=300 7.62V=3.944匝，每支路两匝电抗器铁心截面=15X匝压十磁密=15X（ 30V- 4匝）十（0.95 X

10、 0.8 ）=148cn2（注: 早年硅钢片质量不好时取的磁密，0.95T=9500高斯，由于电抗器坐在主变上铁 轭上，因温度扁高故取正常值的 0.8倍，148cn2为有效值，实际截面=148cn2- 0.95=154cm2,0.95 为系数）最后确认磁密=（30VX 104） - （4.44 X 150HzX 4 匝 X 148cn2=0.76，与 0.95 X 0.8=0.76 相符。电抗器线包用铜排：8mnX60mm电密=1575A8X60mm=3.28A/mm略小于主变 电密。电抗器铁心尺寸：外正方形 264mnX 264mm内正方形64mnX 64mm电抗器铁心窗高：60mm+X 2

11、mm=64mm8高：8mnX 4 匝+5X 6mm+2mm=64mm较大三相整流变压器的铁心采用圆柱形，它的铁心截面、窗口面积、线包尺寸、 导线的选取、Io、Po Pk、Uk、温升等都得详细计算，具体这些计算参见后面将 要说到的三相电力变压器设计。2、不可控三相桥式整流变压器设计：1）、整流变压器已知参数：直流电压Ud=460V直流电流Id=1000A2）、求整流变压器未知参数：二次侧电压U?= （460V- 2.34 ）XV 3X 1.1=375V，（ 2.34为三相桥式整流电路电压换算系数，1.1为变压器阻抗压降、整流二极管压降、引线铜排压降之和系 数）。二次侧电流I ?=1000AX 0

12、.816=816A，（ 0.816为三相桥式整流电路电流换算系 数）。变压器二次侧容量 P?=1000AX 460VX 1.1 X 1.05=531KVA（ 1.05为容量换算系数）。变压器一次侧容量 P?=375VX 816AXV3=530KVA通过上述两种不同类型整流变压器容量计算， 可以看出三相桥式不可控，整流后 的脉动直流畸变不大，一二次侧电能几乎全部可以进行交换， 不存在那侧容量大 那侧容量小的问题。有的用户要求整流变压器的直流电压直流电流变化范围较大，制造厂把高压设计成1327档，它们使用的是有载开关，而 35档使用的是无载开关。35档 可在高压线包上直接抽头，1327档则拥有独立

13、的调压线包，还可以进行正反 调压使调压范围更大。用食盐水进行电解产生氢氧化钠的整流变压器电压在60105%围内，用13档就可以，电解铝、锰、锌及冶炼碳化硅电压在10105%得使用27档。有载开关因使用中经常换挡，产生的电弧容易使油老化，有载开关内的油比变压 器内的油老化和脏的快，所以两者的油不得串门子。3、移相整流变压器的设计：整流变压器相数越多，整流后的直流脉动频率越高，电流越平滑，后边需要的滤 波电感和滤波电容容量会更小，整流电路的种类与脉动频率见下表。整流电路的种类波头之间的电角度直流脉动频率说明单相半波整流电 路36050Hz整流电路很容易做到单相全波整流电 路180100Hz整流电路

14、很容易做到三相半波整流电 路120150Hz整流电路很容易做到六半三桥整流电路60300Hz整流电路很容易做到24相整流电路151200Hz必须米用移相技术36相整流电路10。1800Hz必须米用移相技术36相要用三台整流变压器，其中一台移相 +5, 台0, 一台-5 , 24相要 用两台整流变压器，通常两个器身装在一个油箱内，一台移相+7.5。，另一台移 相-7.5。每台低压联结组分为正星形，反星形，正三角，反三角形成 12相， 高压线包一台采用右移联结另一台采用左移联结，合用形成 24相。所谓右移联结就是把A相高压线包的一部分绕在B相上，B相一部分绕在C相上, C相一部分绕在A相上，左移联

15、结与右移联结正好移动方向相反。高压主包匝数、 移相包匝数与高压不移相匝数计算值构成一个三角形，主包与移相包的匝数夹角 为固定120主包与不移相计算匝数的夹角就是变压器的移相角a，移相包与不移相计算匝数的夹角为60 - a。曲折形联结时主包、移相包、容量与移相角的关系见下表: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变压器容量比11.0451.06681.08511.13711.1548例如：ZHST-8000/35移相整流变压器高压线包计算已知不移相高压线包计算匝

16、数为 866匝，移相角度 a = 7.5 主包匝数计算=(sin52.5 x 866匝)十sin120 =793匝也可以=866匝x 0.9161=793匝移相包匝数计算=(sin7.5 x 793匝)十sin52.5 =131匝 也可以=866匝x 0.1507=131 匝。六 电抗器的设计1、电抗器种类及用途：依靠线圈的感抗阻碍电流变化的电器叫电抗器.，电抗器 常用作限流.稳流降压.补偿.移相等.按用途分为以下几种：1. 限流电抗器-又叫串连电抗器.补偿电容器组回路中串入电抗器后，能 抑制电容器支路的高次谐波，降低操作过电压，限制故障过电流2. 并联电抗器-一般接于超高压输电线的末端和地之

17、间，起无功补偿作 用3. 消弧电抗器-又称消弧线圈接于3相变压器的中性点与地之间，用 以在3相电网的1相接地时供给电感性电流，以补偿流过接地点的电容性电流， 消除过电压4. 起动电抗器-与电动机串连，限制其起动电流5. 电炉电抗器-与电炉变压器串连，限制其短路电流6. 滤波电抗器-用于整流电路，以减少电流上纹波的幅值；可与电容器 构成对某种频率共振的电路，以消除电力电路某次谐波的电压或电流7. 分裂电抗器在结构上和普通的电抗器没有大的区别。 只是在电抗线圈 的中间有一个抽头，用来连接电源，于是一个电抗器形成两个分支，此二分支可 各接一个（如厂用母线），其额定电流相等。正常运行时，由于两分支里电

18、流方向相反，使两分支的电抗减小，因而电压损失 减小。当一分支出线发生短路时，该分支流过短路电流，另一分支的负荷电流相 对于短路电流来说很小，可以忽略其作用，则流过短路电流的分支电抗增大， 压 降增大，使母线的残余电压较高。8、平波电抗器平波电抗器DL在串级调速系统中的作用是保证小电流的连续，限制di /dt电流上升宰，使系统工作可靠。采用摆动式电抗器，当电流增大时，铁芯饱和，电感 减小。2、平波电抗器参数计算：已知参数：限制电流脉动时取电感量 L=5.9mH保证电流连续时取L=38mH平波电抗器的额定电流=1.1 X 35.5A=39A （1.1为安全系数）。平波电抗器的电压范围=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电抗器功率=2730VX 39A=106.5Kvar铁心截面=3XV 106.5Kar - 0.175=177cm2 （0.175=17500 高斯）。有效截面=177X 1.05=186cm2每匝电压=l86cn2X 17.5 X 300Hz十22500=43.4V/ 匝，（17.5=17500 高斯，22500 为系数）匝数计算=2730 43.4V/匝=63匝，导线截面=39A十3.5=11.14mm2。导线选取 3.8/ 4.4=11.3

20、4mm2双玻璃丝包线。平波、并联、三相均衡等电抗器在整流电路中连续运行不存在暂载率问题，所以它的磁密电密选取同其它连续工作电器一样， 线匝及导线在窗口排布也同其它变 压器一样。带有气隙的电抗器设计难度大，铁心气隙每柱取几个，每个之间铁心 片厚取多大，气隙中垫绝缘多厚都得详细计算，即使如此在试验中有的还需调整。我厂制造的消弧电抗器，用户给的电感量在很小范围内，试验时电感量偏离用户 要求的范围，就得调整铁心气隙，一般给电抗器加额定电流，U/I = XL XL=2n fL 当L/ U/,要让L就得增大气隙垫块的厚度，有时用户为了调整方 便要求设置12个抽头。平波电抗器比消弧电抗器设计更复杂的原因有：1、为防止整流电路输出电流小不连续要求电感量取得大L=38mH2、输出直流含有很大脉动成分，即交流分