(完整word版)整流变压器设计.doc

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 ，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： ZHSK － 400/0.5 ，配套整流柜子： KHS01 －3150/72 ，Id＝ 3150A ，Ud ＝72V ，控制角 α＝0 °2 ）、求整流变压器未知参数：二次侧线电压 U ?=（72V ÷1.17 ）× 1.135 ×√ 3 = 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 6 ～8% ，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 I?= 3150A ×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?= 3150A ×72V ×1.135 ×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?= 3150A ×72V ×1.135 ×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 φ=1 时，假设 Po+Pk=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 =270KVA ÷（ 380 ×√ 3 ） =410.2A变压器计算容量也为平均容量系数 =1.485+1.05=1.26平均容量 =1.26 × 3150A ×72V × 1.135=326KVA也可以 =(270KVA+381KVA) ÷2=326KVA实际容量=326KVA+48KVA=374KVA (48KVA为下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 6 ～8% ，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 3 ～5 个，高压每相一个线包， 抽头 6 ～13 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 1～2% 之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 =121V ÷√ 3=69.86V ，直流支路电流 =3150A ÷ 2=1575A2 ）、求平衡电抗器未知参数：电抗器的端电压 =69.86V √(1-0.827) ×COS2 α (α=0 时 COS2 α=1)=69.86V× 0.416 ≈ 30V电抗器容量 =30V ×1575A=47.25 ≈48KVA电抗器匝压 =Ke （取 1.1 ）×√ 48KVA=7.62V电抗器匝数 =30V ÷7.62V=3.94 ≈4 匝，每支路两匝电抗器铁心截面 =15 ×匝压÷磁密 =15 ×（30V ÷4 匝）÷（ 0.95 × 0.8 ）=148cm2(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， 148cm 2为有效值，实际截面=148cm 2÷0.95=154cm 2,0.95 为系数 )最后确认磁密 =(30V ×104) ÷(4.44 ×150Hz ×4 匝× 148cm 2=0.76 ，与 0.95× 0.8=0.76 相符。

电抗器线包用铜排： 8mm × 60mm ，电密 =1575A ÷ 8 ×60mm=3.28A/mm 2,略小于主变电密电抗器铁心尺寸：外正方形 264mm × 264mm ，内正方形 64mm × 64mm 电抗器铁心窗高： 60mm+2 × 2mm=64mm ，窗高： 8mm × 4 匝+5 ×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 ）×√ 3 ×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?=1000A × 0.816=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?=1000A ×460V ×1.1 ×1.05=531KVA ，（ 1.05 为容量换算系数）。

变压器一次侧容量 P?=375V ×816A ×√ 3=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 13 ～27 档，它们使用的是有载开关，而 3～ 5 档使用的是无载开关 3 ～5档可在高压线包上直接抽头， 13 ～27 档则拥有独立的调压线包，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。