整流变压器理论与设计.docVIP

整流变压器理论与设计 1.整流变的作用与要求 为了获得电解、化学、工业驱动、交通运输、电子与通迅、控制与电力传输等领域广泛应用的直流电能，普遍采用将交流电能整流（变流）为直流电能的方法。工业上使用的整流系统一般均包括整流变压器和整流器两大基本组成（图1）。 图1、整流系统 整流变压器在整流系统或整流过程中主要作用有三： 1）将交流网侧的电源电压，降低（或升高）到满足输出直流电压要求的交流阀侧电压。 2）实现直流侧（交流阀侧）与交流网侧的电气隔离。 3）将交流网侧的三相交流电源转换为交流阀侧的多相交流电能，以降低交流网侧的谐波含量及改善直流电压波形。 由于整流变压器的工作状态与工作条件不同于一般的电力变压器，其设计与制造中存在许多特殊点与难点，因此有许多特殊的技术要求如下： 1）施加于整流变压器的电源（网侧）为正弦波形电压，设计铁心和线圈时有关电磁感应、铁损、每匝电压等计算与电力变压器要求相同。 2）由于整流变压器绕组电流的非正弦波形（含高次谐波的脉动波形），可造成整流变压器容量与直流传输功率的不相等，谐波电流产生的铜损和铁损大于绕组工频电流的铜损和铁损，多相（大于三相）整流时绕组二次容量常大于一次容量；因此电密、磁密、温升、容量、过负荷能力的选取均高于电力变压器要求。 3）为了提高电磁兼容性及抗干扰能力，一、二次绕组间要求装静电隔离屏蔽。 4）对铁心与绕组有较高的抗震机械强度要求，有降低谐波噪声的要求。 5）由于阀侧的直流电压作用，对高电压产品，会产生不同于电力变压器的绕组绝缘水平要求。 6）阻抗电压的选取要满足交直流短路分断能力、整流换向、直流电压调整率、输出电流电压外特性的要求。 2.整流变电压、电流、容量确定 2.1电压确定 1）一次电压U1（线电压） 一次电压U1选为电网侧电压。 2）二次电压U2（线电压） 二次电压U2由整流输出直流电压Ud与整流方式确定。 对三相不可控桥式整流（电感性负载） Ud U2＝ 1035 对三相全控桥式整流（电感性负载），在考虑变压器电抗条件下， Ud+△U U2= Л 1.35（cosα－XT－0.01—） 3 式中：△U—可控硅管压降 α—可控硅触发角 XT—变压器电抗压降（％） 对其它工作方式，参照GB3859《半导体变流器》确定U2。 2.2电流确定 1）二次电流I2（线电流） 二次工频额定电流I2（有效值）的选取原则：I2等于变压器实际流过电流的均方根值。 对三相桥式整流（电感性负载）有 I2＝0.816Id 式中，Id—直流平均电流 2）一次电流I1（线电流） I1等于变压器实际流过电流的均方根值。（公式略） 2.3容量确定 三相整流变压器容量有下式： SN＝ U1I1＝U2I2 由于整流变压器工作电流的非正弦性，将产生高次谐波附加绕组铜损和铁损，由实际工作电流产生的总损耗将大于工频电流I1 和I2产生的总损耗，而计算或试验测量实际工作电流（含谐波）产生的损耗是比较困难的，目前工程上采取增加（10～30％）谐波附加损耗系数的方法适当加大变压器容量，即 SN＝（1.1～1.3）U1I1 ＝（1.1～1.3）U2I2 2.4 IEC61378《变流变压器—第1部：工业用变流变压器》新概念 前述一、二次侧线电流方均根值I1和I2有下式 n I12＝Σ I1 h 2 h=1 n I22＝Σ I2 h 2 h=1 式中，I1h— 一次侧电流h次谐波电流方均根值， I2h— 二次侧电流h次谐波电流方均根值。 整流变压器容量是由电压和电流的基波分量来决定的，因此三相容量是 SN＝ U1I11＝ U2I21 （其中U1和U2只有基波分量） 整流变压器负载损耗： n n PN＝（I1和I2产生的电阻损耗）＋（ΣI1 h和Σ I2 h谐波分量产生 h=1 h=1 的绕组涡流损耗、连线涡流损耗和结构件杂散损耗） IEC61378新标准采用基波分量决定容量的优点是：在任意相整流 时，一次或二次线圈的容量可相加、且一次与二次线圈容量恒相等。 IEC61378新标准采用的负载损耗表述方法，将更加容易进行谐波附加损耗的计算与测试。 3.整流变压器设计制造要点 3.1合理的容量裕度 考虑整流方式与谐波附加损耗，充分与合理地选择变压器容量，选好一、二次绕组容量与温升裕度是整流变压器的关键。 3.2电磁设计 容量选定之后，绕组结构，