李建軍/特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司

ZS、ZSS系列整流變壓器設(shè)計(jì)

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ZS、ZSS系列整流變壓器用作整流裝置的電源變壓器，其作用是向整流器提供交流電源，整流器再將交流電變換為直流電，從而進(jìn)行直流供電。這一類整流變壓器主要用于電力傳動(dòng)中的直流電機(jī)供電。如軋鋼電機(jī)的電樞和勵(lì)磁。在結(jié)構(gòu)上，閥側(cè)有時(shí)要求有兩個(gè)繞組，分別供給正、反傳動(dòng)或正向傳動(dòng)、反向制動(dòng)。

整流變壓器；地屏；過載；諧波

整流變壓器是將電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換為整流裝置所需要的電源的一種變壓器，主要用來為電力傳動(dòng)中的直流電機(jī)供電，如軋鋼機(jī)的電樞和勵(lì)磁及一般工業(yè)用整流電源。

ZS、ZSS系列整流變壓器用作整流裝置的電源變壓器，其作用是向整流器提供交流電源，整流器再將交流電變換為直流電，從而進(jìn)行直流供電。這一類整流變壓器主要用于電力傳動(dòng)中的直流電機(jī)供電。如軋鋼電機(jī)的電樞和勵(lì)磁。在結(jié)構(gòu)上，閥側(cè)有時(shí)要求有兩個(gè)繞組，分別供給正、反傳動(dòng)或正向傳動(dòng)、反向制動(dòng)。

整流變壓器的一個(gè)特點(diǎn)是在高、低壓線圈之間增設(shè)一個(gè)地屏。一般整流變壓器閥側(cè)（低壓側(cè)）接整流柜、儀表等，與人接觸較近，一旦高壓網(wǎng)側(cè)有過電壓，將會(huì)直接擊穿低壓以外的人或設(shè)備，危害大，因此在高、低壓之間加上地屏，用以保護(hù)低壓側(cè)。有的客戶要求將地屏通過套管在箱蓋上引出，如果客戶不做要求的直接將地屏出線連接在低壓夾件上。

整流變壓器的另一個(gè)特點(diǎn)整流變壓器與整流器連接，整流元件的不同步觸發(fā)以及變壓器的阻抗偏差，使變壓器中含有非特征諧波和直流分量，諧波使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大，而受直流分量的影響鐵心的磁通密度增大，稱為直流偏磁，受諧波和直流偏磁的影響，變壓器的噪音、空載損耗和負(fù)載損耗均增大。因此在設(shè)計(jì)時(shí)需降低磁通密度。

整流變壓器要求有較強(qiáng)的過負(fù)載能力，可在額定負(fù)載情況下長期安全運(yùn)行，并且經(jīng)常要求長時(shí)過載，有的產(chǎn)品則要求短時(shí)周期過載。長時(shí)過載計(jì)算溫升時(shí)電流則乘上相應(yīng)的過載倍數(shù)，短時(shí)周期過載時(shí)可用下式導(dǎo)出計(jì)算時(shí)的過載百分?jǐn)?shù)：

k－出現(xiàn)過載倍數(shù) t2－未出現(xiàn)過載時(shí)時(shí)間段（S）

整流變壓器的阻抗比相應(yīng)的電力變壓器大30%左右，有的產(chǎn)品阻抗大的更多，阻抗大則阻抗系數(shù)也應(yīng)按下式相應(yīng)調(diào)

UK標(biāo)－標(biāo)準(zhǔn)阻抗值 K－標(biāo)準(zhǔn)阻抗系數(shù)UK－要求阻抗值

在計(jì)算阻抗時(shí)由于有地屏，主空道大，阻抗系數(shù)應(yīng)當(dāng)再適當(dāng)降低。

整流變壓器還有一個(gè)特點(diǎn)：高次諧波電流分量。諧波可使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗與導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現(xiàn)在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大。同時(shí)由于以上兩方面的損耗增加，因此要減少變壓器的實(shí)際使用容量，或者說在選擇變壓器額定容量時(shí)需要考慮留出電網(wǎng)中的諧波含量。除此之外，諧波還導(dǎo)致變壓器噪聲增大，變壓器的振動(dòng)噪聲主要是由于鐵心的磁致伸縮引起的，隨著諧波次數(shù)的增加，振動(dòng)頻率在1K HZ左右的成分使混雜噪聲增加，有時(shí)還發(fā)出金屬聲。一般客戶提供兩組參數(shù)：Υ－諧波次數(shù)，Ir／I1－諧波與基波的百分比，通常以百分?jǐn)?shù)來表示。有的產(chǎn)品諧波分量大，諧波帶來的直接后果就是損耗增加，這對(duì)變壓器的溫升影響也是很大的，通常可用下面公式來計(jì)算：

電阻損耗增加倍數(shù)為：FΩE＝

渦流損耗增加倍數(shù)為：FWE＝

雜散損耗增加倍數(shù)為：FZE＝

基波下的負(fù)載損耗為：Pk＝PΩ＋Pw＋P引＋Pz

諧波下的負(fù)載損耗為：Pk’＝（PΩ＋P引）×FΩE＋Pw×FWE＋Pz×FZE

從上面式子可以看出渦流損耗增加系數(shù)受影響最大，因此在計(jì)算時(shí)通常減小導(dǎo)線厚度以達(dá)到降低渦流損耗的目的。

如果有過載及諧波分量時(shí)則公式演變成：

如果有過載及諧波分量時(shí)則公式演變成q＝

（W／m2）

a為過載倍數(shù)

在極個(gè)別時(shí)候，客戶提供的不是諧波電流分量而是諧波電壓，此時(shí)我們就要用下面公式來推導(dǎo)出諧波電流

Ur－諧波電壓（V） SN－額定容量（kVA）Υ－諧波次數(shù)

UN－二次額定電壓（kV） Uk－短路阻抗（%）

有了諧波電流則根據(jù)Ir／I1就可以得到諧波分量，再用上式進(jìn)行計(jì)算。

由于諧波下渦流損耗增加倍數(shù)為：FWE＝2Υ2，如果諧波含量大則此倍數(shù)就會(huì)很大，因此降低渦流損耗使其值盡量小，，a為導(dǎo)線的厚度，通常我們用減小導(dǎo)線的厚度來降低渦流損耗。

當(dāng)客戶提出有過載要求和諧波電流分量時(shí)，在溫升試驗(yàn)中就要把這些特殊條件折成損耗或電流給實(shí)驗(yàn)臺(tái)，當(dāng)做油面溫升試驗(yàn)時(shí)采用諧波、過載條件下?lián)p耗（）進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)做繞組溫升試驗(yàn)時(shí)采用諧波、過載條件下電流（I×× a）進(jìn)行試驗(yàn)。

整流變壓器由于過載和諧波電流分量的存在，從上面公式可以看出其溫升均提高，則繞組多采用帶縱向油道的高功能結(jié)構(gòu)，高壓采用連續(xù)式，低壓根據(jù)電壓與聯(lián)結(jié)組別多采用螺旋式結(jié)構(gòu)，如果是ZSS變壓器（即兩個(gè)低壓，一個(gè)Y接繞組，一個(gè)D接繞組），低壓采用雙餅式結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)低壓軸向上交錯(cuò)排列，低壓引出6個(gè)套管。諧波和過載下的損耗也會(huì)增加，為了滿足油面的溫升，含有諧波和過載的整流變壓器的散熱器比電力變壓器的散熱器通常會(huì)多1～2個(gè)。

在以往整流變壓器設(shè)計(jì)時(shí)由于客戶無損耗要求，因此計(jì)算可適當(dāng)增大電密（溫升限值內(nèi)）提高損耗，但注意導(dǎo)線的厚度要小以降低渦流損耗，如此做法雖然增加了散熱器，但節(jié)約了銅、硅鋼片，在性價(jià)比上是占有優(yōu)勢的，這樣可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約的目的。

［1］崔立君.特種變壓器理論與設(shè)計(jì)［M］.北京：北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1996.