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小型机组励磁整流变压器的选型与计算
更新时间:2020-01-10 发布:www.wxxinrun.com

摘要:整流变压器的选型和计较是发机电用户经常遇到的技术问题。由于小水电的特殊情况条件,经典理论计较公式的成效往往不合适现实,本文就此作一些探讨,提出一组简明的计较方式。本文的计议基于以下的条件:400V低压同步发机电组,并网运行,三相晶闸管整流,下层用户使用的角度(用户向制造商提供定货数据,不触及变压器制造的参数设计)
关头词:干式整流变压器晶闸管整流励磁同步发机电小水电
  1.概述  在小水电励磁装备的选型配套或维修升级的工作中,电站用户经常遇到整流变压器参数计较的问题。很多电工设计手册都提供了整流变压器的设计公式,但这些公式适用的是尺度的运用条件,与小水电的现实运行情况有所差异,据此设计的变压器可能不太切合现实。同时小水电下层的专业技术人员也缺少,用户凡是觉得整流变压器的选型计较很坚苦。是以为下层用户提出一个简明计较方式是很有需要的。  1.1整流方式的选择:今朝低压机组基本上都采用自励式静止晶闸管励磁方式。其整流方式一般有三相全波半控整流和三相半波整流两种(图1).全波整流的变压器效率比力高(95%),波形比力好。半波整流的硅元件较少,但变压器二次绕组有直流电畅通流畅过,效率比力低(74%),波形畸变年夜,用在小于10kW的整流电路,不外一些早期设计的较年夜机组也是半波整流。两类整流方式的变压器计较公式有所分歧。  1.2整流变压器的形式:采用环氧干式变压器。容量一般在10-100kVA内,标称一次电压(网端)400V,二次电压(阀端)100V之内,电流100-300A内。由于容量比力小,与整流装配同置一个配电盘体内。整流变压器冷却方式是自冷,在盘侧不安装封锁板时,散热条件比力好。  1.3尽缘品级与散热方式:小水电使用的干式环氧变压器的尽缘品级通常为B级,尽缘系统高耐温为130℃,是以变压器满负荷工作时的外表温度有烫手是正常的。若是对变压器加以有用的强制风冷,其输出功率可以提高10%~30%。反之,若是变压器是工作在密封的配电箱里,散热条件不良,它的电流容量就必需下降10%或更多。  1.4阻抗电压:在发机电的励磁系统中,有可能存在整流管击穿或直流回路短路等身分,故整流变压器的短路阻抗电压要比普通的变压器要高,以限制过年夜的短路电流。短路阻抗电压的参数由变压器制造厂设计,我们不作计议,但用户在向厂家定货时必需要注明是晶闸管整流变压器。  2接线组别  整流变压器的接线组别必需与晶闸管整流控制要求的相位相配合。若是是新的设计,可以按以下原则来斟酌。  一般采用D,y11的方式,即网侧(一次)采用△接法,阀侧(二次)采用y接法。此接法的二次相电压比一次相电压在相位上落后30°。  D,y11的接法同时顺应三相半波和全波两种整流形式。若是现有的整流变压接线组别是Y,d11,那也能够使用,但不能用于三相半波整流。  至于Y,y的接线组别就不推荐使用。我们知道三相可控整流发生的三次谐波电压很是高,可达基波值的50以上,而变压器的D接法可以使其三次谐波磁通抵消,把影响下降到小。但若是采用Y,y的接线组,整流电路发生的三次谐波的磁通无闭合回路不能抵消。太高的三次谐波会使电波形畸变过年夜,影响到变压器及发机电和其它仪表电器装备的正常运行。  电站向厂商提出定货数据时,应说明清晰变压器的毗连组别,1、二次电压(同时必需注明是相或线电压)。  3一次线电压U1的选择  小型机组的机端额定线电压是400V,但小型水电站一般都处于电网的远端,离变电站线路很长阻抗年夜。造成结尾的网电压太高,尤其是在丰水期发电高峰时段,网电压(机端)往往高达460V以上。若是此时一次电压仍是依照400V来设计,变压器就会承受过电压,使消耗增年夜,发烧超标。  整流变压器的铁损与其承受电压倍数比成4次方的关系,例如按400V设计的整流变压器,在1.2倍(480V)电压下运行时,其铁损的增加到(480/400)4=2.07倍。这些消耗终都在变压器内转为热量,使变压器的温升年夜增。  更有甚者,当电源电压超高到达一定水平后,变压器的铁心的磁通密度就会进进饱和区,使一次侧电流激增以致线圈烧毁。一些整流变压器的设计制造时由于成本的斟酌,拔取铁心的磁通密度Bm值偏高,而一次绕组的电压值依然拔取400V,故在网电压太高地域烧毁变压器的例子其实不罕有。  对此就应当适当加年夜一次绕组的电压值,以使网电压升高+20变压器也能应付工作。一般变压器尚有5的电压过载能力,故我们可用经验公式来拔取一次侧绕组额定线电压值  U1=0.95U1(MAX),  式中,U1(MAX)是网电(折合到机端)的高电压值.计较成效若小于400V则按400V拔取。  一次电压拔取值增加后,二次电压也应当增加一样的比值,连结变压比不变,以维持励磁电压与机端电压不异比例地增减,由于发机电电压越高,需要的励磁功率就越年夜。  提高一次电压的做法,等效于增加每伏圈数,都是为了下降变压器铁心的磁通密度。避免进进磁通密度曲线的饱和段。带来的益处还有下降了变压器的空载电流和铁损。  固然这样也有些负面影响,因绕组圈数加多,使变压器内阻增年夜,电流消耗(铜损)略有增加,但对变压器的正常运行不组成什么影响。电压调整系数为nU1/400  简略单纯计较时,可以通取U1=440V,能顺应年夜大都电网条件(400V—470V)的要求。  4二次电压U2的计较  二次电压的拔取值关系到励磁系统的顶值(强励)电压,年夜励磁电流、晶闸管导通角和谐波失真、整流电路的功率因数等等。  按有关规范,励磁电路要提供1.6~1.8倍的强励电压,即变压器的二次电压需是额定值的1.6~1.8倍。可是现实上,我国的小水机电组很少有自成孤立电网运行的,尽年夜部门都是并进年夜电网售电运行,没有向电网提供强励功率的需要和能力——须知年夜电网容量极年夜,单个小水机电组的对它的影响是眇乎小哉的。  若是按提高1.6~1.8倍的数值来拔取二次电压,整流电压就比力高,晶闸管整流系统励磁时持久处于被深控的状态,晶闸管的导通角小,波形畸变增年夜,功率因数变差,故障的短路电流变年夜,这些身分都对变压器和机组装备运行晦气。同时在不异的变压器功率容量下,电压高了必然致使电流下降,线圈绕组的导线截面积下降,电流消耗也增年夜。  凭据我们的经验,选择年夜整流电压为额定励磁电压的1.3倍就比力适中,除处置避免上述电压太高的错误谬误之外,也保留了一定的整流功率裕量,顺应了运行条件变化的要求。  相电压U2的计较式  三相全波整流U2=1.3*1.06(nUE 2.5)/2.34=0.59nUE 1.47  三相半波整流U2=1.3*1.06(nUE 1.7)/1.17=1.18nUE 2.0  对上式各项的诠释:  UE—发机电额定励磁电压(V);  系数1.3—如前所述,是励磁电压的裕量值;  系数1.06—电流满负载时变压器内阻漏抗引发电压降的抵偿值。这里用简单的一个固定数值来取代复杂计较,误差也不太年夜;  n—电压调整系数,见上节所述;  系数2.34(或1.17)—三相全波(或半波)整流元件全导通时输出直流电压与输进交流相电压的比值,即UE/U2=2.34(或UE/U2=1.17);  数字2.5(或1.7)—励磁回路的电压降的总和,其中包括整流元件的正向压降(1.5V或0.75V),和馈电导线和碳刷集电环的压降(1.0V).  变压比K=U2/U1。  简略单纯计较时,可把上式成效的第1、二项合并,有U2=0.71UE(全波),或U2=1.4UE(半波)  5电流的计较  三相全波整流一次电流I2=0.816KIE,二次相电流I1=0.816IE  三相半波整流一次电流I2=0.472KIE,二次相电流I2=0.577IE  这里的I1值还没有斟酌变压器的效率。  6功率的计较  励磁功率:PE=UEIE(W)  变压器二次侧功率:  全波整流P2=3U2I2=3(0.59nUE 1.47)*0.816IE=1.45nPE 3.60IE(W)  半波整流P2=3U2I2=3(1.18nUE 2.0)*0.577IE=2.04nPE 3.46IE(W)  变压器容量的计较:  全波整流S1=P2/(0.8*97%)=1.29P2=1.29(1.45nPE 3.60IE)=1.87nPE 4.64IE(VA)  半波整流S1=P2/(0.8*97%)=1.29P2=1.29(2.04nPE 3.46IE)=2.63nPE 4.46IE(VA)  式中,0.8为变压器的额定功率因数,97为变压器一次侧效率。  简略单纯计较时,可把上式成效的第1、二项合并,有  S1=2.2PE(全波用),或S1=3PE(半波用)  在现实的定货中我们有时发现,某些厂商为了下降成本,变压器制造的用料偏紧,使变压器运行温升偏高.在这类情况下为保险起见,好把定货的变压器容量加年夜10来应付,此时变压器的电压数值不改变,1、二次电流要按比例提高。  7计较实例  某小型水电站需订购一励磁整流变压器,发机电参数为:  发机电功率400kW,额定电压400V,发机电励磁电压UE=49.4V,励磁电流IE=153A.  工作条件:励磁装配为晶闸管三相全波半控整流,机组并年夜电网运行,网电高电压(机端)460V。  求解步骤以下  1)毗连组D,y11  2)励磁功率PE=UEIE=49.4×153=7558.2(W)  3)一次线电压U1=460×0.95=437(V),取440V  电压调整系数n=U1/400=1.1  4)二次相电压U2=0.59nUE 1.07=0.59×1.1×49.4 1.07=33.13V,可选34V;  5)变压比K=U2/U1=34/440=0.0773  6)二次电流I2=0.816IE=0.816×153=124.85(A),可选12.  7)一次电流I1=0.816KIE=0.816×153×0.0773=9.65(A),可选9.7A  8)功率容量S1=1.87nPE 4.64IE=1.87×1.1×7558.2 4.64×153        =16257(VA),可选17kVA  后,填写定货清单:  三相关式整流变压器定货数据  变压器容量:17kVA           毗连组:D,y11  电压比:440V(线)/34V(相)    电流(一次电流可不报):9.7A/12  功率因数:0.80            工作制:持久接连工作  依照本文的计较成效,在额定工况时变压器的负载率为0.77,处于经济运行状态。额定励磁电流输出时整流晶闸管的控制角约65°。  我们用msexcel(电子表格)软件编写了计较法式,计较时只需把三个参数:励磁电压UE、电流IE和高网电压U1(MAX)输进,法式即自动计较出整流变压器的全数数据,给出定货清单。此法式在深圳普威尔电气公司的网站(szpwr.com)上可以链接下载,或该网站可以代行计较  8.简略单纯计较方式  发机电参数同前,励磁电压UE=49.4V,励磁电流IE=153A.  励磁功率:P=40.3×161.4=7558.24(W)  通取一次线电压:U1=440V  三相半波整流时  二次相电压U2=1.4UE=1.4×49.4=69.2V,可选70V  变压器容量S1=3×7558.=22674(VA),可选23kVA  三相全波整流时  二次相电压U2=0.71UE=0.71×49.4=35.1(V),可选35V  变压器容量S1=2.2×7558.2=1662(VA),选17kVA  与上节的计较成效比力可见,简略单纯计较方式的误差其实不年夜,可以付诸运用。在励磁电压UE较年夜时,简略单纯法的U2值会稍微偏年夜,但对现实运行的影响无碍。

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