小型机组励磁整流变压器的选型与计算

小型机组励磁整流变压器的选型与计算摘要整流变压器的选型和计算是发电机用户经常遇到的技术问题由于小水电的特殊环境条件，经典理论计算公式的结果往往不符合实际，本文就此作一些探讨，提出一组简明的计算方法本文的讨论基于如下的条件:低压同步发电机组，并网运行,三相400V晶闸管整流，基层用户使用的角度关键词干式整流变压器晶闸管整流励磁同步发电机小水电.概述1在小水电励磁设备的选型配套或维修升级的工作中，电站用户常常遇到整流变压器参数计算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标准的应用条件，与小水电的实际运行环境有所差别，据此设计的变压器可能不太切合实际同时小水电基层的专业技术人员也缺乏，用户通常觉得整流变压器的选型）二次电流可选612=IE=X153=,125A.）一次电流=,可选7H=KIE=X153X）功率容量8Sl=+=XX+X153可选=16257,17kVA最后，填写订货清单三相干式整流变压器订货数据变压器容量连接组17kVA D,yll电压比电流440V/34V A/125A功率因数工作制长期连续工作按照本文的计算结果，在额定工况时变压器的负载率为，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°o、简易计算方法8发电机参数同前，励磁电压二，励磁电UE流IE=153A.励磁功率=P X=通取一次线电压Ul=440V三相半波整流时二次相电压可选U2=UE=X=V,70V变压器容量可选S1=3X

7558.=22674,23kVA三相全波整流时二次相电压=,可选变压U2=UE=X35V器容量选与上节的计算结SI=X=1662,17kVA果比较可见，简易计算方法的误差并不大，可以付诸应用在励磁电压较大时，简易法UE的值会稍微偏大,但对实际运行的影响无U2碍计算很困难因此为基层用户提出一个简明计算方法是很有必要的整流方式的选择目前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全波整流的变压器效率比较高，波形比较好半波整流的硅元件较少，但变压器二次绕组有直流电流通过，效率比较低,波形畸变大，用在小于的整流电路，不过一些早期设计的10kW较大机组也是半波整流两类整流方式的变压器计算公式有所不同整流变压器的形式采用环氧干式变压器容量一般在内，标称一次电压10—lOOkVA二次电压以内，电流内400V,100V100—300A由于容量比较小，与整流装置同置一个配电盘体内整流变压器冷却方式是自冷，在盘侧不安装封闭板时，散热条件比较好绝缘等级与散热方式小水电使用的干式环氧变压器的绝缘等级一般是级，绝缘系统B最高耐温为因此变压器满负荷工作时的130C,外表温度有烫手是正常的如果对变压器加以有效的强制风冷，其输出功率可以提高10%〜反之，如果变压器是工作在密封的配电30%箱里，散热条件不良，它的电流容量就必需降低或10%整流变压器的接线组别必须与晶闸管整流控制要求的相位相配合如果是新的设计，可以按以下原则来考虑一般采用的方式，即网侧采用△接D,yll法，阀侧采用接法此接法的二次相电压比y一次相电压在相位上落后30°的接法同时适应三相半波和全波两种D,yll整流形式如果现有的整流变压接线组别是Y,那也可以使用，但不能用于三相半波整流dll,至于的接线组别就不推荐使用我们Y,y知道三相可控整流产生的三次谐波电压非常高，可达基波值的以上，而变压器的接法可50%D以使其三次谐波磁通抵消，把影响降低到最小但如果采用的接线组，整流电路产生的三Y,y次谐波的磁通无闭合回路不能抵消过高的三次谐波会使电波形畸变过大，影响到变压器及发电机和其它仪表电器设备的正常运行电站向厂商提出订货数据时，应说明清楚变压器的连接组别，

一、二次电压、一次线电压的选择3U1小型机组的机端额定线电压是但小400V,型水电站一般都处于电网的远端，离变电站线路很长阻抗大造成末端的网电压过高,尤其是在丰水期发电高峰时段，网电压往往高达460V以上如果此时一次电压还是按照来设计，400V变压器就会承受过电压，使损耗增大，发热超标整流变压器的铁损与其承受电压倍数比成次方的关系，例如按设计的整流变压器，4400V在倍电压下运行时，其铁损的增加到二倍4这些损耗最终都在变压器内转为热量，使变压器的温升大增更有甚者，当电源电压超高到达一定程度后，变压器的铁心的磁通密度就会进入饱和区，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考虑，选取铁心的磁通密度值偏高，而一Bm次绕组的电压值仍然选取故在网电压过400V,高地区烧毁变压器的例子并不罕见对此就应该适当加大一次绕组的电压值，以使网电压升高+变压器也能应付工作20%一般变压器尚有的电压过载能力，故我们可5%用经验公式来选取一次侧绕组额定线电压值Ul=,式中，是网电的最高电压值计算结果U1若小于则按选取400V400V一次电压选取值增加后，二次电压也应该增加同样的比值，保持变压比不变，以维持励磁电压与机端电压相同比例地增减，因为发电机电压越高，需要的励磁功率就越大提高一次电压的做法，等效于增加每伏圈数，都是为了降低变压器铁心的磁通密度防止进入磁通密度曲线的饱和段带来的好处还有降低了变压器的空载电流和铁损当然这样也有些负面影响，因绕组圈数加多，使变压器内阻增大，电流损耗略有增加，但对变压器的正常运行不构成什么影响电压调整系数为n=Ul/400简易计算时，可以通取能适应大多440V,数电网条件的要求、二次电压的计算4U2二次电压的选取值关系到励磁系统的顶值电压，最大励磁电流、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，励磁电路要提供倍的强励〜电压，即变压器的二次电压需是额定值的倍〜但是实际上，我国的小水电机组很少有自成孤立电网运行的，绝大部分都是并入大电网售电运行，没有向电网提供强励功率的需要和能力——须知大电网容量极大,单个小水电机组的对它的影响是微不足道的如果按提高倍的数值来选取二次电压，〜整流电压就比较高，晶闸管整流系统励磁时长期处于被深控的状态，晶闸管的导通角小，波形畸变增大，功率因数变差，故障的短路电流变大，这些因素都对变压器和机组设备运行不利同时在相同的变压器功率容量下，电压高了必然导致电流降低，线圈绕组的导线截面积下降，电流损耗也增大根据我们的经验，选择最大整流电压为额定励磁电压的倍就比较适中，除了处理避免上述电压过高的缺点以外，也保留了一定的整流功率裕量，适应了运行条件变化的要求相电压的计算式U2三相全波整流U2=X/=+三相半波整流U2=X/=nUE+对上式各项的解释一发电机额定励磁电压；UE系数一如前所述，是励磁电压的裕量值;系数一电流满负载时变压器内阻漏抗引起电压降的补偿值这里用简单的一个固定数值来代替复杂计算，误差也不太大；电压调整系数，见上节所述；n—系数一三相全波整流元件全导通时输出直流电压与输入交流相电压的比值，即UE/U2=；数字一励磁回路的电压降的总和，其中包括整流元件的正向压降，以及馈电导线和碳刷集电环的压降变压比K=U2/U

1.简易计算时，可把上式结果的第

一、二项合并，有或二U2=UE,U2UE、电流的计算5三相全波整流一次电流二次相电12=K IE,流^=IE三相半波整流一次电流二次相电12=K IE,流12=IE这里的值尚未考虑变压器的效率II、功率的计算6励磁功率PE=UEIE变压器二次侧功率全波整流P2=3U2I2=3X=n PE+半波整流P2=3U2I2=3X=n PE+变压器容量的计算全波整流S1=P2/=P2==PE+半波整流S1=P2/=P2==PE+IE式中，为变压器的额定功率因数，为变97%压器一次侧效率简易计算时，可把上式结果的第

一、二项合并，有或SI=PE,S1=3PE在实际的订货中我们有时发现，某些厂商为了降低成本，变压器制造的用料偏紧，使变压器运行温升偏高在这种情况下为保险起见，最好把订货的变压器容量加大10%来应付，此时变压器的电压数值不改变，

一、二次电流要按比例提高、计算实例7某小型水电站需订购一励磁整流变压器，发电机参数为发电机功率肌额定电压发电400k400V,机励磁电压励磁电流UE=，IE=153A.工作条件励磁装置为晶闸管三相全波半控整流，机组并大电网运行，网电最高电压460V.求解步骤如下）连接组1D,yll）励磁功率2PE=UEIE=X153=）一次线电压取3U1=460X=437,440V电压调整系数n=Ul/400=）二次相电压二十=，可选4U2XX+=34V；）变压比5K=U2/Ul=34/440=。