小型机组励磁整流变压器的选型与计算

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1、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：400V低压同步发电机组，并网运行，三相晶闸管整流，基层用户使用的角度（用户向制造商提供订货数据，不涉及变压器制造的参数设计）　　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　　1.概述　　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

2、，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。　　1.1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（95％），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（74％），波形畸变大，用在小于10kAX），　　式中，U1（MAX）是网电（折合到机端）

3、的最高电压值。计算结果若小于400V则按400V选取。　　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（铜损）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＝U1/400　　简易计算时，可以通取U1=440V，能适

4、应大多数电网条件（400V-470V）的要求。　　4、二次电压U2的计算　　二次电压的选取值关系到励磁系统的顶值（强励）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。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1.6～1.8倍的数值来选取二次电压，整流电压就比较高，晶闸管整流

5、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1.3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U2的计算式　　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+

6、1.7）/1.17=1.18nUE+2.0　　对上式各项的解释：　　UE—发电机额定励磁电压（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；　　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入交流相电压的比值，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），以及

7、馈电导线和碳刷集电环的压降（1.0V）。　　变压比K=U2/U1.　　简易计算时，可把上式结果的第一、二项合并，有U2=0.71UE（全波），或U2=1.4UE（半波）　　5、电流的计算　　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值尚未考虑变压器的效率。　　6、功率的计算　　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+3.60I

8、E（W）　　半波整流P2=3U2I2=3（1.18nUE+2.0）×0.577IE=2.04n