整流变压器理论与设计

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1、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，普遍釆用将交流电能整流（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）。整流变压器在整流系统或整流过程屮主要作用有三：1）将交流网侧的电源电压，降低（或升高）到满足输岀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

2、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）

3、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耍求。6）阻抗屯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Ui（线电压）一次电压U

4、选为电网侧电压。2）二次电压6（线电压）二次电压5由整流输出直流电压5与整流方式确定。对三相不可控桥式整流（电感性负载）Ud6=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+AUU2=JI1.35（cosa-Xt-0.01—）3式中：△!；—可控硅管压降a—可控硅触发角Xt—变压器电抗压降（％）对其它工作方式

5、，参照GB3859《半导体变流器》确定U2。2.2电流确定1）二次电流b（线电流）二次工频额定电流【2（有效值）的选取原则：12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h（线电流）11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=V^Uili—V3U2I2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11和【2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（

6、10〜30%）谐波附加损耗系数的方法适当加大变压器容量，即S、=（1.1-1.3）V3UJ!=（1.1-1.3）V3U2I22.4IEC61378《变流变压器一第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I】和I有下式nL2=ZLh2h二1nI2h2h二1式中，Iin——次侧电流h次谐波电流方均根值，I2

7、—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—V3U1I11—V3U2I21（其中匕和U2只有基波分量）整流变压器负载损耗：nnPn=（I】和I2产生的电阻损耗）+（SLh和工Lh谐波分量产生h二1h二1的绕组涡流

8、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。1EC61378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2.1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，铁心结构，材料材质，导线规格与型式的合理设计能有效降低整流变压器的附加损耗。3.3静电屏蔽静电屏蔽在满足绝缘水平与绕组结构的要求前提下，最大限度的发挥屏蔽效果

9、。3.4噪声设计从铁心材料、磁致伸缩、铁心与线圈结构尺寸、抗震与吸收等角度有效降低谐波噪声。3.5结构设计根据整流变的特殊要求，进行三相变压器组、封母法兰出线、电缆出线、保护CT设置等系统结构设计。