大型整流变压器

2024-08-01

大型整流变压器（精选八篇）

大型整流变压器篇1

山西以及国内西北煤、铝、铁资源十分丰富，受产业调整政策的影响，民营资本迅速介入，各种冶炼业蓬勃兴起，例如电解铝、铁合金和碳素等产业，近年来既有新上项目又有扩产项目，预计可能在未来几年内形成一个庞大的产业群[2,3]。这些企业无论是新上还是扩产，为了提高效益，实现节能和环保的要求，都引进了新的先进生产工艺，因此对生产工艺的关键设备整流变压器也提出了更高的技术运行要求和安全可靠性要求。

1 冶炼业整流变压器的发展新特点

为了满足电解铝、化工、炼钢、铁合金、碳素等行业对整流变压器的要求，快速占领这一有发展前途的广阔市场，开发大型低损耗、节能，多级调压，多相数的整流变压器，已成为变压器行业的一个新课题。适应市场的需求，提高企业的市场竞争能力，使企业不断发展，研究和开发这种新型产品已变得十分必要和紧迫了。

虽然该类大型移相整流低损耗变压器形式多样，但其主要体现在要求单台容量大，调压范围广，空载损耗和负载损耗小，为减少谐波含量，改善波形要求，更要求整流相数多，直流电流大(有时要求直流电流达30万A以上或更高)。

1.1变流特点

变压器是基于电磁感应变换原理而成的变电设备，而整流变压器是将高电压变为低电压后，小电流变成大电流，经整流装置，整流后变为直流[4]。由于整流变压器的负载是整流装置，因而会使交流侧产生很多高次谐波。电流电压的高次谐波直接影响整流变压器绝缘结构，漏磁场分布，损耗计算等参数的设计，尤其是高电压，大容量整流变压器的变流特点更为突出。

1）初级电压越来越高。

随着技术的发展，一次电压越来越高，不再需要经过降压过程，而采用直降式，如已成熟的110 kV直降式。

2）调压范围广，二次电压级次高。

冶炼工艺对整流变压器要求电压调整范围宽，调压幅度高。如常见的为基准电压的5%～120%，调压级数为7～107级。

3）巨大的二次电流。

普通电力变压器其电流较小一般为3 000 A以下，而整流变压器由于二次电压低，单台容量大，其特点导致了二次交流电流达到几万安培，直流电流达30万A以上。这些对冶炼业的规模大小和生产量起了决定性的作用。

4）整流脉波数增多，无功和谐波得到控制。

随着技术的发展，脉波数已逐渐由六脉波、十二脉波、十八脉波逐步发展到多分段或更多脉波。由于直流电流的平稳度提高，无功和谐波得到了很好的控制，对电网的影响越来越小。

5）阻抗调整相对精准。

以前由于技术发展相对落后，设计结构守旧，生产制造工艺裕度较大，计算数据精度相对较低，阻抗控制能力相对较差。加上冶炼业的工艺控制要求，阻抗变化范围远大于常规变压器，所以从设计到生产再到整流单元结束，往往造成二次直流输出不理想，对产品的合格率及生产效率造成一定的影响。随着新技术工艺的发展，该类问题基本得到很好的控制，完全满足冶炼业生产工艺的要求。

6）负载损耗逐步降低，高效节能。

整流变压器由于电流大，电压调整范围宽，漏磁场关系处理复杂，导致其自身产生的负载损耗非常高，是普通电力变压器的7～8倍。随着我国变压器行业对特种变压器研发能力的提高，制造标准对负载损耗的规定已逐步下调，基本定为普通变压器的3～4倍，这样既节约能源，又降低运行成本。

2 冶炼业整流变压器的技术工艺新要求

1)由于整流后造成变压器交流侧谐波大幅增加，对变压器绝缘结构影响很大，必须通过计算绝缘电气强度及模拟试验相结合，才能确定合理的绝缘结构。

2)在高次谐波含量较多较大的情况下，变压器负载损耗的计算方法，公式推导确定，包括测试等必须具有一定的精度要求。

3)技术人员应充分考虑调压幅度增大后对漏磁分布的影响。

4)由于漏磁场所带来的产品结构件损耗以及伴随过热，必须采取一定的有效降低措施。

5)在大电流情况下，产品实施的工艺措施必须保证振动和噪音得到有效控制。

6)由于产品的特殊结构，运行环境的特殊要求，决定了生产中所采取的工艺必须保证电气、机械安全。

3 冶炼业整流变压器的需求展望

大型整流变压器主要用于电解铝、化工、铁合金冶炼、碳素等生产过程，根据目前山西、内蒙古、宁夏三省区的市场调研情况，该产品目前供不应求，市场容量大。

由于多种渠道资金的介入，建设周期短，见效快，包头市已划出一块开发区专门发展铁合金的冶炼，供出口和国内市场。山西省的电解铝行业和碳素行业发展也很快，电解铝对整流变压器机组要求已达到4×31 500 kVA的容量，碳素行业的单台机组已达到20 000 kVA。这些机组的整流相数最多达到48相。山西省的碳素行业已向四川、内蒙等省扩散建厂。

据市场的发展和不完全统计，为了满足目前的市场需求，仅山西省每年需要该类整流变压器约30多台(约合45万kVA)，单台容量平均为1.5万kVA。该项产值约合7 000万元，利润约2 000万元。

随着我国“西部大开发”和“振兴工业基地”等国策的实施，国民经济将进入一个新的增长期，这现象必将推动该产品的市场需求新高点，同时也对该项技术的发展提出更高的要求。

参考文献

[1]崔立君.特种变压器理论与设计[M].北京:科学技术文献出版社,1996.

[2]郭诚,石自立.大型整流变压器雷电冲击耐受试验[J].变压器,2001(5):7-9.

[3]何卫国.整流变压器瓦斯继电器误动作的分析与处理[J].有色设备,2010(3):11-13.

大型整流变压器篇2

摘要：应用于金属冶炼、化工电解等行业的大功率整流变压器，其线圈铜阻随温度升高而增大，相应的基本铜耗也会增加；冷却装置的投入不仅能控制整流变压器在温升限值内运行，还能降低绕组温度实现降耗，但该过程加大了冷却装置的能耗，系统的整体能耗是否最低就需要根据实际情况进行分析.本文结合某铝业公司工程实测数据，对整流变压器损耗与温升关系，冷却功率与温升关系进行了深入研究，通过优化计算得到整流变压器的最优运行工况，即系统综合能耗最低时的温升及需投入的冷却功率，为整流变压器综合节能提供了理论依据和有效方法.

关键词：整流变压器；冷却装置；温升；优化；节能

中图分类号：TM422 文献标识码：A

电解铝行业历年来都被称为“高耗能产业”. 2011年全国总耗电量4.75亿万千瓦时，电解铝行业耗电量就占5.4%，而就该行业本身而言，其电力成本可占其总成本的40%甚至更多.据有关部门统计，中国2012年电解铝产量超过2 000万吨，目前平均每吨电解铝生产耗电在14 000度左右，是名副其实的用电大户，若能够通过新技术、新手段或新思路使电解铝整个生产过程降低电耗，意义十分重大.

目前大功率整流行业的节能发展主要有[1]：

1）整流设备材料的更新与制造工艺的进步；

2）合理设计和选择整流系统的装配结构；

3）感应滤波等谐波治理和无功功率补偿新技术的发展[2-4]；

4）设计或改善经济运行方案；

5）合理选择优化冷却方式进行温升控制.

当整流机组安装后，额定产量的机组损耗为确定值，运行管理节能便成为唯一有效的节能措施.整流变压器的运行损耗与其温度密切相关，降温可实现整流变压器的铜耗降低，环境温度一定时，降温却只能通过加大冷却投入来实现，此消彼长，若不进行合理有效控制，导致所投功率大于降耗收益，是不划算的.本文就此展开分析研究，探求新的节能思路.

5结论

本文通过对如何控制整流变压器的温升与合理调度冷却机组的投切，以及在温升限值内寻找两者的最小损耗点进行了研究.研究结果与增投前总损耗相比较，每台120 MVA的整流变压器，额定产量运行时，能够减少2.249 kW的损耗.就本文所研究公司10台整流变压器而言，全年可节省约19.7万度电能，若以0.7元/度的电价进行计算，即可实现全年节省电费13.8万元.可见冷却装置的合理运行管理，对系统的节能及安全运行有着极其重要的理论意义和实用价值，能有效提高企业经济效益.

参考文献

[1]胡景生.变压器能效与节电技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]李勇，罗隆福，刘福生，等.变压器感应滤波技术的发展现状与应用前景[J].电工技术学报，2009，24（3）：86-92.

[3]宁志毫，罗隆福，许加柱，等.变压器铁心谐波磁通抑制技术及其在工业整流中的应用[J].湖南大学学报：自然科学版，2011，38（12）：34-39.

[4]许加柱.新型换流变压器及其滤波系统的理论与应用研究[D].长沙：湖南大学，2007.

[5]尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社， 2003.

[6]熊信银，张步涵.电气工程基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[7]冯斌.油浸式变压器换热性能[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007.

[8]INCROPERA F P， KONX A L， MAUGHAN J R. Mixedconvection flow and heat transfer in the entry region of a horizontal rectangular duct[J]. Transaction of the ASME， 1987， 109（2）：434-439.

[9]朱英浩.变压器常识ABC.http：//www.docin.com/p69409562.html.

[10]杨世铭，陶文铨.传热学[M].4版. 北京：高等教育出版社，2006.

关键词：整流变压器；冷却装置；温升；优化；节能

中图分类号：TM422 文献标识码：A

目前大功率整流行业的节能发展主要有[1]：

1）整流设备材料的更新与制造工艺的进步；

2）合理设计和选择整流系统的装配结构；

3）感应滤波等谐波治理和无功功率补偿新技术的发展[2-4]；

4）设计或改善经济运行方案；

5）合理选择优化冷却方式进行温升控制.

5结论

参考文献

[1]胡景生.变压器能效与节电技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]李勇，罗隆福，刘福生，等.变压器感应滤波技术的发展现状与应用前景[J].电工技术学报，2009，24（3）：86-92.

[3]宁志毫，罗隆福，许加柱，等.变压器铁心谐波磁通抑制技术及其在工业整流中的应用[J].湖南大学学报：自然科学版，2011，38（12）：34-39.

[4]许加柱.新型换流变压器及其滤波系统的理论与应用研究[D].长沙：湖南大学，2007.

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[9]朱英浩.变压器常识ABC.http：//www.docin.com/p69409562.html.

[10]杨世铭，陶文铨.传热学[M].4版. 北京：高等教育出版社，2006.

关键词：整流变压器；冷却装置；温升；优化；节能

中图分类号：TM422 文献标识码：A

目前大功率整流行业的节能发展主要有[1]：

1）整流设备材料的更新与制造工艺的进步；

2）合理设计和选择整流系统的装配结构；

3）感应滤波等谐波治理和无功功率补偿新技术的发展[2-4]；

4）设计或改善经济运行方案；

5）合理选择优化冷却方式进行温升控制.

5结论

参考文献

[1]胡景生.变压器能效与节电技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]李勇，罗隆福，刘福生，等.变压器感应滤波技术的发展现状与应用前景[J].电工技术学报，2009，24（3）：86-92.

[3]宁志毫，罗隆福，许加柱，等.变压器铁心谐波磁通抑制技术及其在工业整流中的应用[J].湖南大学学报：自然科学版，2011，38（12）：34-39.

[4]许加柱.新型换流变压器及其滤波系统的理论与应用研究[D].长沙：湖南大学，2007.

[5]尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社， 2003.

[6]熊信银，张步涵.电气工程基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[7]冯斌.油浸式变压器换热性能[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007.

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[9]朱英浩.变压器常识ABC.http：//www.docin.com/p69409562.html.

三相水轮发电机励磁整流变压器篇3

励磁整流变压器主要应用于中小型发电站,为发电机组提供励磁电流,简称为励磁变压器。励磁变压器二次侧连接为硅整流负荷,硅整流电路为典型的非线性负载,产生的谐波电流注入励磁变压器,对变压器的绝缘、损耗、温升和噪声等方面造成一定影响。励磁变压器设计时,要对励磁系统进行谐波分析,采用降低磁通密度和电流密度,在一、二次线圈之间设置屏蔽的特殊处理方法。

2 励磁变压器的谐波分析

在三相水轮发电机励磁装置中,整流电路一般采用三相可控桥式电路。励磁变压器无论是Y联结还是D联结,变压器线电流波形都是相同的。虽然两者相电流的波形不同,但是谐波和基波之比是相同的。其线电流中基波分量有效值为:

式(1)中:α、γ——可控桥的控制角和换相角,rad;

Id——直流输出电流,A。

线电流的有效值为:

式(2)中:

各次特征谐波有效值和基波有效值之比为:

式中:j=6m±1,为特征谐波次数,m为正整数,j为5,7,11,13,17,19,23,25,…。

一次侧绕组采用Y接联结时,相电流的有效值IP和各次谐波的有效值Ipj分别与线电流的有效值IL和各次谐波在效值Ij相等。而采用D联结时,相电流的各值分别为线电流的倍。

理论计算说明,换相角γ越小,线电流越接近于方波,其谐波含量越大,当换相角γ趋近于零时j次谐波电流有效值是基波电流有效值的1/j。

3 励磁变压器通用技术要求

根据订货合同技术条件,励磁变压器要求能在1.1倍额定励磁电流下长期安全运行,在1.3倍额定电压下连续工作5分钟。在环境温度+40℃,起始负荷率90%情况下,1分钟内过载能力不小于3倍,励磁变在额定运行时温升不大于100K。为满足励磁变压器的性能要求,设计时应充分考虑整流负载电流分量中高次谐波所产生的热量,在同一材料下变压器的磁通密度应比普通电力变压器低10%。

以一台1250kVA环氧树脂浇注干式励磁变压器为例,其励磁变压器参数见表1。

4 设计要点

励磁变压器设计时,要对励磁系统进行谐波分析,计算励磁变压器整流谐波附加损耗,充分考虑高次谐波电流对励磁变压器温升的影响,选取合理铁心的磁通密度,根据绝缘耐热等级选择线圈的绝缘材料和导线的电流密度。防止励磁变压器绕组之间的传递过电压对晶闸管的危害,在一、二次侧线圈之间设置屏蔽。

4.1 励磁变压器容量的确定和温升设计

发电机组励磁整流变压器在工作时,负载为感性,工作电流是非正弦的。该电流除含有基波之外还含有大量高次谐波分量,从而产生附加的涡流损耗和杂散损耗,因此,实际工作电流产生的总损耗远远大于基波工频电流产生的总损耗。根据IEC61378《变流变压器第一部分:工业用变流变压器》标准,励磁整流变压器的额定容量=工作容量,是以长期工作负载时的基波损耗加上高次谐波电流产生的附加损耗作为励磁整流变压器温升试验损耗,并以此为依据进行温升设计。

根据GB 1094.11-2007《电力变压器第11部分:干式变压器》国家标准规定,绝缘耐热等级为F级,其绝缘系统温度为155℃,额定电流下的绕组平均温升限值为100K。考虑高次谐波的因素,励磁变压器线圈选用H级绝缘材料,控制线圈导线的电流密度,放置蜂窝式气道形成烟囱效应,既增加散热面积,又改善线圈散热效果,线圈温升设计限值不超过80K,满足1.1倍最大容量励磁电流下长期运行,提高励磁变压器短时过负荷能力。高压线圈采用复合漆包铜扁线加玻璃网格增强的分段层式结构,低压线圈采用铜箔或铜导线加玻璃网格增强的结构。高低压线圈均为环氧树脂真空浇注成型,加强线圈内部抗短路能力。浇注后采用高压静置工艺,使注入线圈的树脂更为紧密,充分排除可能残留在线圈中的气泡,从而保证产品的局部放电值低于5pC。

4.2 磁通密度的选取

由于励磁整流变压器二次绕组流过的是非线性电流,在铁心会产生高次谐波磁通,使铁心很容易过激磁而达到饱和。另外,励磁系统在启动瞬间频率较低,磁通密度相对较高。因此,励磁整流变压器铁心的磁通密度选取要比一般干式电力变压器低,通常在1.5T左右。铁心材料选用优质冷轧晶粒取向硅钢片,采用全斜式阶梯五接缝、铁轭不冲孔、拉带绑扎及拉板结构,使磁路畅通,并采取减震、吸音等措施来降低噪声和空载损耗。另外,钢结构件的选用上应合理选用低导磁材料,从而有效降低杂散损耗,以降低变压器铁心的温升。

4.3 一、二次绕组间屏蔽制造

在励磁变压器一、二次绕组之间加绕屏蔽铜箔,目的是为了防止励磁变一、二次绕组之间的传递过电压对晶闸管的危害。当二次电压在1000V以下,屏蔽铜箔与低压绕组整体绕制,通过铜带接地;当二次电压超过1000V,就要考虑传递过电压对二次绕组的危害,在高、低压绕组之间单独绕制屏蔽线圈,屏蔽线圈经铜带接地。

5 现场运行数据测量

现场对一台正在运行的1250kVA励磁变压器进行谐波测量,测试点示意图见图1。

注:1250kVA干式励磁变压器二次侧为D联结方式,则通过电流互感器测量的电流值均为线电流的值。

水轮发电机正常工作时,励磁变二次绕组的三相电压和电流波形及频谱见图2和图3,励磁变三相电压和电流谐波情况见表2。

由表2数据可见,此类整流电路产生的特征谐波次数方程式可概括为j=6m±1,m为正整数,则j=5,7,11,13,17,19,23,25,…从现场测量的数据与理论计算是相吻合的,为励磁整流变压器高次谐波量的计算提供了计算依据。换相角γ的大小主要取决于换相电抗和控制角α,换相角γ越小,线电流越接近于方波,其谐波含量越大。由于该励磁系统在正常工作条件下,换相角很小,励磁变压器中的谐波分量比一般整流变压器中的谐波含量大得多,因此,该类型励磁变压器在谐波损耗的计算中所需计算的谐波次数大为增加。

6 结束语

整流电路为典型的非线性负载,当高次谐波电流注入励磁变压器时,将产生趋肤效应和邻近效应,在绕组中引起附加损耗的增加,直接影响变压器的损耗和温升。由于谐波电压还会使励磁变压器激磁电流增大,从而引起铁心的损耗和噪声增加,因此,在设计制造励磁变压器过程中计算损耗和温升时,要充分考虑谐波对变压器的影响。

摘要：阐述了三相水轮发电机励磁整流变压器的特点、技术要求和设计制造中的主要技术问题。通过对一台正在运行的励磁变压器进行谐波测试,把高次谐波对励磁变压器的影响进行量化,为励磁变压器设计时高次谐波量的计算提供了依据。

关键词：励磁整流变压器,设计,制造,技术

参考文献

[1]崔立君.特种变压器理论与设计[M].北京:科学技术文献出版社,1996.

[2]黄劭刚,叶剑勇,曾庆赣.大型同步发电机励磁变压器的绕组损耗计算[J].变压器,2000,37(6):6-10.

[3]何智江.三峡工程左岸电站水轮发电机励磁整流变压器的几个技术问题[J].变压器,2004,41(6):25-28.

[4]GB 1094.11-2007.电力变压器第11部分:干式变压器[S].

大型整流变压器篇4

1 传动整流变压器的运行特点

传动整流变压器 (以下简称整流变压器) 比常规的电力变压器运行条件更加恶劣, 主要由以下几点决定:

(1) 由于变频系统所带轧机工作的要求, 整流变压器的负荷是频繁变动的, 要经常承受高达200%以上的短时冲击负荷。

(2) 变频调速系统的整流单元和逆变单元会产生高次谐波, 反馈至整流变压器上, 增加损耗并使温升升高, 降低变压器使用效率。

(3) 整流变压器网侧的过电压可能对阀侧整流元件造成影响甚至破坏, 影响整个系统的运行。

2 传动整流变压器的设计

根据整流变压器的运行特点, 在设计中要采取相应的技术保证措施以提高变压器的运行可靠性, 保证整个变频调速系统的安全, 下面从几个方面进行简要论述。

2.1 整流变压器绕组机械强度要有可靠保证

由于整流变压器是工作在频繁变动负荷下, 经常承受200%及以上短时过负荷的冲击, 因此要对网侧绕组和阀侧绕组的机械强度进行可靠保证, 避免在短时过负荷冲击下绕组损坏。绕组受到大电流冲击造成压板断裂, 变压器退出运行。通过增加绕组撑条数、绕组绕制时拉紧、器身套装时可靠压紧等措施, 可提高绕组的机械稳定性。

2.2 适当降低铁心工作磁密

由于整流变压器要承受一定的高次谐波和可能产生的直流偏磁, 因此在选取铁心工作磁密时要比电力变压器的磁密适当降低, 一般比电力变压器的工作磁密降低5%～10%, 这样可减小高次谐波对变压器的影响。

2.3 高低压绕组间增加接地屏蔽

当变压器网侧绕组受到过电压时, 会在阀侧绕组感应出高电位, 如果这个电位超出阀侧整流元件的电压耐受值, 则会损坏整流元件, 进而影响整个变频调速系统。因此, 为了有效保护整流变压器后面的整流元件, 一般要在整流变压器网侧绕组和阀侧绕组间设置接地屏蔽, 如图1所示。接地屏蔽可以在网侧绕组受到高频过电压时, 避免在阀侧绕组上感应过高的电压, 防止阀侧整流元件的损坏。此外, 增加接地屏蔽还可降低部分高次谐波对电网的污染。

3 根据使用情况对整流变压器的几点建议

保定天威集团特变电气有限公司设计制造用于交流变频调速系统的整流变压器已有近20年历史, 掌握了大量的设计制造和运行经验。也维修过不少其它厂家在运行中损坏的整流变压器, 现提出一些自己的看法, 供使用部门和变压器制造厂参考。

3.1 整流变压器短路阻抗的选择

由于整流变压器阀侧的整流单元由高次谐波产生, 会在变压器绕组上产生谐波电压, 进而产生谐波电流, 在绕组和结构件中产生额外的附加损耗。因此整流变压器的短路阻抗值尽量不低于8%的数值。整流变压器阻抗大些, 在同样的谐波电压幅值下, 可降低谐波电流的幅值, 从而减小谐波对变压器损耗和温升的影响。从实际运行经验来看, 变压器短路阻抗大于8%时, 谐波的影响显著减小。对采用绝缘栅双极晶体管和集成门极换流晶闸管这些开关频率高的器件的变频调速系统, 为限制谐波电流的影响, 有的甚至要求整流变压器短路阻抗在20%以上。

3.2 建议取消变压器绕组分接开关

为了在电网电压波动时保证输出电压不变, 变压器一般都带有分接开关。对于主传动系统的整流变压器, 考虑到运行的安全可靠性, 建议取消分接开关。主传动整流变压器经常会有短时冲击过负荷, 在这种情况下, 除了对变压器绕组和引线有冲击作用外, 对分接开关同样会造成冲击。分接开关的动静触头是靠弹簧压紧的, 在频繁的过电流下有可能会发生弹跳, 进而产生拉弧, 影响变压器运行可靠性, 甚至会造成事故。下面是两台具体事例:

(1) 一台ZSS-14400/10整流变压器, 在一次轧钢进料过程中, 气体继电器重瓦斯跳闸, 压力释放阀喷油, 吊心后发现器身上部的分接开关整体熏黑, B相的动静触头已经烧熔在一起。虽然经测试显示绕组无故障, 为了保险起见仍然解体拔包处理。经检查, 绕组未发现明显变形及故障点, 测试也未见异常, 分析认为是由于开关动静触头间因电动力弹开, 产生拉弧造成故障。更换开关后变压器重新投入运行。

(2) 一台ZSF3-9000/10整流变压器, 在运行中重瓦斯跳闸退出运行, 运到修理厂, 拆铁拔包后发现最内侧的调压绕组末饼有烧黑痕迹, 整个层式调压绕组变形严重。经分析是因调压绕组机械强度不足, 运行中的过负荷造成绕组损坏导致事故发生。经与用户协商, 取消了分接开关, 按现有网侧供电电压重新设计高压绕组, 变压器修复后投入运行正常。

3.3 绕组温控器的使用

一般中小型变压器的温度是由位于变压器箱盖上的油面温控器来监测的。用于主传动系统的整流变压器, 会经常发生短时频繁过负荷, 最大时能达到额定电流的300%, 最长时间有几分钟。变压器油的热时间常数一般为2～3 h, 绕组的热时间常数一般为几分钟。这样, 当变压器出现短时冲击过负荷时, 由于油的热时间常数较大, 油的温度变化缓慢而绕组的温度变化较快, 油面温控器不足以反映绕组温度的真实变化情况。我们知道, 变压器的寿命是以绝缘材料的热点温度决定的, 当绕组热点温度过高时, 会大大降低变压器的使用寿命。

为及时监测绕组的温度变化情况, 主传动整流变压器安装绕组温控器是有必要的, 可以避免绕组热点温度过高。

4 结语

论移相整流变压器的应用与发展篇5

随着整流装置的功率不断提升, 旧的整流装置无论是在抑制干扰还是提升容量来说都不能保证良好的效果, 而且随着国家相继出台了一系列节能减排的措施, 坚持走可持续发展电力事业发展的重要根本思想, 而高压电机在节能减排方面有很大的发掘潜力, 为此, 大力发展移相整流变压器不仅有利于技术方面的革新, 还极大的响应了国家政策, 对于实现节能减排有重要的现实意义。

1 移相整流变压器的作用

所谓的移相整流变压器就是一种通过将交流电转换为直流电, 是一种应用广泛的变压装置。由于现在直流调速还存在于对起动转矩以及调速性能要求高的电解铝、矿山造纸等行业, 而这些所用不同电压等级的直流电基本上都是通过移相整流变压器整流得来, 为此非常有必要对移相整流变进行系统的研究。移相整流变压器在电力设备中最主要的应用就是应用于高压变频器, 使得高压变频器能够实现多重化输入以及有效的减少输入谐波。从高压侧变频器的结构组成来看, 高压变频器主要分为高-高和高-低-高这两种: (1) 高-高型高压变频器。这类高压变频器是采用将多个援建串联方式, 实现输入以及输出的高电压方式; (2) 高-低-高型高压变频器。这类高压变频器可以等效为降压变、低压变频器、升压变三种。

结构, 高-低-高型高压变频器工作基本原理是:首先, 电网输入的交流电, 经过降压变降到低压变频器输入端电压, 经变频器变频之后, 经过升压变将电压等级升高后供各负载使用。

从以上两种不同形式的变频器来看, 高-高型高压变频器有良好的变频效果, 能够输出较为理想的电压波形, 效率也比较高, 但是与高-低-高型高压变频器相比, 成本较高, 应用较为局限, 而高-低-高型高压变频器来看, 这种变频器的应用相对广泛, 技术也比较成熟, 不过效率不高, 而且对电网有一定的谐波危害。

总的来看, 移相整流变压器的主要作用可以总结为: (1) 对于输入谐波的危害, 采用原边与副边的电压相位转移的方式, 最大程度上降低输入谐波的影响; (2) 在绝缘方面, 通过移相整流变可以实现与电网的电器隔离; (3) 在效果方面, 可以得到所需要的电压等级以及波形。移相整流变压器在高压变频器中的应用, 使得高压变频器在高压电机等用电得到明显的改善, 对于国家建设以及发展做出一定的贡献。

2 移相整流变压器的移相原理

移相整流变压器主要是通过移相方式来实现输入测谐波的降低。通过移相方式的不同, 主要对延边三角形这种方式进行系统的分析。在高压变频器中采用延边三角形移相整流变压器的联结方式采用接线如下: (1) 初级绕组接线方式:Y接法, 中性点引出; (2) 次级绕组接线方式:延边三角形移相, 共27组, 每9组构成一块, 共三块, 块间每组线圈彼此移相6.7度, 误差小于±0.25度, 如表1所示, 移相组号。

延边三角形电压计算如下:

1) 移相整流变压器延边三角形接法电压关系

移相绕组电压

主绕组电压

2) 移相整流变压器延边三角形接法电流关系

变压器的初级 (网侧) 和次级 (阀侧) 要保持磁势平衡:

I1= (各次级和辅助绕组安匝之和) /N1

为抵消次级 (阀侧) 匝数的增加, 初级 (网侧) 电流相应增加, 反应到结构容量的增大。

3) 移相整流变压器延边三角形接法容量关系

一次绕组的结构容量与移相角的关系

上式中Uy前的√3是考虑到移相绕组的电流为线电流的倍数, 各移相角对应的结构容量如表2所示。

3 结束语

在高压变频器的发展中, 移相整流变压器有重要的应用之地。高压变频器在变频节能、功率因数补偿节能以及软启动节能等方面有突出的表现, 而正是由于移相整流变压器的发展才使得高压变频器在节能方面有重要的贡献。在我国国内, 大容量的移相整流变压器的制造以及设计技术还是比较欠缺, 如何有效的对大容量移相整流变压器的研制是目前的当务之急。

参考文献

[1]顾绳谷.电机及拖动基础:上册[M].4版.机械工业出版社, 2008.

[2]孙林, 王梦云.我国电力变压器发展现状及趋势[J].电力设备, 2003, 4 (4) :78-81.

[3]李登峰.高压变频器配套用移相整流变压器[J].变频器世界, 2006 (10) .

[4]王兆安, 杨君, 刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社, 1998.

大型整流变压器篇6

在电解铝工业中, 整流所是整个行业的重要核心部位, 而整流变压器又是整流所中最关键的设备。结合宁夏青铜峡铝厂二期工程、四川广元新启明星铝厂和兰州铝厂等项目的施工情况, 对以前整流设备安装调试施工方法进行总结归纳如下:变压器附件清点检查交接国产油过滤

1 施工工艺流程

图1是施工工艺图, 图2是整流变压器油处理施工工艺流程。

2 吊罩进行器身检查

2.1 吊罩前的准备工作

(1) 检查油箱及附件是否齐全, 有无锈蚀或机械损坏等现象, 变压器密封是否良好, 是否渗油及变压器实际油位。 (2) 施工前施工人员要详细阅读有关技术资料及说明书, 并邀请厂家指导配合。 (3) 准备好材料、明确分工、各负其责, 做好安全技术交底。 (4) 土建部门清理现场, 施工现场铺一层碎石。 (5) 应了解当地气象部门提供的气象资料。 (6) 由于吊罩一般在户外进行, 应有防止灰尘及雨水意外侵入的措施。 (7) 请甲方准备好上下油箱之间的密封圈, 以备用。

2.2 吊罩进行器身检查

(1) 必须选择晴天进行, 周围空气、温度不宜低于0℃, 相对湿度不高于75%, 用真空滤油机加热变压器油, 使器身温度高于环境温度10-15℃。 (2) 钟罩起吊前, 应拆除所有与之相连部件, 并做好记录。 (3) 起吊时, 钢丝绳长度应一致, 吊索与铅垂线的夹角不宜大于30°, 起吊过程中, 器身与箱壁不得有碰撞现象。当钟罩起吊到一定高度后, 用四根钢管支撑钟罩四角, 并固定住, 此时吊车仍然吊住钟罩直到检查结束。 (4) 器身在空气中的时间应尽量缩短, 自开始松开盖板到开始抽真空为止, 必须符合以下规定:1) 空气中相对湿度小于75%时不得超过12小时。2) 空气中相对湿度小于65%时不得超过16小时。 (5) 器身检查人员必须由甲方、乙方、厂家三方在现场。进行检查器身人员必须穿全新工作服, 身上严禁携带与工作无关的金属杂物, 所带工具应做好记录, 并用白布带拴好。 (6) 对器身检查项目。1) 运输和器身各部件无移动现象。2) 所有的螺栓应紧固, 无损坏, 并有防松措施。3) 铁心部分应无变形, 铁轭与夹件间绝缘垫良好, 铁心无多点接地。4) 绕组绝缘层应完整、无缺损、变位现象;各绕组应排列整齐, 间隙均匀, 油路无堵塞;绕组压钉应紧固, 防松螺母应锁紧。5) 绝缘围屏绑扎牢固、围屏上所有线圈引出处的封闭应良好。6) 引出线绝缘已扎牢固, 无破损、拧弯现象;引出线绝缘距离应合格, 连接及固定牢靠、正确。7) 检查各部位无油泥、水滴和金属屑末等杂物。 (7) 器身检查完毕, 对所发现的故障和缺陷应妥善处理, 并记载存档备查, 为方便以后装配, 应将开关调至额定分接位置。

3 附件安装

所有附件安装前必须了解使用说明书, 熟悉变压器图纸, 并在厂家的指导下按照规范进行安装, 注意所有附件必须经合格变压器油清洗后方可安装。进行附件安装前仔细阅读说明书, 熟悉变压器安装图纸, 并在厂家指导下, 按照规范GBJ148-90进行安装, 安装的顺序必须保证先装瓷件, 后装铁件, 先安装上部构件, 后安装下部构件的指导原则。首先进行储油柜的安装, 安装应符合下列要求: (1) 储油柜安装前应清洁干净。 (2) 胶囊式储油柜中的胶囊或隔膜式储油柜的隔膜应完整无破损, 胶囊在缓慢充气胀开后, 检查应无漏气现象。 (3) 胶囊沿长度方向应与储油柜的长轴保持平行, 不应扭偏, 胶囊口的密封应良好, 呼吸应通畅。 (4) 油位表动作应灵活, 油位或油标管的指示必须与储油柜的真实油径相符, 不得出现假油位, 油位表的信号接点位置正确, 绝缘良好。第二步进行升高座的安装。 (1) 首先进行电流互感器的试验, 再安装升高座应使电流互感器的铭牌位置面向油箱外侧, 放气位置应在升高座的最高处, 互感器与升高座的中心应一致。 (2) 绝缘筒应安装牢固, 位置不应使高压引出线与之碰撞。 (3) 升高座密封垫必须完好, 保证充油后不渗漏。第三步进行冷却装置的安装。 (1) 冷却安装前制造厂的压力值用气压或油压进行密封试验。 (2) 冷却装置安装前应用合格的绝缘油循环冲洗干净, 并将残油排尽。 (3) 冷却装置的连接阀门应操作灵活, 开闭位置应正确, 阀门及法兰连接处应密封良好。 (4) 冷却装置安装完毕后应立即注满油。 (5) 风扇电动机及叶片安装要牢固, 应转动灵活, 无卡阻, 油泵转向正确, 转动时应无异常噪声、震动或过热现象其密封应良好, 无渗油或进气现象。第四步进行高压、中压套管的安装。套管安装前检查表面应无裂缝、伤痕。套管法兰颈部胶均压球内壁应清擦干净, 充油套管无渗油现象, 油位指示正常。套管经检查合格后方可安装。安装套管必须使用麻绳或尼龙绳, 不得使用钢丝绳吊装, 吊装时不得碰撞任何物体。高压套管穿缆的应力锥应进入套管的均压罩内, 其引出端头与套管顶部接线柱连接处应擦拭干净, 接触紧密。高压套管与引出线接口的密封波纹盘结构的安装应严格按照制造厂的规定进行。套管顶部结构的密封垫应安装正确, 密封良好, 连接引线时, 不应使顶部结构松扣, 充油套管的油标应面向外侧, 套管末端应接地良好。第五步进行管件的安装。各种管件必须使用干净变压器油清洗, 清洗后立即组装, 各管件中的阀门应操作灵活, 开闭位置应正确, 阀门及法兰连接处应密封良好, 外接油管在安装前, 应进行彻底除锈并清洗干净, 管道安装后, 油管应涂黄漆, 水管应涂黑漆, 并有流向标志。最后进行气体继电器、压力释放装置、吸湿器、测温装置、控制箱的安装, 此部分安装亦严格按变压器厂说明书及《电气装置安装工程验收规范》进行。

4 注油

(1) 必须采用真空注油, 先将器身温度提高到20℃以上, 然后将变压器真空度提高至0.101MP, 并保持时间不得少于8小时, 方可将油注入, 抽真空时监视并记录油箱的变形。 (2) 注油全过程应保持真空, 注入油的油温宜高于器身温度, 注油后, 应继续保持真空, 不得少于4人。 (3) 注油宜从下部油阀进油, 并按厂家指导进行。

5 整体密封检查

变压器安装完毕后, 应在储油柜上用气压或油压进行整体密封试验, 其压力为油箱盖上能承受0.03Mpa压力, 试验持续时间为24小时, 应无渗漏, 油分析亦合格后, 变压器方属正常, 可进行空载运行。

6 技术措施

(1) 真空处理。1) 注油前必须对变压器进行真空处理, 它能有效驱除器身及油中气泡, 提高绝缘水平。真空前需检查变压器的真空条件, 特别是有开关的连通气管。2) 变压器抽真空过程中应密切注视箱体的变形程度。3) 注油速度不宜大于100L/min, 油面以厂家标准为准。4) 真空抽气缓慢进行, 具体操作按如下步骤:抽真空时, 将油箱内抽成0.02MPa, 然后按0.067MPa/小时均匀地增多0.05MPa后, 对变压器器身进行详细观察其变形情况, 变压器抽真空上升抽至0.065MPa后, 保持该真空度2小时并检查箱体情况, 按0.006MPa/小时并逐步将真空度升至0.08MPa, 真空度由厂家技术人员确认, 保持8小时。5) 滤油设备、变压器外壳可靠接地。6) 通过储油柜上专用油阀加注补充油, 防止绝缘强度下降。 (2) 在保持变压器真空0.08MPa下开始对变压器进行注油, 以上变压器油注至距油箱顶200mm后, 保证油面浸过铁芯100mm以上, 保持真空4h再将变压器真空缓慢释放。 (3) 热油循环。变压器热油循环必须保持油温在50℃-60℃之间, 保证变压器铁芯及线圈充分预热, 在此温度范围内保证热油循环在8小时以上。 (4) 注油后, 变压器须静置48h。静置后必须进行多次放气, 并应启动潜油泵以便加速将冷却装置中的残留空气驱出。 (5) 附件及油风冷装置安装。附件及管道内部不得有其他异物, 认真检查铸件内部是否彻底清除干净, 变压器的所有附件及油风冷装置应严格检查, 认真清洗后用热油循环干燥。

7 整流变压器试验

7.1 整流变压器试验

(1) 高低压套管绝缘检查绝缘电阻值不应低于产品出厂试验值的70%。 (2) 测量各绕组之间和绕组对地的绝缘电阻。 (3) 测量铁芯接地线引出套管对外壳的绝缘电阻。 (4) 测量二次绕组电容器、电抗器、电流互感器、电压互感器的绝缘电阻。 (5) 测量绕组连同套管的直流电阻。变压器的直流电阻与同温下产品出厂实测数值比较, 相应变化不应大于2%。 (6) 检查所有分接头的变压比。与制造厂铭牌数据相比应无明显差别, 且应符合变压比的规律。 (7) 检查变压器的三相接线组别。 (8) 绝缘油的试验。绝缘油的耐压试验, 油中溶解气体的色谱分析, 油中微量水的测量≤20ppm。 (9) 有载调压切换装置的检查及试验。 (10) 在额定电压下对变压器的冲击全闸试验, 应进行5次, 每次间隔时间宜为5min, 无异常现象。 (11) 检查变压器的相必须与电网相一致。

7.2 调试所需设备

所用调试仪器都要严格根据国家检定规程ISO9002质量体系的规定进行检验和校验, 并且在合格使用期内。调试所需设备见表1。

参考文献

[1]GB50303-2002.建筑电气工程质量验收规范[S].

[2]GB50300-2001.建筑工程施工质量验收统一标准[S].

大型整流变压器篇7

2014年8月15日, 江西省内某化工企业的动力设备按工艺要求投入了正常生产, 整流与变电岗位操作人员接受了工艺DCS操作人员的指令, 执行合1#整流变压器的主开关。合闸后, 该主开关合闸成功, 接着又合上了2#整流变压器的主开关, 将2台整流变压器全部合闸, 并按操作程序执行整流设备升电流的操作。但整流与变电操作人员在提升电解主电流 (整流电流) 的同时, 检查操作后台电脑时, 发现监控电脑显示屏上的电气主接线图有异常, 即1#整流变压器的主开关在合闸后, 其后面的线路的颜色仍为黑色。此开关后的线路颜色, 正常情况下, 在合闸前 (停电时) 的颜色为黑色, 但在主开关合闸后 (得电时) 应该为红色。

2 分析处理

据了解, 在此之前, 该化工企业已经过历时半个月的年度设备检修, 正在按计划开机组织生产。事后, 该企业技术人员第一时间内赶赴现场, 经询问操作运行人员, 逐步进行故障查寻。该变压器主开关设置于企业110k V变电站内, 为露天布置方式, 其主开关型号为LW30-126型, 为户外式SF6气体断路器, 电压等级110k V, 由山东某高压开关有限公司生产;其配套的电气操作控制柜也由该公司成套配置, 安装于主开关户外现场;与其主开关结合的保护控制屏及监控操作后台安装于该变电站的控制室内, 由南京某自动化设备公司成套供货。由于首先发现的是后台电脑中的电气主接线图中的状态线颜色不对, 因此, 技术人员先着手从综保屏及后台设备开始检查和分析。

现场检查还发现其微机保护屏上的综保装置上的红、绿2个指示灯均不亮, 将综保装置上的“远方/就地”转换开关切换到“就地”位置, 其指示灯还是不亮。整流变综保屏的控制回路展开图, 如图1所示。技术人员分析, 由于图中的合闸指示灯HD (红灯) 、分闸指示灯LD (绿灯) 均不亮, 初步判定为控制回路控制电源或指示灯回路不通。

检查该综保屏内的控制电源小空开12K1/12K2出线端电压为226V, 属正常, 即该综保屏的控制电源无故障;现在只有与HD/LD相关联的灭弧电路不通, 才有可能使HD/LD的电压不正常, 从而引起它们不亮。而这个控制回路、灭弧电路、后台设备及开关现场控制柜有逻辑关系, 为此, 技术人员检查后台及现场控制柜。由电气主接线图可以看出, 其它线路的状态完全正常。据此, 可以初步判定后台设备没有故障。

进入主开关现场进行检查, 控制柜内没有明显的放电痕迹及异常气味。于是, 技术人员与运行人员商定, 按程序退出1#整流变压器的运行负荷, 将电流降为零, 准备进入检修状态, 再对该主开关进行分闸操作, 后台操作不能摘牌, 也就是操作不成功;到综保装置上按分闸按钮, 没有反应;再到主开关现场操作, 选择“就地”操作, 按分闸按钮, 也没有反应。技术人员对断路器进行检查分析, 其控制回路展开图, 如图2所示。

检查控制柜的控制:在小空开ZK1电源进线侧, 测得电压为236V, 属正常;出线侧测量无电压, 则开关有问题。更换开关后, 测得24号端子对1号端子 (及25号端子对2号端子) 电压为236V, 属正常, 再进行试验操作, 仍然没有动作。

再对照电路图进行检查, 25号端子对1号端子电压正常;23号端子对1号端子 (人为按下分闸按钮TA, 并重复多次) 无电压, 属不正常, 说明分闸按钮TA有故障。更换这个TA按钮, 测得该点的电压正常, 但试验操作仍然不动作。

由于23号端子对1号端子电压正常, 再往下进行测量, 19号端子对1号端子电压正常;10号端子对1号端子无电压;这样就说明2ZJ (低气压继电器) 的常闭触点有故障;检查开关的SF6气体压力, 在正常范围内, 说明2ZJ属非正常动作断开了其常闭触点;进一步检查, 该继电器的触点存在严重的腐蚀氧化现象, 引起了其触点的接通状态失常 (用万用表测量该常闭触点不通) 。更换一只相同规格的继电器后, 再检查:10号端子对1号端子电压正常 (在接通电源的瞬间, 听到了伴随着开关动作的声音) ;8号端子对1号端子电压正常, 说明分闸线圈TQ能得到电压, 现场查明分闸操作成功。再反复多次通电合闸与分闸试验, 均能分闸与合闸, 现场操作功能恢复正常。

另外, 将此控制回路的控制电源断开, 用直流电阻法来检查分析控制回路的通断情况, 得到的结果, 与前述的电压检查方法类似, 并且合闸回路也无异常。

接下来, 再检查变电控制室内, 将主开关现场的“就地/远方”转换开关置于“远方”位置, 此时, 综保装置上的HD和LD的相应指示正常;后台显示的电气主接线的相应线路状态也恢复正常。再试验在综保装置上操作和后台电脑上操作, 其合闸、分闸功能完全正常。其它各项连锁功能投入, 也操作正常。到此, 主开关动作失常的故障处理完毕, 运行人员按操作规程将主开关合闸后, 使整流变压器投入正常生产运行。

3 结束语

大型整流变压器篇8

关键词：整流变压器,谐波,环流

变频传动系统中, 发热是一个无法避免的问题, 尤其在整流和逆变单元, 一般情况下变频传动柜内整流和逆变单元的发热问题一直是关注的重点。作为系统外围的整流变压器往往很少被关注, 但是在武钢四冷轧镀锡板工程的酸洗部分, 中级别IGBT整流变压器在投入到变频系统后的运行过程中, 整流变压器严重发热, 变压器内部温度达到80℃, 导致高压系统的综合保护装置收到超高温跳闸的信号, 发生了高压断路器跳闸的事故。本文将就在发生事故后, 进行的事故分析以及采取相应的解决措施方面加以讨论。

1 事故分析

出于对“日本制造”的绝对信任, 日立公司负责该项目调试的工程师面对这个问题, 坚信变频器本身消除谐波的措施非常完善, 不假思索的指出是变压器自身的问题, 生产厂家出具的出厂实验报告, 我们在现场调试过程中也没有发现变压器自身的问题。最后把变压器运到武钢的电修车间对变压器抽芯检查, 发现铁芯在内部是有接地设计的, 并且其它各项指标参数也符合设计要求, 这就排除了变压器本身的缺陷导致严重发热的问题, 那就只有从变频器入手来寻找原因。

2 变频器的工作状况概述

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一种频率的电能控制装置。其中最常见的一种是“交-直-交”变频即通过整流模块将工频电源转换成直流电源, 再通过逆变模块将整流后所得到的直流电源转换成可以控制频率的交流电源。

我们首先用示波器观察了变频器的整流和逆变模块都投入工作时的电流和电压的波形如上图1所示, 图片上方所示的电流波形发生了严重的波形畸变, 而电压波形则基本上是标准的正弦波, 说明在变频器工作的过程中产生了严重的谐波电流污染, 导致电流波形严重畸变。

3 谐波产生的原因

由于系统所带负载大多数是非线性的, 从而导致谐波产生。除此之外, 变频器逆变电路开关的性质, 构成了供电电源的非线性负载, 使电流通过变频时, 电压不能够构成一次方函数关系, 即线性关系, 从而导致了非正弦电流的畸变, 也会产生谐波。

4 谐波的危害

首先, 谐波会使供电线路造成相应的损耗。在输电线路传输电能过程中, 其线路电阻会随着谐波频率的增加而加大, 进而导致电阻发热, 使电能实际消耗量剧增;长时间这样运行, 就会导致线路出现过热、绝缘皮老化等现象, 严重的还会导致火灾的发生。其次, 谐波的产生会对正常工作的电气设备运行造成严重影响。再次, 谐波在一定程度上还会导致局部电网出现串联谐振以及并联谐振的现象, 并且还会将谐波放大, 进一步加深谐波的危害, 严重的还会引发局部电网运行瘫痪事故的发生。最后, 谐波产生的高频电场会引发形成磁场, 对附近的各种无线通信造成严重干扰, 威胁着通信设备和工作人员的安全。

5 解决方法和措施

本文着重从武钢四冷轧工程中出现的变频系统的谐波对整流变压器造成严重发热引起高压断路器跳闸事故的实际情况来讨论谐波的危害并寻找有效地方法加以解决。

变频器产生的谐波电流之所以会导致电缆和变压器过热, 主要是因为谐波电流具有更高的频率。我们知道交流电流流过导体时会产生一种物理效应, 简称“趋肤效应”。趋肤效应的含义是, 流过导体电流并不是均匀的分布在导体内部, 而是趋向于导体的表面, 电流的频率越高, 这种电流分布趋向于表面的现象越明显。由于电流仅流过导体的表面部分, 因此导体的实际有效截面积就会减小, 这意味着电阻的增加, 会产生更大的热量。相同幅度 (有效值) 电的流, 流过导体时, 电流产生的热量与其频率的平方成正比。导体发热量与谐波畸变率的关系如图2所示。

至此我们已经找到了问题的根源所在, 综合各方观点我们提出了两个解决方案: (1) 在变频柜一侧加装一套平衡电抗器。 (2) 换一台消除谐波性能更好的12脉波变压器。

对于第一种方案, 由于变频器柜是从日本原装进口的, 而且整流和逆变单元装在一个由三台柜子组成的一体化整体结构, 没有富余空间安装平衡电抗器, 所以不能检验消除谐波的效果, 重换一套变频器在时间上也不允许, 所以只能从理论层面来简要分析该方案的可行性。

对于变频器内部整流模块U1、U2和整流变压器二次侧的对应的两个低压绕组R1、R2, 电流波形图有严重畸变可知U1/R1和U2/R2之间组阻抗严重不平衡, 导致二者之间形成严重的环流, 造成变压器磁饱和产生较大的噪声和损耗引起变压器严重发热。因此在系统中加入平衡电抗器, 起到通低频阻高频和均流作用, 抑制铁芯中的高次谐波并且使负载均匀的分配在两个整流器和变压器上, 从而消除谐波影响, 使得系统正常运行。

下面重点就第二套方案加以分析。本系统中设计的整流变压器是一台高压侧△接法, 低压侧是△/△的6脉波变压器。天宇电气的付总工程师提出了换用一台如图3所示高压侧为Y接法, 低压侧两个绕组为Y/△连接的12脉波变压器。

由于二极管的阻断作用, 在整流变压器绕组中流过的是断续的正弦波, 其由基波电流和高次谐波电流组成, 输出的直流电流是含有脉波成分的脉动直流, 而馈入电网的则是含有谐波电流的非正弦电流, 这里采用傅立叶分解对其进行谐波分析。图4是6脉波和12脉波带纹波的直流输出电流波形 (输出负载设定为阻性) 。

(1) 图4 (a) 为6脉波直流电流波形, 其表达式为id (ωt) =Idmcosωt, 周期ωT=π/3, ω为交流侧电流的角频率。从而可以求出直流电流方均根值Id N为:

直流电流平均值Id为:

将id (ωt) =Idmcosωt展开成傅立叶级数, 其一般形式为:

等式右侧首相为直流分量, 其等于直流电流平均值Id, 余相为交流分量, 由n=6k (k=1, 2, 3…) 次谐波电流之和组成, 且k为奇数时谐波为正, k为偶数时, 谐波为负。由此可以求出直流电源中的总谐波电流均方根值约等于直流电流平均值的4.2%。

(2) 图4 (b) 为12脉波直流电流波形, 其表达式id (ωt) =Idmcosωt, 周期ωT=π/6。同上, ω为交流侧电流的角频率, 从而可以求出直流电流均方根值Id N为:

直流电流平均值Id为:

id的傅立叶级数为:

等式右侧首相为直流分量, 其等于直流电流平均值Id, 余项为流分量, 是由n=12k (1, 2, 3…) 次谐波电流之和组成, 且k为奇数时谐波为正, k为偶数时谐波为负。由此可以求出12脉波直流电源中的总谐波电流均方根值约等于直流电流平均值的1.03%。

由此可见, 当换用12脉波变压器后, 谐波电流的均方根值与直流电流平均值的比值相较于6脉波变压器下降了约80%。

而实际应用中, 当换用一台12脉波变压器连续运行的过程中, 变压器的温度由之前的80℃降到了整流变压器正常运行时的60℃, 证明此方法是行之有效的, 很好地解决了这个问题。