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浅谈星角绕组移相整流变压器的设计

                            
                            作者:古井贡

1、引言
  对于大功率整流设备,为了提高功率因数,减少网侧谐波电流,要设法提高整流设备的脉波数,为此可以采用移相的方法来实现。移相的目的是使整流变压器二次绕组的同名端线电压之间有一个相位移,从而可以提高整流设备的脉波数。移相方式分为星角绕组移相、移相绕组移相和移相自耦变压器移相等三种。
2、星角绕组移相整流变压器的设计 
  星角绕组移相又分为二次侧移相和一次侧移相两种,在此,着重谈一谈二次侧移相整流变压器的设计。
  二次侧移相结构比较简单,变压器一次侧三相绕组联接成Y或D接法,二次侧有两个联接成y和d的二次绕组。这两个二次绕组同名端线电压之间有一个角差30°,从而可以使整流电路的脉波数提高一倍,如果采用桥式整流,则脉波数可达12。
  星角联接的两个二次绕组的匝数之比,在理论上应为1: √3,表1列出了星角绕组可以采用的匝数。
  表1     星角绕组的匝数关系

  由于星角绕组线电压之间存在差异,必然在二组整流器之间产生环流。可以从以下两个方面采取措施来减小或消除二组整流器之间的环流。
  一方面,可用相控调压的方法使二组整流器的输出电压相等,从而消除二组整流器之间的环流;也可以在输出线电压较高的星形绕组或角形绕组至整流器之间的母线上套装铁芯以增加母线电抗,来改善二组整流器之间的电流分配,但这些措施都将使整流设备的功率因数降低。
  另一方面,可从整流变压器设计入手来解决这个问题。设计思路如下所述:
(1)设计方案的初步确定
  变压器的一次绕组(高压绕组)分为上下两部分,上下两部分一般绕向相反,头尾并联。分别联接成y和d的两个二次绕组(低压绕组)为轴向排列结构,类似于两台变压器“并联”运行,这两台变压器的铁芯可采用共轭结构,图1表示共轭铁芯结构示意图,当上下两个一次绕组匝数相等时,中部的共轭可取消。

(2)绕组布置
  绕组的布置通常有两种方式,我们称它们为方式A和方式B,
  见图2。


图2中,各数字序号表示的含义如下:
  1 — 铁芯
  2 —低压绕组1
  3 —低压绕组2
  4 —接地屏蔽                                              
  5 —高压绕组 
    

        相对来说,方式B结构较简单,比较常用,对于方式B,一次绕组上、下两部分首尾并联,它们匝数相近或相等,两个二次绕组为“轴向分裂“结构,一次、二次绕组之间为接地屏蔽层。上下两个器身的一次绕组并联励磁,而磁路是独立的,当两个一次绕组匝数相同时,两个磁路的磁通φm是相同的,磁通密度B的取值一般不大于1.7T。
  一般来说,要求次级y、d绕组电压差尽可能小,最大不能超过0.5%。由表1可以看出,在大多数情况下, y、d绕组的匝数比与√ 3  的误差要小于0.5%是比较困难的,也就是说,在匝电压et相等的情况下,电压差超过0.5%的概率较大,但是可控制在1.0%左右。为了将y、d绕组的电压差控制在合格范围之内,有必要采取措施使两个次级绕组的匝电压产生差异,匝电压et=U1/W1=U2/W2,变压器运行时,两个一次绕组并联励磁,一次电压相同,通过调整一次绕组的匝数,使它们的匝数不同,电压差百分数p=(W1’-W1”)*100%/W1’, 要控制p不大于0.5%是很容易实现的,但是在这种情况下,两个并联励磁的一次绕组之间将产生环流,环流的存在会导致变压器的附加损耗增加,由于阻抗是感性的,故环流也是感性的。上下两个器身容量相同,阻抗相等,环流与额定电流的比值可表示为: p/2Z,其中Z表示单个器身的阻抗(标幺值),当p=1%,Z=7%时,环流将为额定电流的1/14,此感性电流将按矢量与额定电流相加,只要负载功率因数相对高些,合成电流与额定电流之间的算术差将变得非常小。但值得注意的是:此时由于中部的磁通不能完全抵消,铁芯需设置一个共轭,此共轭可做成活动结构,在器身装配过程中,下部线圈套装完毕后,将其放置在两相铁芯柱之间,采用穿心螺杆拉紧,共轭与铁芯柱之间的间隙应尽量小,共轭的叠厚可适当减小。
  如果绕组排列采用形式B,则接地屏蔽层必须分开成两部分,并单独接地,否则会由于次级绕组中5次、7次谐波相移导致屏蔽层过热,从而引起附近的绝缘老化,甚至碳化。另外,接地屏蔽层应分别采用整张铜箔制成,有些制造企业为了节约成本,屏蔽层在轴向方向采用铜箔条串联,那么因各铜箔条处于漏磁场的不同位置而存在电位差,铜箔条之间的联线会发热,严重时甚至会烧断,而造成变压器故障,轻、重瓦斯动作,变压器不得不退出运行。
1 、结语
  (1)通过合理的计算,星角绕组移相的整流变压器次级y、d绕组的电压差完全可以控制在合理的范围之内,从而减小或消除二组整流器之间的环流。
  (2)采取合理的结构设计,可有效地消除质量隐患,确保产品安全、可靠运行。 

congchunbo 8/27/2014 9:12:10 PM 发表
不错。值得学习
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打印】   更新时间:2014/8/27 21:01:08   浏览次数:10644 次  【返回列表
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