小型机组励磁整流变压器的选型与计算
1.概述
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10kW的整流电路,不过一些早期设计的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。
1.3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B级,绝缘系统最高耐温为130℃,因此变压器满负荷工作时的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%~30%。反之,如果变压器是工作在密封的配电箱里,散热条件不良,它的电流容量就必需降低10%或更多。
2、接线组别
一般采用D,y11的方式,即网侧(一次)采用△接法,阀侧(二次)采用y接法。此接法的二次相电压比一次相电压在相位上落后30°。
至于Y,y的接线组别就不推荐使用。我们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50%以上,而变压器的D接法可以使其三次谐波磁通抵消,把影响降低到最小。但如果采用Y,y的接线组,整流电路产生的三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。
3、一次线电压U1的选择
整流变压器的铁损与其承受电压倍数比成4次方的关系,例如按400V设计的整流变压器,在1.2倍(480V)电压下运行时,其铁损的增加到(480/400)4=2.07倍。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。
对此就应该适当加大一次绕组的电压值,以使网电压升高+20%变压器也能应付工作。一般变压器尚有5%的电压过载能力,故我们可用经验公式来选取一次侧绕组额定线电压值
式中,U1(MAX)是网电(折合到机端)的最高电压值。计算结果若小于400V则按400V选取。
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。
简易计算时,可以通取U1=440V,能适应大多数电网条件(400V-470V)的要求。
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。
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。
相电压U2的计算式
三相半波整流U2=1.3×1.06(nUE+1.7)/1.17=1.18nUE+2.0
UE—发电机额定励磁电压(V);
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;
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);
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