CN110196361B - 一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，包括以下步骤：步骤A：测出负载的输入电流谐波频普THD，计算出谐波损耗因子K；步骤B：测得直流电阻RDC，算出直流电阻损耗PDC；步骤C：分解出绕组涡流损耗Pwe1与结构件杂散损耗Pse1；步骤D：算出基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*；步骤E：计算得出谐波负载下降额系数THDF。本发明提供了一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，可确保普通变压器在谐波负载条件下的可靠运行，提高系统的安全系数；避免了在谐波负载条件下普通用户在选用变压器时要么容量不够而过温，要么余度太多而产生浪费。

Description

一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法。
背景技术
当前，随着电力电子技术的飞速发展，越来越多的非线性负载被应用到各个领域。由于其非线性特性，降低了设备的电磁兼容性能，网侧输入电流发生严重畸变，并产生大量的谐波释放到电网或前端设备中去，给电网及其它用电设备带来了危害。存在于电网中的各种谐波电压或者非线性负载均会在其前端的变压器线圈中产生附加谐波损耗，当这些谐波损耗足够大时会导致变压器的温度升高，甚至超过其允许运行温度，不仅降低了变压器的使用寿命，也可能导致变压器在短时间内烧毁。
近年来，国外一些机构(例如UL)针对带非线性负载的变压器提出了K-Rated变压器的概念，即K系数变压器。根据负载电流中谐波含量的大小，引入K系数，定义K＝(∑Ih2×h2)/(∑Ih2)，其中h及Ih为各次谐波次数和该次谐波有效值(不包含基波)。K值越大，表明负载电流谐波含量越高,典型值有K＝1、K＝4、K＝9、K＝13、K＝20、K＝30等。
而有的用户在选用变压器时往往没有考虑到后端负载的谐波含量，又或者知道后端负载有谐波含量而使用估计的方法选用更大容量的变压器，结果就是要么容量不够而过温，要么余度太多而产生浪费。
因此，有必要提供一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，包括以下步骤：
步骤A：测出负载的输入电流谐波频普THD，计算出谐波损耗因子K；
步骤B：在常温下测得变压器产品绕组的直流电阻RDC，然后算出直流电阻损耗PDC；
步骤C：测得在频率f1与频率fx下的产品各自负载损耗P1与Px，并分解出绕组涡流损耗Pwe1与结构件杂散损耗Pse1；
步骤D：由谐波损耗因子K、直流电阻损耗PDC与绕组涡流损耗Pwe1算出基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*；
步骤E：根据基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*计算得出谐波负载下降额系数THDF。
本发明进一步设置为，在步骤A中，通过电能质量分析仪测出负载的输入电流谐波频普THD，并且通过如下公式计算出谐波损耗因子K：K＝(∑Ih2×h2)/(∑Ih2)；其中h及Ih为各次谐波次数和该次谐波有效值。
本发明进一步设置为，在步骤C中，通过如下公式计算出P1与Px：
P1＝PDC+Pwe1+Pse1；
PX＝PDC+Pwe1×(fX/f1)2+Pse1×(fX/f1)0.8；由上两式联立解出Pwe1、Pse1。
本发明进一步设置为，在步骤D中，包括以下步骤：
d1：根据公式Tc＝(Ts+Tk)/(Tm+Tk)计算预估稳定温度下的绕组温度系数TC；其中Ts为预估变压器绕组稳定温度；Tm为测试时的实质环境温度；Tk为介质的温度常数；
d2：根据下列公式计算基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*：Pwe1*＝1+Pwe1/(Pwe1+PDC×Tc3)；Pwe*＝1+K×Pwe1*。
本发明进一步设置为，在步骤d2中，铜的温度常数为234.5℃，铝的温度常数为225℃。
本发明进一步设置为，在步骤中，根据下列公式计算谐波负载下降额系数THDF：THDF＝(Pwe1*/Pwe*)0.5。
本发明进一步设置为，在步骤C中，取fx≥3f1。使得所计算结果具有相当高的精度。
本发明的有益效果：本发明提供了一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，可确保普通变压器在谐波负载条件下的可靠运行，提高系统的安全系数；避免了在谐波负载条件下普通用户在选用变压器时要么容量不够而过温，要么余度太多而产生浪费。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的原理图。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
由图1知；本实施例所述的一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，包括以下步骤：
步骤A：测出负载的输入电流谐波频普THD，计算出谐波损耗因子K；
步骤B：在常温下测得变压器产品绕组的直流电阻RDC，然后算出直流电阻损耗PDC；
步骤C：测得在频率f1与频率fx下的产品各自负载损耗P1与Px，并分解出绕组涡流损耗Pwe1与结构件杂散损耗Pse1；
步骤D：由谐波损耗因子K、直流电阻损耗PDC与绕组涡流损耗Pwe1算出基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*；
步骤E：根据基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*计算得出谐波负载下降额系数THDF。
本发明提供了一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，可确保普通变压器在谐波负载条件下的可靠运行，提高系统的安全系数；避免了在谐波负载条件下普通用户在选用变压器时要么容量不够而过温，要么余度太多而产生浪费。
为了便于解释本实施例的计算原理，现提供如下普通变压器，计算该产品在某谐波负载条件下降额情况；其中，该变压器的额定容量：250KVA，额定电压比：380V/380V，连接组别：YNyn0，铝箔绕制，短路阻抗4％，耐温H级，环境温度30℃，允许温升100K Max。
步骤A：，通过电能质量分析仪测出负载的输入电流谐波频普THD，如下：
谐波频率(f) 谐波次数(fx/f1) 谐波电流/基波电流(Ix/I1)
50 1 100％
250 5 1％
350 7 1％
550 11 2％
650 13 2％
850 17 13％
950 19 14％
1150 23 12％
1450 29 10％
1550 31 5.5％
按表格数值计算谐波损耗因子K：K＝(∑Ih2×h2)/(∑Ih2)
＝(∑(Ix/I1)2×(fx/f1)2)/(∑(Ix/I1)2)
＝30。
步骤B：在常温30℃下测得变压器产品绕组的直流电阻RDC，然后根据I2RDC算出直流电阻损耗PDC；
Figure BDA0002043419440000041
步骤C：采用双频法测得两种频率f1(50Hz)与f4(200Hz)下的各自负载损耗P1(50Hz)与P4(200Hz)，并分解出绕组涡流损耗Pwe1与结构件杂散损耗Pse1。测得P1＝2497.4W，P4＝3270.9W；再根据公式P1＝PDC+Pwe1+Pse1；PX＝PDC+Pwe1×(fX/f1)2+Pse1×(fX/f1)0.8；算的Pwe1＝41.42W，Pse1＝74.95W。
步骤d1：根据公式Tc＝(Ts+Tk)/(Tm+Tk)计算预估稳定温度下的绕组温度系数TC；预估变压器绕组稳定温度Ts＝100+30＝130(℃)；Tc＝(Ts+Tk)/(Tm+Tk)＝1.39；
步骤d2：根据下列公式计算基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*：Pwe1*＝1+Pwe1/(Pwe1+PDC×Tc3)；Pwe*＝1+K×Pwe1*：
Pwe1*＝1+Pwe1/Tc2/(Pwe1/Tc2+PDC×Tc)
＝1+Pwe1/(Pwe1+PDC×Tc3)＝1.006436；
注：直阻损耗与温度系数成正比，涡流损耗与温度系数的平方成反比；
Pwe*＝1+K×Pwe1/(Pwe1+PDC×Tc3)＝1.1931。
步骤E：根据基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*计算得出谐波负载下降额系数THDF：THDF＝(Pwe1*/Pwe*)0.5＝0.918。
以上计算结果表明：
1、没有谐波时产品工频额定容量为250KVA；
2、在表格的谐波工况下，相当于产品需降额至91.8％才能安全运行；
3、在表格的谐波工况下，该250KVA普通变压器最多只能带载229.5KVA；
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：测出负载的输入电流谐波频普THD，计算出谐波损耗因子K；
步骤B：在常温下测得变压器产品绕组的直流电阻RDC，然后算出直流电阻损耗PDC；
步骤C：测得在频率f1与频率fx下的产品各自负载损耗P1与Px，并分解出绕组涡流损耗Pwe1与结构件杂散损耗Pse1；
步骤D：由谐波损耗因子K、直流电阻损耗PDC与绕组涡流损耗Pwe1算出基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*；
步骤E：根据基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*计算得出谐波负载下降额系数THDF；
在步骤D中，包括以下步骤：
d1：根据公式Tc＝(Ts+Tk)/(Tm+Tk)计算预估稳定温度下的绕组温度系数TC；其中Ts为预估变压器绕组稳定温度；Tm为测试时的实质环境温度；Tk为介质的温度常数；
d2：根据下列公式计算基波涡流损耗因子Pwe1*与谐波下涡流损耗因子Pwe*：Pwe1*＝1+Pwe1/(Pwe1+PDC×Tc3)；Pwe*＝1+K×Pwe1*；
在步骤E中，根据下列公式计算谐波负载下降额系数THDF：THDF＝(Pwe1*/Pwe*)0.5。
2.根据权利要求1所述的一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，其特征在于：在步骤A中，通过电能质量分析仪测出负载的输入电流谐波频普THD，并且通过如下公式计算出谐波损耗因子K：K＝(∑Ih2×h2)/(∑Ih2)；其中h及Ih为各次谐波次数和该次谐波有效值。
3.根据权利要求1所述的一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，其特征在于：在步骤C中，通过如下公式计算出P1与Px：
P1＝PDC+Pwe1+Pse1；
PX＝PDC+Pwe1×(fX/f1)2+Pse1×(fX/f1)0.8；由上两式联立解出Pwe1、Pse1。
4.根据权利要求1所述的一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，其特征在于：在步骤d2中，铜的温度常数为234.5℃，铝的温度常数为225℃。
5.根据权利要求1所述的一种普通变压器应用于谐波条件下的降额计算方法，其特征在于：在步骤C中，取fx≥3f1。
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