CN1933058A - 一种三裂解传动整流变压器的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种三裂解传动整流变压器的制造方法，属变压器技术领域，用于解决三个低压绕组的阻抗匹配问题。其技术方案是：它通过对变压器的电场、磁场、短路阻抗、短路强度、漏磁场的计算，保证三个低压绕组的阻抗匹配，包括以下步骤：a.计算电压、电流参数；b.选取铁心参数；c.选择线圈参数；d.计算短路阻抗；e.计算损耗、温升和机械力；f.确定结构布置型式和参数。本发明找到了三裂解变压器短路阻抗的规律，解决了高压绕组环流问题、使变压器能在各种负荷条件下得以正常运行。在满足同等负荷条件下，本发明能使占地面积减少约50％、损耗降低15～20％，具有较高的过载能力，连续运行一般可达到额定容量的115％。

Description

一种三裂解传动整流变压器的制造方法

技术领域

本发明涉及一种整流变压器的制造方法，属变压器技术领域。

背景技术

目前给三相交-交变频调速系统供电的整流变压器，一般采用三台双绕组变压器各带一相整流器的供电方式，这样必然导致供电设备占用较大面积，而且设备维护工作量大。为此，有人提出三裂解变压器的概念。所谓三裂解变压器是指采用一台三柱心式铁心1，每个铁心柱上套装三个低压绕组a1～a3、b1～b3、c1～c3和三个高压绕组A1～A3、B1～B3、C1～C3。三个低压绕组沿轴向排列，分别引出三路低压引线；三个高压绕组也沿轴向排列，三路并联引出一路高压引线，即高压为一路，低压在轴向分裂为三路，分别引出，各带一相整流器，也就是实现用一台整流变压器给三相交-交变频调速系统供电。这种变压器可有效减少占地面积，但要求变压器必须满足下列要求：1.每个铁心柱上的三个并联高压绕组对该铁心柱上的三个低压绕组的短路阻抗值要保持一致或偏差很小(即要互相匹配)；2.承受频繁冲击负荷能力(抗短路能力)要强，3.过负荷能力强。当每个铁心柱上的三个低压绕组沿轴向排列时，由于自感和互感的影响，每个铁心柱上的三个并联高压绕组对该铁心柱上的三个低压绕组的短路阻抗值很难达到相互匹配。如果三个短路阻抗值相差过大，运行时将造成变压器内部三个高压绕组并联支路间存在较大的环流，造成变压器局部过热，短路时短路电流分配不均造成变压器抗短路能力下降。由于以上技术难题的存在，三裂解传动整流变压器在实践中一直未能真正使用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种三裂解传动整流变压器的制造方法。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种三裂解传动整流变压器的制造方法，它包括以下步骤：

a、计算电压、电流等参数

根据变压器额定容量、电压、电流参数的要求，按下式确定：

三相星形接法： $U_{\mathrm{xa}}=\frac{U_x}{\sqrt{3}},I_x=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_x}$ I_xa＝I_x

三相三角形接法：U_xa＝U_x $I_x=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_x},I_{\mathrm{xa}}=\frac{I_x}{\sqrt{3}}$

式中：U_x——线电压(kV)

U_xa——相电压(kV)

I_x——线电流(A)

I_xa——相电流(A)

S_N——变压器额定容量(kVA)，注意：计算每路低压线电流时为1/3额定容量

b、选取铁心参数

铁心心柱直径φ根据经验公式估算： $\mathrm{\φ}=K^4\sqrt{P^{\′}}\left(\mathrm{cm}\right)$

式中：K——经验系数，取53～57

S′＝S_N/3

铁心心柱毛截面积根据实际结构情况定，叠片尽量接近心柱的外接圆，心柱有效截面St取毛截面积的0.97倍。铁轭直径及截面积同心柱。

c、绕组计算及主纵绝缘的确定

1)确定绕组每匝电压e_t(V/t)：

e_t＝4.44fB_mS_t×10^-4(V/t)

式中：B_m——铁心柱内磁通密度(T)，B_m取1.5～1.6T；

S_t——心柱有效截面(cm²)

2)绕组匝数： $W=\frac{U_{\mathrm{xa}}\×{10}^3}{e_t}$

3)选择线圈形式：

高低压绕组均可选层式或饼式，较大容量产品一般选饼式线圈。

4)导线规格和电流密度的选择：

导线规格的选择同普通电力变压器，电流密度取2.0～3.0安/毫米²。

5)绕组辐向及轴向尺寸的计算：

绕组辐向尺寸的计算同普通电力变压器，因三路轴向排列，绕组轴向高度为：三路绕组高度之和+三路绕组之间的绝缘高度+上下主绝缘高度。

6)主纵绝缘的确定：

主纵绝缘首先满足电气强度的要求，再根据短路阻抗的数值进行调整。

确定线圈尺寸时，考虑到短路阻抗的匹配，低压绕组a2、b2、c2和高压绕组A2、B2、C2的电抗高度要比其两侧低压绕组、高压绕组的电抗高度小3～8％；

d、计算短路阻抗

1)短路阻抗计算公式： $U_k\%=\sqrt{{(U_r\%)}^2+{(U_x\%)}^2}$

式中：Ur％——电阻压降百分数

Ux％——电抗压降百分数

2)电阻压降百分数计算公式： $U_r\%=\frac{P_k}{{10S}_N}$

式中：P_k——负载损耗(W)

S_N——额定容量(kVA)

3)电抗压降百分数计算公式： $U_x=\frac{49.6{\mathrm{fI}}_{\mathrm{xa}}\mathrm{W\ρk\ΣD}}{e_{t}H\×{10}^6}$

式中：f——额定频率(Hz)

I——一路低压额定电流(A)

W——一路低压匝数(t)

∑D——等值漏磁面积(cm²)，计算方法同普通同心式双绕组电力变压器

ρ——洛氏系数， $\mathrm{\ρ}=1-(1-e^{-\mathrm{\πH}/\mathrm{\λ}})\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\πH}}\≈1-\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\πH}}$

k——电抗修正系数

e_t——匝电压(V/t)

H——一路高低压绕组的平均电抗高度(cm)

对于每个铁心柱上沿轴向排列的三个低压绕组，计算中间绕组的电抗时，k要比计算两端绕组电抗时降3～8％，以达到阻抗的匹配，即k后面再乘以0.92～0.97；

e、确定损耗、温升和机械力设计参数；

f、确定结构布置型式和参数。

上述三裂解传动整流变压器的制造方法，所述三组绕组的短路阻抗互差值小于±2％。

上述三裂解传动整流变压器的制造方法，在内侧绕组与铁心之间增设硬纸板筒，并增加撑条数量。

本发明通过短路阻抗对三裂解变压器运行的研究，找到了确定三裂解短路阻抗的规律，解决了高压绕组环流问题。本发明通过对三裂解传动整流变压器的电场、磁场、短路阻抗、短路强度、漏磁场的计算和调整，不仅保证了三个低压侧绕组的阻抗匹配，而且也使整流变压器能在各种负荷条件下得以正常运行。在满足同等负荷条件下，较之三台普通双绕组整流变压器，该结构能使占地面积减少约50％。节能效果显著，较之使用三台普通变压器，其损耗降低15～20％。另外，本发明还具有较高的过载能力，连续运行一般能达到额定容量的115％。

下面结合附图对本发明作进一步详述。

附图说明

图1是本实用新型外形图；

图2是图1的俯视图；

图3是一个铁心柱上绕组套装位置示意图(低压绕组在内侧，高压绕组在外侧)。

图中各标号为：1、铁心；2、绕组；A1～A3、高压绕组；a1～a3低压绕组。

具体实施方式

图1可以看作器身装配简图，图中标出了铁心及绕组的相互位置，铁心采用三柱心式结构，高低压绕组同心排列，套在三个铁心柱上。

图3是一个铁心柱上绕组套装图，每个铁心柱上套装三个低压绕组a1～a3(或b1～b3、c1～c3)和三个高压绕组A1～A3(或B1～B3、C1～C3)。三个低压绕组沿轴向排列；三个高压绕组也沿轴向排列且高度上与低压绕组一一对应。视其在轴向位置的不同，称为上部绕组、中部绕组及下部绕组。

三个铁心柱上的低压绕组a1～a3、b1～b3和c1～c3分别套装于高压绕组A1～A3、B1～B3和C1～C3的内侧，在实际设计时，视结构的需要，也可以将低压绕组a1～a3、b1～b3和c1～c3套装于高压绕组A1～A3、B1～B3和C1～C3的外侧。

解决高压对三个低压绕组间的短路阻抗匹配问题：

本发明对三裂解传动整流变压器的漏磁场分布进行研究，找到了该类变压器高压对三个低压绕组间的短路阻抗的变化规律，解决了三个短路阻抗匹配的方法。在此基础上，给出了在工程上采用前面所述公式计算短路阻抗的可行方法。

上部绕组(a1，b1，c1，A1，B1，C1)与下部绕组(a3，b3，c3，A3，B3，C3)的轴向高度保持一致，根据漏磁场分析结果，适当降低中部绕组的轴向高度。确定线圈尺寸时，考虑到短路阻抗的匹配，低压绕组a2、b2、c2和高压绕组A2、B2、C2的电抗高度要比其两侧低压绕组、高压绕组的电抗高度小3～8％；

根据漏磁场分析结果合理布置各绕组在铁心柱高度上的相对位置。

适当加大三路中两两绕组之间的距离，使中部对上部及中部对下部绕组的电磁耦合较小。

计算短路阻抗时，将一路低压额定电流、一路低压匝数及上(下)部绕组对的电抗高度代入前面所述电抗计算公式计算电抗压降。对于每个铁心柱上沿轴向排列的三个低压绕组，计算中间绕组的电抗时，k要比计算两端绕组电抗时降3～8％，以达到阻抗的匹配，即k后面再乘以0.92～0.97；

用上述发明对三裂解传动整流变压器设计制造，三组绕组的短路阻抗互差保证小于±2％，甚至可能更小，可以很好的满足使用要求。

通过安匝平衡计算和分析，使高低压绕组安匝不平衡度达到最小，降低导线应力及轴向短路力。在结构上，采用加强内侧绕组与铁心柱之间的支撑，内绕组内径侧增加硬纸板筒，内绕组内径侧增加撑条数量等技术措施，提高内侧绕组的机械稳定性。

导线电流密度适当取低，使导线的温升和短路损耗不超过预定值，

三裂解变压器主要可应用于三相交交变频电路，如轧机主传动装置、鼓风机、卷扬机等三相交流调速场合。在这种场合下，三裂解变压器中的一组(a1、b1、c1)可向一组单相交交变频电路供电，另两组(a2、b2、c2)和(a3、b3、c3)可分别给两单相交交变频电路供电；这三组输出电压相位各差120°的单相交交变频电路组成三相交交变频电路。

变流电路通常采用6脉波的三相桥式电路或12脉波变流电路。一台三裂解变压器可用于6脉波的三相桥式电路；一台Dd0d0d0和一台Dy11y11y11可用于12脉波变流电路，等等。

Claims (4)

1、一种三裂解传动整流变压器的制造方法，其特征在于，它包括以下步骤：

a、计算电压、电流参数

根据变压器额定容量、电压、电流参数的要求，按下式计算：

三相星形接法： $U_{\mathrm{xa}}=\frac{U_x}{\sqrt{3}}$ $I_x=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_x}$ I_xa＝I_x

三相三角形接法：U_xa＝U_x $I_x=\frac{S_N}{\sqrt{3}{U}_x}$ $I_{\mathrm{xa}}=\frac{I_x}{\sqrt{3}}$

式中：U_x——线电压(kV)

U_xa——相电压(kV)

I_x——线电流(A)

I_xa——相电流(A)

S_N——变压器额定容量(kVA)，注意：计算每路低压线电流时为1/3额定容量

b、选取铁心参数

铁心心柱直径φ根据经验公式估算： $\mathrm{\φ}=K\sqrt[4]{P^{\′}}\left(\mathrm{cm}\right)$

式中：K——经验系数，取53～57

S′＝S_N/3

铁心心柱毛截面积根据实际结构情况定，叠片尽量接近心柱的外接圆，心柱有效截面S_t取毛截面积的0.97倍，铁轭直径及截面积同心柱；

c、选择线圈参数：计算线圈匝数，选择线圈形式、导线规格，其选择与正常变压器一样；

1)确定绕组每匝电压e_t(V/t)：

e_t＝4.44fB_mS_t×10^-4(V/t)

式中：B_m——铁心柱内磁通密度(T)，B_m取1.5～1.6T；

S_t——心柱有效截面(cm²)

2)绕组匝数： $W=\frac{U_{\mathrm{xa}}\×{10}^3}{e_t}$

3)选择线圈形式：

高低压绕组均可选层式或饼式，较大容量产品一般选饼式线圈；

4)导线规格和电流密度的选择：

导线规格的选择同普通电力变压器，电流密度取2.0～3.0安/毫米²；

5)绕组辐向及轴向尺寸的计算：

绕组辐向尺寸的计算同普通电力变压器，因三路轴向排列，绕组轴向高度为：三路绕组高度之和+三路绕组之间的绝缘高度+上下主绝缘高度；

6)主纵绝缘的确定：

主纵绝缘首先满足电气强度的要求，再根据短路阻抗的数值进行调整；

d、计算短路阻抗

1)短路阻抗计算公式： $U_k\%=\sqrt{{(U_r\%)}^2+{(U_x\%)}^2}$

式中：Ur％——电阻压降百分数

Ux％——电抗压降百分数

2)电阻压降百分数计算公式： $U_r\%=\frac{P_k}{10S_N}$

式中：P_k——负载损耗(W)

S_N——额定容量(kVA)

3)电抗压降百分数计算公式： $U_x=\frac{49.6{\mathrm{fI}}_{\mathrm{xa}}{W}_{\mathrm{\ρk}}\mathrm{\ΣD}}{e_{t}H\×{10}^6}$

式中：f——额定频率(Hz)

I——一路低压额定电流(A)

W——一路低压匝数(t)

∑D——等值漏磁面积(cm²)，计算方法同普通同心式双绕组电力变压器

ρ——洛氏系数， $\mathrm{\ρ}=1-(1-e^{-\mathrm{\πH}/\mathrm{\λ}})\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\πH}}\≈1-\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\πH}}$

k——电抗修正系数

e_t——匝电压(V/t)

H——一路高低压绕组的平均电抗高度(cm)

e、确定损耗、温升和机械力设计参数；

f、确定结构布置型式和参数。

2.根据权利要求1所述的三裂解传动整流变压器的制造方法，其特征在于，在确定线圈尺寸时，低压绕组a2、b2、c2和高压绕组A2、B2、C2的电抗高度值较之其两侧的低压绕组、高压绕组的电抗高度值分别小3～8％。

3.根据权利要求2所述的三裂解传动整流变压器的制造方法，其特征在于，所述三组绕组的短路阻抗互差值小于±2％。

4.根据权利要求1、2或3所述的三裂解传动整流变压器的制造方法，其特征在于，在内侧绕组与铁心之间增设硬纸板筒，并增加撑条数量。

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