【正文】 箱尺寸計算 ....................................................................................... 28 5 三相五柱式整流變壓器各部分單元設計 ................................................................ 29 鐵心設計 ........................................................................................................ 29 線圈設計 ........................................................................................................ 30 高壓引線 ........................................................................................................ 30 低壓引線 ........................................................................................................ 31 6 總裝圖設計 .............................................................................................................. 32 總設計圖 ........................................................................................................ 32 北華大學畢業(yè)設計（論文） 3 變壓器使用說明 ............................................................................................. 32 結 論 .......................................................................................................................... 34 參 考 文 獻 ................................................................................................................ 35 附錄 A 計算單 ......................................................................................................... 36 附錄 B 總設計圖和其它部分設計圖 ....................................................................... 37 致 謝 ...................................................................................................................... 38 北華大 學畢業(yè)設計（論文） 1 引 言 整流電路工業(yè)上 常用的電聯(lián)結方式是雙反星形帶平衡電抗器聯(lián)結和三相橋式聯(lián)結。若設置在變壓器內部，不僅增加了變壓器的造價，而且大大的增加了設備的制造難度，使產品的可靠性受到影響。在一個多世紀內電力事業(yè)獲得了飛速的發(fā)展，我國變壓器制造業(yè)也取得了重大發(fā)展，國產的大容量三相電力變壓器， 特別是 500KV級超高電壓電力變壓器在 20 世紀 80 年代初已投入運行。 變壓器還能把電壓降低，滿足用戶的需要。 變壓器的定義和 工作原理 變壓器是借助于電磁感應，以相同的頻率，在兩個或更多的繞組之間，交換交流電壓和電流傳輸交流電能的一種靜態(tài)電器。 變壓器的損耗當變壓器的初級繞組通電后，線圈所產生的磁通在鐵心流動，因為鐵心本身也是導體，在垂直于磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產生電流，好象一個旋渦所以稱為 “ 渦流 ” 。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產生的。工業(yè)用的整流直流電源大部分都是由 交流電網通過 整流變壓器 與整流設備而得到的。為此這類變壓器的溫升限值和電流密度均取得較低。需特別注意對地絕緣的交、直流疊加問題。因此通過對比其于電力變壓器的不同點和相同點來介紹整流變壓器的特點和具體情況。 1)對于等效相數(shù)的要求：為了提高電能質量，整流變壓器的輸出電壓波形不象電力變壓器，在一個周期內只有 3 個正弦脈波，而是根據(jù)網側電壓和裝機容量確定每臺變壓器在一周內的脈波數(shù)，大型整流變壓器 的 脈波數(shù)至少為 6 個，最多可以到 12 個，以滿足水電部 1984 年頒布的規(guī)定《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》的要求。為達到這個目的，電力變壓器的電壓調節(jié)取決于電網電壓的波動范圍；而整流變壓器，不僅像電力變壓器一樣，為彌補電網電壓波動而引起的直流電壓的變 化，而且還由于負載本身的需要，整流變壓器的閥側電壓必須能在一個較大的范圍內進行調整。 整流變壓器裝置的發(fā)展趨勢 1． 提高運行可靠性的技術 1） 提高絕緣性能的技術 北華大 學畢業(yè)設計（論文） 5 由于避雷器性能的改進，與其進行絕緣配合的各類試驗電壓（如雷電與操作波沖擊試驗電壓、工頻試驗電壓和局放試驗電壓）可得到降低，即試 驗電壓與額定電壓的比值可降低。 要十分注意設備長期最高工作電壓對絕緣強度的影響。 2） 提高熱性能的技術 現(xiàn)在大家關心的是變壓器繞組的平均溫升，因為在溫升試驗中可用電阻法測定各個繞組的平均溫升。在變壓器內的導線附近埋光纖式溫度傳感器，從多個傳感器探測繞組溫度是將來的發(fā)展趨勢。應具備低介 質損耗 、低介質增量、低局放、低無線電干擾，少維護等性能。應具備已脫氫處理、 能語言報警、全密封式、耐負壓力等性能。特種變壓器就是在電力變壓器的基礎上發(fā)展起來的，具有特殊功能的變壓器。在高度現(xiàn)代化的今天，幾乎在每一個領域都能直接地或間接地看到它的巨大用途。 在大功率設備中，整流變壓器的二次電流很大，致使二次引線電抗及電抗壓降增大，功率因數(shù)降低，并可能引起引線及出線端子周圍產生局部過熱現(xiàn)象。這樣一來，這二個支路的引線的電流在任何瞬間都是大小相等方向相反的。若設置在變壓器內部，不僅增加了變壓器的造價，而且大大的增加了設備的制造難度，使產品的可靠性受到影響。 北華大 學畢業(yè)設計（論文） 8 2 整流方案的選擇 引言 目前整流電路的分類很多： 按組成的器件可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種 。其中所有半波整流電路都是單拍電路，所有全波整流電路都 是雙拍電路。 常用三相整流電路的比較和選擇 常用整流電路的比較 三相半波整流電路的裝置結構最簡單。整流器工作時，負載電流依次通過 兩個整流臂，在一個周波內，負載電流依次通過六個整流臂為三相半波整流電路的兩倍，所以使用的元件數(shù)也為三相半波整流電路的 2倍。由于臂電流數(shù) 減少，則責每個整流臂上的匯流母線的用量也減少一半，冷卻器冷卻到 1/4即可。 能用包括兩個含義，一個是符合用戶提出的基本電量參數(shù)；一個是滿足當?shù)毓╇姴块T關于諧波電流和功率因數(shù)的要求。 可靠是指在雙方認可的標準規(guī)范內，根據(jù)這種整流電路選擇整流設備有足夠的電氣穩(wěn)定、動穩(wěn)定和無滲漏現(xiàn)象。包括整流設備的造型和表面處理，所謂藝術設計。變壓器的造價為整流的 1～ 7倍，容量越大，倍數(shù)越大。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成 橋 式結構，便具有全波整流電路的優(yōu)點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。 圖 橋式（ b） 北華大 學畢業(yè)設計（論文） 11 如此重復下去，結果在 Rfz ，上便得到全波整流電壓。如選擇不當，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費。 a與 a′ 繞在同一個鐵芯上，其極性相反，或者說電壓的相位差 180176。在圖中，兩組相電壓在相位上差 180176。 圖 α=0176。這個電抗器就叫平衡電抗器。這樣的外特性在使用中應盡量避開，不使負載電流小于規(guī)定的最小值。 (3) 與六相半波 整流電路 相比，變壓器次級繞組的利用率提高了一倍，所以變壓器的設備容量比六相半波整流時要小。 和不考慮電網電壓波動的情況下 ，見公式 () Ud= 2U = 82= () 因此可以方便的建立起變壓器容量和整流功率之間的關系式： 整流功率 ，見公式 () 北華大 學畢業(yè)設計（論文） 14 Pd= ddUI? 1 122 498W () P= =1 414 347W () P1 = =1 178 () P2 = =1 661 () 從壓降方面考慮：由于橋式和雙反星都帶整流二級管，并且橋式正常工作時有 2 個二級管同時導通，而雙反星卻只有一個，因此可知橋式整流電路的壓降是雙反星整流電路的 2倍。平衡電抗器設置在變壓器的外部，增加的土建面積，不僅對老廠改造有困難，就是新建工廠，一般也是不可取的。它 除了 象 巨型電力變壓器那樣具有降低運輸高度的作用外，還有一主要用途，就是無論在雙反星形并聯(lián)整流電路中，還是在橋式整流電路中，都可以為分相調壓產生的零序磁通提供回路。 三相五柱式整流變壓器的應用 額定容量 30～ 2500KVA，電壓等級 35KV，用于雙反星形的整流電路中，可以取消平衡電抗器和減少調壓電流沖擊，且可降低運輸高度。當二次側繞組空載時，二次繞組的感應電勢波形和一次繞組類似，在理想狀況下，都是 m 相標準的正弦波形。對于三柱式鐵心只能以結構件和箱壁 構 成回路，對 于 五柱式鐵心，則可以通過旁軛 構 成回路。 由于二次繞組聯(lián)結成星形沒有三倍頻諧波電流的通路，不可能在一次繞組中產生三倍頻諧 波電流 1 去平衡二次繞組中的三倍頻諧波電流 2，因此，即使在負載電流較小的情況下，從1aI分解出來的13aI也可以產生足夠的13?，使其感應電壓Δ e 滿足等式1aeΔ e=2ce+Δ e 的需要，達到整流臂 c2和 a1并聯(lián)運行的目的。 三相五柱式整流變壓器的數(shù)學論證 三相五柱式半波并聯(lián)電路整流電壓瞬間時的表達式：假設 1de 為正星形的輸出電壓，2de為反星形的輸出電壓，lpe/2 為 3 倍頻諧波磁通在二次繞組中感應的 3 倍頻諧波電壓， de 為正星形和反星形的輸出電壓的平均值。 12lpe=2U （ 1cos34 t? + 1 cos940 t? +? ） () 當正星形中的二次繞組 a1電位最高， 反星形中的二次繞組2c的電位其次，由于繞組 a1中的與三倍頻諧波電流對應的三倍頻諧波電壓 12lpe的作用，使得正星形的整流電壓1de降低到139。de=1de 12lpe () 239。這個就從數(shù)學上也證明了三相五柱式鐵心完全可以 取代平衡電抗器，達到使兩組三相半波整流電路并聯(lián)工作的目的。 de=12 （1de+2de） =12 （139。 a與 a′ 繞在同一個鐵芯上，其極性相反，或者說電壓的相位差 180176。在圖中，兩組