【正文】 冶金、礦山、石油、化工、鐵路、和環(huán)保等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 本課題的提出及其意義 隨著生活水平的不斷上升，人們對(duì)用電的要求不斷加強(qiáng)，這就要求用電設(shè)備的安全和可靠性的進(jìn)一步的提高，能源的節(jié)約，環(huán)保的重要性成了人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題。應(yīng)具備級(jí)電壓高、開(kāi)斷電流大、能開(kāi)斷接近方波的電流、電壽命與機(jī)械壽命長(zhǎng)、能連續(xù)切換、少維護(hù)、能在真空泡內(nèi)熄弧等性能。故運(yùn)行中應(yīng)設(shè)法消除直流偏磁的影響。 變壓器選用的各種耐熱等級(jí)的絕緣材料都有熱老化壽命的溫度指標(biāo)。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，能通過(guò)局部放電試驗(yàn)的設(shè)備往往具有較高的絕緣 可靠性。因此對(duì)于特高壓和超高壓產(chǎn)而言，更要注意的是設(shè)備處于長(zhǎng)期最高工作電壓下的運(yùn)行可靠性。例如鋁電解負(fù)載。起名稱(chēng)起因于硅二極管的單相導(dǎo)電性。 2)結(jié)構(gòu)類(lèi)似 從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，整流變壓器的器身也是饒?jiān)诠餐F心上的兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組組成的。 應(yīng)用整流 變壓器 最多的化學(xué)行業(yè)中，大功率整流裝置 特點(diǎn) 是二次電壓低，電流很大， 整流變壓器 最大的特點(diǎn)是二次電流不是正弦交流了，由于后續(xù)整流元件的單向?qū)ㄌ卣鳎瑔畏较虻拿}動(dòng)電流經(jīng)濾波裝置變?yōu)橹绷麟姡?整流變壓器 的二次電壓，電流與容量 和整流連接方式 有關(guān)，如常用的三相橋式整流線路，雙反 星 帶平衡電抗器的整流線路，對(duì)于同樣的直流輸 出電壓、電流所需的 整流變壓器 的二次電壓和電流卻不相同，因此 整流變壓器 的參數(shù)計(jì)算是以整流線路為前提的，一般參數(shù)計(jì)算都是從二次側(cè)開(kāi)始向一次側(cè)推算的。 主要用來(lái)為電力傳動(dòng)中的直流電機(jī)供電，如軋鋼 電 機(jī)的電樞和勵(lì)磁。 用于礦山或城市電力機(jī)車(chē)的直流電網(wǎng)。 北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 整流變壓器作用及發(fā)展概況 整流變壓器的作用及主要用途 變流是整流、逆流和變頻三種工作方式的總稱(chēng)，整流是其中應(yīng)用最廣泛的一種。由 “ 渦流 ” 所產(chǎn)生的損耗我們稱(chēng)為 “ 鐵損 ” 。 變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要 用到，它原理簡(jiǎn)單但根據(jù)不同的使用場(chǎng)合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會(huì)有所不同。最后，用配電變壓器將電能直接送給用戶(hù)。 發(fā)電變壓器是把發(fā)電機(jī)發(fā)出 的電能電壓升高，以便遠(yuǎn)距離輸送電能。 北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 1 概述 變壓器的意義 自從匈牙利岡茨工廠于 1985 年制造第一臺(tái)單相變壓器以來(lái)，至今已 120 多年了。 在眾多整流電路中，雙反星形帶平衡電抗器的整流電路裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、需要的冷卻功率較低，然而，整流裝置的這一優(yōu)勢(shì)卻帶來(lái)了電壓器部分的復(fù)雜性，其歸根到底就是由于平衡電抗器的存在。以及取消平衡電抗器采用三相五柱式整流變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)、理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)變壓器計(jì)算單進(jìn)行器件的選擇 ,并繪制整體布置圖。北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 提供全套畢業(yè)設(shè)計(jì)，歡迎咨詢(xún) 摘 要 隨著電力系統(tǒng)的 日益發(fā)展，在高度現(xiàn)代化的今天，幾乎在每一個(gè)領(lǐng)域都能直接地或間接地看到工業(yè)用的整流直流電源的巨大用途，整流變壓器主要用在電化學(xué)工業(yè)。 本論文 研究的是就實(shí)際問(wèn)題對(duì)比系統(tǒng) 是采用橋式整流電路還是雙反星整流電路應(yīng)進(jìn)行分析，平衡電抗器帶來(lái)的隱患、缺點(diǎn)。雙反星形帶平衡電抗器整流電路多用在低壓、大電流的電源中 ,因?yàn)樵谕瑯虞敵鲭娏髑闆r下 ,它比橋式整流少用一半整流器件 ,但是它的整流變壓器利用率較低 ,在同等功率情況下 ,變壓器容量比三相橋式整流變壓器高 20％左右 ； 在電壓較高的整流電路中 ,一般采用三相橋式整流電路 ,該電路的變壓器利用率高 ,在同等直流功率情況下 ,可以使用最小 容量的整流變壓器 ,從而使整個(gè)設(shè)備的造價(jià) 降低。因此常采用五柱式鐵心，不僅可以取消平衡電抗器，同時(shí)又可達(dá)到兩組三相半波整流電路的順利實(shí)現(xiàn)并聯(lián)工作的目 的，因此五柱式鐵心 有著廣泛的應(yīng)用前景 。 變壓器一般分為電力變壓器和特種變壓器兩大類(lèi)，電力變壓器可分為發(fā)電變壓器、輸電變壓器、聯(lián)絡(luò)變壓器和配電變壓器等。要在用點(diǎn)的地方建立一次和二次變電所，用輸電變壓器把傳輸來(lái)的高壓電能降到合適的電壓。變壓器的基本原理是 法拉第 電磁感應(yīng)原理。這個(gè) “ 渦流 ” 使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率，為此引入了一個(gè)效率的參數(shù)來(lái)對(duì)此進(jìn)行描述， η=輸出功率 /輸入功率。 整流變壓器 的主要用途如下： 這是應(yīng)用整流變最多的行業(yè)，電解有色金屬化合物以制取鋁、鎂、銅及其它金屬；電解食鹽以制取氯堿；電解水以制取氫和氧。阻抗比相應(yīng)的電力變壓器大 30%左右。 此外還有電鍍用或電加工用直流電源，勵(lì)磁用直流電源，充電用及靜電除塵用直流電源等。 1)外觀相似 從外觀上來(lái)看，兩者都是一種靜止的電器設(shè)備。 2)表現(xiàn)在輸出電壓方面的差異：稱(chēng)呼上的差異，由 于和整流的緊密結(jié)合，整流變壓器輸出電壓稱(chēng)為閥側(cè)電壓。對(duì)于不同的直流負(fù)載 ， 要求電壓調(diào)節(jié)的范圍也是不一樣的。電壓等級(jí)越高，比值降低越多。采用局部放電無(wú)損探傷的試驗(yàn)方法來(lái)考核絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性是絕緣技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，因此不但要對(duì)特高壓、超高壓及高壓變壓器進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，而且對(duì)配電變壓器也要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。但是繞組平均溫升只是一種考核變壓器熱性能的試驗(yàn)指標(biāo)，它不代表在各種運(yùn)行方式下的繞組的實(shí)際溫升。 3) 提高耐受 機(jī)械力性能的技術(shù) 2. 滿(mǎn)足環(huán)保性能的技術(shù) 1） 運(yùn)行時(shí)的噪聲 2） 附加空載噪聲 在直流輸電系統(tǒng)接地極附近，高壓中點(diǎn)接地的變壓器中還會(huì)有因直流輸電單極運(yùn)行而引起的直流偏磁所產(chǎn)生的附加空載噪聲。 （ 2） 有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)。 4. 節(jié)能技術(shù) 綜上所述， 隨著國(guó)內(nèi)交直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)變壓器類(lèi)設(shè)備會(huì)向低局放、低損耗、低噪聲、低振動(dòng)及高可靠性方向發(fā)展。它幾乎遍布國(guó) 民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。 整流電路工業(yè)上 常用的電聯(lián)結(jié)方式是雙反星形帶平衡電抗器聯(lián)結(jié)和三相橋式聯(lián)結(jié)。與此同時(shí)，整流元件之間的電流分配也可能出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。這樣就大大降低的引線電抗，從而使整流設(shè)備的功率因數(shù)的提高，并使整流元件的電流分配趨于平衡。因此常采用五柱式鐵心，不僅可以取消平衡電抗器，同時(shí)又可達(dá)到兩組三相半波整流電路的順利實(shí)現(xiàn)并聯(lián)工作的目的。 按電路結(jié)構(gòu)可分為零式電路和橋式電路 。 按控制方式可分為相控式電路和斬波式電路（斬波器） 。工作時(shí)，電流只通過(guò)一個(gè)整流臂，每個(gè)整流臂上并聯(lián)的元件數(shù)按通過(guò) 。然而，三相橋式整流電路所用的變壓器，在相同的技術(shù)參數(shù)條件下，有效材料的消耗量是三相半波整流電路的 1/，是雙反星帶平衡電抗器整流電路的 1/。但這種結(jié)構(gòu)的致命弱點(diǎn)就是由于平衡電抗器的存在，使變壓器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，不僅有效材料為三相橋式的 ，而且加工難度也較大。兩者缺一則不能用。 方便設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)收和維護(hù)。 根據(jù)以上原則三相半波整流電路只是理論分析的工具。結(jié)合硅管反峰電壓，當(dāng) P≤ 6300KVA時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用雙反星電路。 橋式整流電路的 工作原理如下： E2 為正半周時(shí)，對(duì) D1 、 D3 和方向電壓，Dl， D3 導(dǎo)通；對(duì) D2 、 D4 加反向電壓， D2 、 D4 截止。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。 雙反星 雙反星 形的 整流電路 實(shí)際上是由兩組三相半波 整流電路 并聯(lián)而成，每組只供給總負(fù)載電流的一半，這樣晶閘管并聯(lián)的數(shù)量可比單純的三相半 波 電路少一半，但是還存在兩組電流平衡問(wèn)題。 。 ，因而兩組相電流在相位上也差 180176。時(shí)電流電壓波形 在這種并聯(lián)線路中，兩個(gè)星形的中點(diǎn)聯(lián)接著具有電感量為 LP 的電抗器。在結(jié)構(gòu)上，平均電抗器分成兩半，每組 整流電路 各占有一半。為了縮小這個(gè)范圍，就要求平衡電抗器的激磁電流盡量地小，為此應(yīng)加大 LP的數(shù)值，一般設(shè)計(jì)還是按 Idmin 為其負(fù)載電流額定值的 1%～ 2%計(jì)算。 (4) 每一整流元件承擔(dān)負(fù)載電流 Id的 50%，當(dāng)負(fù)載電流為 Id時(shí)，整流元件流過(guò)電流的有效值 (電感性負(fù)載時(shí) )為 ，所以與其它 整流電路 相比，提高了整流元件的承受負(fù)載能力。 1. 從效率方面考慮： 效率 = pp有 用 功 率總 功 率= . ddUIp總 功 率 () : 橋式整流電路為 dI,而雙反星整流電路為dI。若設(shè)置在變壓器的內(nèi)部，不僅增 加了變壓器的造價(jià)，而且大大增加了設(shè)備的制造難度， 使 產(chǎn)品的可靠性受到了影響。 三相五柱式整流變壓器的定義 一 種雙反星不帶 平衡電抗器的可控整流裝置，主要由整流變壓器、可控的硅整流設(shè)備組成，其中整流變壓器的一次側(cè)為三相星形接線，二次側(cè)為六相星形中性點(diǎn)引出接線，整流變壓器的磁路選用三相五柱式鐵芯或三相殼式鐵芯，可控器件可接在整流變壓器的二次側(cè)或一次側(cè)。適用于安裝場(chǎng)地受限制的變壓器 或應(yīng)用 于雙反星形的整流系統(tǒng)。當(dāng)二次繞組有負(fù)載的時(shí)候， 由 于硅二極管的反向阻斷作用，使一次繞組 和二次繞組的感應(yīng)電流共同產(chǎn)生的交變磁通，除了基波外，既包括了三相對(duì)稱(chēng)的高次諧波，也包括三相相位相同 3倍頻的高次諧波。 當(dāng)二次側(cè)繞組 a1電位最高， c2電位其次時(shí)，二次繞組感應(yīng)電流1aI在理想情況下為 矩 形波。同理，3b和 c2，4a和3b，5c和4a，6b和 a1依次同時(shí)導(dǎo)通。 北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 由于正星形的 輸出電壓的相數(shù)均為 3，故可將 m=3,n=3k,代入整流電壓瞬時(shí)值的公式（de=dU（ 12 112 c o s c o sn m kkk ntn ? ????????） ） 可以得出 ，可 見(jiàn)公式 ()。de，反星形的整流電壓2de降低到239。de=2de+ 12lpe () 北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 比較（ 3）、（ 4）兩個(gè)式子可知，由于三倍頻諧波電壓 12lpe的作用，正反星形整流電壓139。這時(shí)對(duì)應(yīng)的整流電壓de值，在數(shù)值上等于1de和2de的平均值，也等于139。de+239。 。 ，因而兩組相電流在相位上也差 180176。 工藝方面 帶平衡電抗器的兩組導(dǎo)線的導(dǎo)電時(shí)間完全相同，電流的方向正好相反，如果不慎，或者分不清、不加分析就將這一對(duì)母排穿過(guò)同一個(gè)平衡電抗器，將使平衡電抗器勵(lì)磁電流相互抵消而失去作用。下面以一產(chǎn)品為例說(shuō)明： 如有個(gè)化工廠，網(wǎng)側(cè)電壓為 35KV，直流空載電壓為 254V，直流電流為 16KA，雙反星帶平衡電抗器，同時(shí)逆并聯(lián)電路，阻抗電壓為 %，分別求出平衡電抗器式和三相五柱式的用材量。 北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 4 變壓器計(jì)算單設(shè)計(jì) 概述 整流變壓器設(shè)計(jì)，特別是這種單器身的整流變壓 器設(shè)計(jì)，大部分與電力變壓器相同。 1. 一般概念 整流變壓器低電壓大電流的特點(diǎn)造成導(dǎo)電母排的有效阻抗增大；變壓器閥側(cè)母排周?chē)植窟^(guò)熱，嚴(yán)重者將封閉鋼框架上部的木材點(diǎn)燃，這在華東某廠已有類(lèi)似情況發(fā)生。如用鋁做變壓器箱體，用不銹鋼做整流柜骨架等，這種方法其實(shí)是一種治“標(biāo)”的方法。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用后，大大減少了大電流母線的引線電抗，局部過(guò)熱的現(xiàn)象也明顯降低。一種是三相橋式；一種是雙反星形半波并聯(lián)電路。當(dāng)雙反星形半波并聯(lián)整流電流改為橋式整流電北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 路時(shí)常采用這種形式。 3. 實(shí)施辦法 對(duì)于三相橋式整流電路畫(huà)圖就可以表達(dá)清楚，而雙反星形帶平衡電抗器電路就不只是用一兩個(gè)圖可以說(shuō)明白的。因?yàn)橐粋€(gè)導(dǎo)通周波的電角度為 2? ,如無(wú)平衡電抗器，每個(gè)母排導(dǎo)電角為 ? /3。起物理本質(zhì)是兩兩靠近的母排上脈振電流各自產(chǎn)生的匝鏈方向的漏磁通方向雖然相反，但由于各自產(chǎn)生的時(shí)間，沒(méi)有完全重復(fù)，彼此之間斷開(kāi)了 ? /3 的電角度，因而不可能完全相互的削弱。 而一對(duì)反星形的閥側(cè) 繞組，如果應(yīng)用到三相橋式電路中去，則是完全可以實(shí)現(xiàn)同相逆并聯(lián)的。 由于雙反星形帶平衡電抗器整流電路來(lái)說(shuō)，通常由二極性相反的星形組成一組整流電路。 雙反星形帶平衡電抗器整流元件，采用貫穿式平衡電抗器時(shí)還可以采用另一種結(jié)線方式，即由二個(gè)極性相同的星形組成一組整流電路。在每一組整流電路中，其中一個(gè)星形整流元件正向接入繞組線路的負(fù)載的正極之間，其中性點(diǎn)引出銅母線貫穿鐵心窗口并與負(fù)載的負(fù)極相聯(lián)結(jié)，另一個(gè)星形整流元件反向接入繞組線路的負(fù)載的負(fù)極之間，其中性點(diǎn)引出銅母線貫穿鐵心窗口并與負(fù)載的正極相聯(lián)結(jié)。采用一臺(tái)貫穿式平衡電抗器時(shí)，一定要注意零線母排穿過(guò)鐵心窗口時(shí)母排的電流方向。te = 450ZBA =17 ? = () 北華大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 初算低壓線圈匝數(shù)： 39。 細(xì)調(diào)導(dǎo)線電流密度 A/ 2mm ；粗調(diào)導(dǎo)線電流密度 A/ 2mm ；基本導(dǎo)線電流密度 A/ 2mm ；低壓導(dǎo)線電流密度 A/ 2m