摘要：整流变压器的选型和计较是发机电用户经常遇到的技术问题。由于小水电的特殊情况条件，经典理论计较公式的成效往往不合适现实，本文就此作一些探讨，提出一组简明的计较方式。本文的计议基于以下的条件：400V低压同步发机电组，并网运行，三相晶闸管整流，下层用户使用的角度（用户向制造商提供定货数据，不触及变压器制造的参数设计）
关头词：干式整流变压器晶闸管整流励磁同步发机电小水电
　　1.概述　　在小水电励磁装备的选型配套或维修升级的工作中，电站用户经常遇到整流变压器参数计较的问题。很多电工设计手册都提供了整流变压器的设计公式，但这些公式适用的是尺度的运用条件，与小水电的现实运行情况有所差异，据此设计的变压器可能不太切合现实。同时小水电下层的技术人员也缺少,用户凡是觉得整流变压器的选型计较很坚苦。是以为下层用户提出一个简明计较方式是很有需要的。　　1．1整流方式的选择：今朝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（图1）.全波整流的变压器效率比力高（95％），波形比力好。半波整流的硅元件较少，但变压器二次绕组有直流电畅通流畅过，效率比力低（74％），波形畸变年夜，用在小于10kW的整流电路,不外一些早期设计的较年夜机组也是半波整流。两类整流方式的变压器计较公式有所分歧。　　1．2整流变压器的形式：采用环氧干式变压器。容一般在10－100kVA内，标称一次电压（网端）400V，二次电压（阀端）100V之内，电流100－300A内。由于容比力小，与整流装配同置一个配电盘体内。整流变压器冷却方式是自冷，在盘侧不安装封锁板时，散热条件比力好。　　1．3尽缘品级与散热方式：小水电使用的干式环氧变压器的尽缘品级通常为B级，尽缘系统高耐温为130℃，是以变压器满负荷工作时的外表温度有烫手是正常的。若是对变压器加以有用的强制风冷，其输出功率可以提高10％～30％。反之，若是变压器是工作在密封的配电箱里，散热条件不良，它的电流容就必需下降10％或更多。　　1．4阻抗电压：在发机电的励磁系统中，有可能存在整流管击穿或直流回路短路等身分，故整流变压器的短路阻抗电压要比普通的变压器要高，以限制过年夜的短路电流。短路阻抗电压的参数由变压器制造厂设计，我们不作计议，但用户在向厂家定货时必需要注明是晶闸管整流变压器。　　2接线组别　　整流变压器的接线组别必需与晶闸管整流控制要求的相位相配合。若是是新的设计，可以按以下原则来斟酌。　　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°。　　D,y11的接法同时顺应三相半波和全波两种整流形式。若是现有的整流变压接线组别是Y，d11，那也能够使用，但不能用于三相半波整流。　　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发生的三次谐波电压很是高，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，把影响下降到小。但若是采用Y，y的接线组，整流电路发生的三次谐波的磁通无闭合回路不能抵消。太高的三次谐波会使电波形畸变过年夜，影响到变压器及发机电和其它仪表电器装备的正常运行。　　电站向厂商提出定货数据时，应说明清晰变压器的毗连组别,1、二次电压(同时必需注明是相或线电压)。　　3一次线电压U1的选择　　小型机组的机端额定线电压是400V,但小型水电站一般都处于电网的远端，离变电站线路很长阻抗年夜。造成结尾的网电压太高，尤其是在丰水期发电高峰时段，网电压（机端）往往高达460V以上。若是此时一次电压仍是依照400V来设计，变压器就会承受过电压，使消耗增年夜，发烧超标。　　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。这些消耗终都在变压器内转为热，使变压器的温升年夜增。　　更有甚者，当电源电压超高到达一定水平后，变压器的铁心的磁通密度就会进进饱和区，使一次侧电流激增以致线圈烧毁。一些整流变压器的设计制造时由于成本的斟酌，拔取铁心的磁通密度Bm值偏高，而一次绕组的电压值依然拔取400V，故在网电压太高地域烧毁变压器的例子其实不罕有。　　对此就应当适当加年夜一次绕组的电压值，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拔取一次侧绕组额定线电压值　　U1=0.95U1（MAX）,　　式中，U1（MAX）是网电（折合到机端）的高电压值.计较成效若小于400V则按400V拔取。　　一次电压拔取值增加后，二次电压也应当增加一样的比值，连结变压比不变，以维持励磁电压与机端电压不异比例地增减，由于发机电电压越高，需要的励磁功率就越年夜。　　提高一次电压的做法，等效于增加每伏圈数，都是为了下降变压器铁心的磁通密度。避免进进磁通密度曲线的饱和段。带来的益处还有下降了变压器的空载电流和铁损。　　固然这样也有些负面影响，因绕组圈数加多，使变压器内阻增年夜，电流消耗（铜损）略有增加，但对变压器的正常运行不组成什么影响。电压调整系数为n＝U1/400　　简略单纯计较时,可以通取U1=440V,能顺应年夜大都电网条件（400V—470V）的要求。　　4二次电压U2的计较　　二次电压的拔取值关系到励磁系统的顶值（强励）电压，年夜励磁电流、晶闸管导通角和谐波失真、整流电路的功率因数等等。　　按有关规范，励磁电路要提供1.6～1.8倍的强励电压，即变压器的二次电压需是额定值的1.6～1.8倍。可是现实上，我国的小水机电组很少有自成孤立电网运行的，尽年夜部门都是并进年夜电网售电运行，没有向电网提供强励功率的需要和能力——须知年夜电网容极年夜，单个小水机电组的对它的影响是眇乎小哉的。　　若是按提高1.6～1.8倍的数值来拔取二次电压，整流电压就比力高，晶闸管整流系统励磁时持久处于被深控的状态，晶闸管的导通角小，波形畸变增年夜，功率因数变差,故障的短路电流变年夜，这些身分都对变压器和机组装备运行晦气。同时在不异的变压器功率容下，电压高了必然致使电流下降，线圈绕组的导线截面积下降，电流消耗也增年夜。　　凭据我们的经验，选择年夜整流电压为额定励磁电压的1.3倍就比力适中，除处置避免上述电压太高的错误谬误之外，也保留了一定的整流功率裕，顺应了运行条件变化的要求。　　相电压U2的计较式　　三相全波整流U2=1.3*1.06（nUE 2.5）/2.34=0.59nUE 1.47　　三相半波整流U2=1.3*1.06(nUE 1.7)/1.17=1.18nUE 2.0　　对上式各项的诠释：　　UE—发机电额定励磁电压（V）；　　系数1.3—如前所述，是励磁电压的裕值；　　系数1.06—电流满负载时变压器内阻漏抗引发电压降的抵偿值。这里用简单的一个固定数值来取代复杂计较，误差也不太年夜；　　n—电压调整系数，见上节所述；　　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进交流相电压的比值,即UE/U2＝2.34（或UE/U2＝1.17）；　　数字2.5（或1.7）—励磁回路的电压降的总和,其中包括整流元件的正向压降（1.5V或0.75V）,和馈电导线和碳刷集电环的压降（1.0V）.　　变压比K=U2/U1。　　简略单纯计较时，可把上式成效的第1、二项合并，有U2=0.71UE(全波)，或U2=1.4UE(半波)　　5电流的计较　　三相全波整流一次电流I2＝0.816KIE,二次相电流I1＝0.816IE　　三相半波整流一次电流I2＝0.472KIE,二次相电流I2＝0.577IE　　这里的I1值还没有斟酌变压器的效率。　　6功率的计较　　励磁功率：PE=UEIE（W）　　变压器二次侧功率：　　全波整流P2=3U2I2=3（0.59nUE 1.47）*0.816IE=1.45nPE 3.60IE（W）　　半波整流P2=3U2I2=3（1.18nUE 2.0）*0.577IE=2.04nPE 3.46IE（W）　　变压器容的计较：　　全波整流S1=P2/（0.8*97％）=1.29P2＝1.29（1.45nPE 3.60IE）=1.87nPE 4.64IE（VA）　　半波整流S1=P2/（0.8*97％）=1.29P2=1.29（2.04nPE 3.46IE）=2.63nPE 4.46IE（VA）　　式中，0.8为变压器的额定功率因数,97为变压器一次侧效率。　　简略单纯计较时，可把上式成效的第1、二项合并，有　　S1=2.2PE（全波用），或S1=3PE（半波用）　　在现实的定货中我们有时发现,某些厂商为了下降成本,变压器制造的用料偏紧,使变压器运行温升偏高.在这类情况下为保险起见,好把定货的变压器容加年夜10来应付,此时变压器的电压数值不改变,1、二次电流要按比例提高。　　7计较实例　　某小型水电站需订购一励磁整流变压器,发机电参数为：　　发机电功率400kW,额定电压400V,发机电励磁电压UE=49.4V,励磁电流IE=153A.　　工作条件：励磁装配为晶闸管三相全波半控整流，机组并年夜电网运行,网电高电压（机端）460V。　　求解步骤以下　　1）毗连组D，y11　　2）励磁功率PE=UEIE=49.4×153=7558.2（W）　　3）一次线电压U1=460×0.95=437（V）,取440V　　电压调整系数n=U1/400=1.1　　4）二次相电压U2=0.59nUE 1.07=0.59×1.1×49.4 1.07=33.13V,可选34V;　　5）变压比K=U2/U1=34/440=0.0773　　6）二次电流I2=0.816IE=0.816×153=124.85（A）,可选12.　　7）一次电流I1=0.816KIE=0.816×153×0.0773=9.65（A）,可选9.7A　　8）功率容S1=1.87nPE 4.64IE=1.87×1.1×7558.2 4.64×153　　　　　　　　=16257（VA）,可选17kVA　　后,填写定货清单：　　三相关式整流变压器定货数据　　变压器容：17kVA　　　　　　　　　　　毗连组：D，y11　　电压比：440V（线）/34V（相）　　　　电流（一次电流可不报）：9.7A/12　　功率因数：0.80　　　　　　　　　　　　工作制：持久接连工作　　依照本文的计较成效，在额定工况时变压器的负载率为0.77,处于经济运行状态。额定励磁电流输出时整流晶闸管的控制角约65°。　　我们用msexcel（电子表格）软件编写了计较法式,计较时只需把三个参数:励磁电压UE、电流IE和高网电压U1（MAX）输进,法式即自动计较出整流变压器的全数数据,给出定货清单。此法式在深圳普威尔电气公司的网站（szpwr.com）上可以链接下载,或该网站可以代行计较　　8．简略单纯计较方式　　发机电参数同前，励磁电压UE=49.4V,励磁电流IE=153A.　　励磁功率:P=40.3×161.4=7558.24（W）　　通取一次线电压:U1=440V　　三相半波整流时　　二次相电压U2=1.4UE=1.4×49.4=69.2V，可选70V　　变压器容S1=3×7558.=22674（VA）,可选23kVA　　三相全波整流时　　二次相电压U2=0.71UE=0.71×49.4=35.1（V），可选35V　　变压器容S1=2.2×7558.2=1662（VA）,选17kVA　　与上节的计较成效比力可见，简略单纯计较方式的误差其实不年夜，可以付诸运用。在励磁电压UE较年夜时，简略单纯法的U2值会稍微偏年夜，但对现实运行的影响无碍。