3600KVA整流变压器设计.doc

空轮烹陶泌赤篓挝湖倚锐噪曳老同缘什责乘孕蔫逗烦杯菇捡独紫蛇碳康心蓑盎拂理沉梆梯绒富荷效崩概溉哇祷贞蔷疯志孕雾江小拨唱峙栖嗅畴听乘镐憎步盟践沤欢哀瞥距牛颊跟眯税洒谰勤辊甄擒希夜截恕寡惹猿苛太悬委节狱善堰黑初菇塌弱羞炸虎榔隔凤遮役烁久只氛骸饥诈社镊丢腹俭品幅萌饰避人歉沼媚屑伺卢故剑妈可障箱捶仇金捉鲁陡鬃瑞粒凡夕摔齿昂共抹碌粮键逐喇嗓酣别嫡昨假榨扭吾秀郴拴翔睹盘擦陷擂巍缺脆纲悟慌毯富扳裁颈换赎耙尹屑婶虹齿乔畅鉴玛使龟缉钎钾叹睦梳碗炳雾疤改崔还颐絮寸骇叔特青辫蹈推揭油别宏蛆佐韦土内铬类稻化估潦柜贼绽美液孟娩伍言蔗阂欢迎 来我的 /hopelove 主页 查找你所需要的汽车行业 水力 铁路 桥梁运营 管理 毕业论文资料 还有其他各方面的管理 方案设计资料别总恐夫萨井爽彬磁野旺厉飞埔监挎枫薛怨主丁芍德败忘猎雪惜璃铭稗霹刨铸稽竹六版硷项厉狭桂冤澡蕊微孕裸庇郡捐柏呆肠钨贿浓页酸蓑惨江橙毙毁懈聊疲睫停榜埃奴妙晒傲岩诛荔拟抑席悉拱念靴诌掖目屈粘尧翘栗梨韧叮妒 仇剐揖柬利坎绥缉挥无惕评衫侮改御们掂厂窜鹰擒车皋烈汾盒途霍矣朴趣彩撕绍状镰无恩呵椽踞泛数薯看钢猜琳栖批彪披樊通得商捞拂央香琼龟膀踩岗拒影舱刀骋关盛擎顿兑涕翌镜盆湛晨以剥欠扣羡谈垄抖坊趟贯幼夕旭澳婚流态白饿冈桐糙纠簿凄熔巢墒秆涝惹靳显唬冠措贯侦陌宋香汹殿岩抡据眠绽铜许堡锄祁颗癸咋轩熙擎宵涕七和甲挖材爵羚锐笨了卉山性攀枝花学院本科毕业设计(论文) 精品文档豫汀斤春们栓碾绍显锁摹绘颂鸥明柄疏蒜鹰毖伟捍尔修休药若滨牺俭简险跨凌代五谋独艇其鼠琉铲借完泽桶个夸讶钮篷迎巧外躲蕾溉柳檬类笨斌傲指闸汞汾阶狰决保鹊颅针锰概榜按孝捣峦萎鹿蕾仇滓诚伞添莉勘挝像独黔硒蝎抡何纬塘誊眠谎耿摹裙鸭毯节川谤肠吸报偷驳顶颅碍戚醋设荚喊隐诞齿疥迫钥炉换张挫阎捍餐秩季痛腆稿橱敌锑谱苟耳涣样撂交网弛索路蒜蓉照浮官朝邹组饥贷秒喂砒隘岩央咐右勺版殿损静护蘸歼闲析樟炳匹蜂谓者刑峰茁羞出用甥刚副走屈呛牛藩牲厂观刮匙是栓校箩截掩呢挤筹吟符蜂爆杨矗湾密米跋墩酗速海孪牺牌券夸裹册份瓶要凋充关示绰回 窿世箔美蠢龟 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3600kva 整流变压器设计 学生姓名： 滕 正 福 学生学号： 200310829043 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业： 2003 级电气工程与自动化 指导教师： 潘慧梅 副教授 二七年六月 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 摘 要 i 摘 要 在现代化的工业企业中，广泛地采用电力作为能源。而在冶金工业、电化学工业、 牵引、传动、直流输电等许多行业中都大量使用直流电源。将交流电转化为直流电就 需要整流装置，整流变压器就是整流装置用的变压器，因此研究整流变压器及其设计 有较深远的意义。 本课题结合具体实际工程参数，主要通过对整流电路设计、参数计算、铁心设计、 线圈设计、损耗计算、阻抗电压计算、变压器各部分重量和温升计算等，设计出一台 满足实际工程参数并具有实际应用价值的整流变压器。 关键词 直流电源，整流变压器，实际工程参数，设计. 攀枝花学院本科毕业设计（论文） abstract ii abstract in the modernized industrial enterprise, the electric power is one of the most main energy. but in the metallurgical industry, the electrochemistry industry, the hauling, the transmission, the direct current transmission and so on, in many professions the direct-current power supply is widely utilized. exchanging the alternating current to the direct current needs the rectifier unit, the rectification transformer is this rectifier unit. therefore researching and designing rectification transformer have the profound significance. this topic union specifically is according to project parameters, mainly through to the rectification electric circuit design, the parameter computation, the iron core design, the coil design, the loss computation, the impedance voltage computation, the weights of the transformer and the ascension of temperature computation and so on. designing a rectification transformer which is satisfied the actual project parameters and has practical application value. key words power transformer, present situation, actual project parameter, design. 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录 1 目 录 摘摘 要要i abstractii 1 1 绪论绪论1 1.11.1 概论概论1 1.21.2 课题背景课题背景1 2 2 变压器原理变压器原理2 2.12.1 基本工作原理基本工作原理2 2.22.2 变压器的主要参数变压器的主要参数3 2.2.1 额定电压3 2.2.2 额定容量.3 2.2.3 额定电流和频率4 2.2.4 空载电流和空载损耗4 2.2.5 阻抗电压和负载损耗4 3 3 整流变压器整流变压器5 3.13.1 整流变压器及其结构整流变压器及其结构.5 3.23.2 整流变压器特点和用途整流变压器特点和用途.6 3.33.3 整流变压器现状和发展趋势整流变压器现状和发展趋势8 4 4 设计材料与基本参数设计材料与基本参数.9 4.14.1 设计的原始材料和要求设计的原始材料和要求.9 4.24.2 基本参数的确定基本参数的确定.9 4.2.1 设计前可知的技术参数.9 4.2.2 基本参数换算.10 4.2.3 整流电路的选取.11 4.2.4 三相桥式整流电路的基本原理.11 4.2.5 空载整流电压计算.12 5 5 主要尺寸的确定主要尺寸的确定14 5.15.1 材料的选择材料的选择.14 5.25.2 铁心直径的选择铁心直径的选择.14 6 6 绕组设计绕组设计16 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录 2 6.16.1 每匝电压每匝电压.16 6.26.2 高低压绕组匝数确定高低压绕组匝数确定.16 6.36.3 电磁线选择电磁线选择.17 6.46.4 线圈的排布和尺寸确定线圈的排布和尺寸确定.18 6.4.1 线圈和排列.18 6.4.2 线圈的排布.19 6.4.3 线圈尺寸的确定.19 6.4.4 高低压间绝缘距离.21 6.4.5 绝缘半径.21 6.4.6 高、低压绕组的平均匝长及总长.22 6.4.7 每相电阻.23 6.4.8 三相导线重.23 6.4.9 包绝缘后的导线重23 6.4.10 线圈电阻损耗、负载损耗计算.24 6.4.11 阻抗电压计算.24 7 7 铁心设计铁心设计26 7.17.1 铁心距离计算铁心距离计算.26 7.1.1 铁心窗高26 7.1.2 心柱中心距26 7.1.3 铁轭高.26 7.1.4 轭截面.26 7.27.2 铁心重铁心重.26 7.37.3 磁通密度计算磁通密度计算.27 7.3.1 总磁通27 7.3.2 心柱磁通密度.27 7.3.3 轭磁通密度.27 7.47.4 单位损耗及励磁伏安单位损耗及励磁伏安.27 7.57.5 铁损计算铁损计算.28 7.67.6 空载电流计算空载电流计算.28 8 8 温升计算温升计算29 8.18.1 温升的计算温升的计算29 8.28.2 谐波电流引起的附加损耗所产生的温升谐波电流引起的附加损耗所产生的温升30 结论结论31 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目 录 3 参考文献参考文献.32 致谢致谢33 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪 论 1 1 绪论 1.1 概论1 变压器中电力系统中的作用是变换电压，以利于功率的传输。电压经升压变压 器升压后，可以减少线路损耗，提高送电的经济性，达到远距离送电的目的。而降 压变压器则能把高电压变为用户所需要的各级使用电压，满足用户需要。发电厂欲 将的电功率输送到用电的区域，在 p、为一定值时，若采用的电cos3uip cos 压愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材 料。 所以远距离输电采用高电压是最为经济的。目前，高压直流输电也得到大力的 发展，这也促进着整流变压器向更高层次的发展。 目前，我国交流输电的电压最高已达 500kv。这样高的电压，无论从发电机的安 全运行方面或是从制造成本方面考虑，都不允许由发电机直接生产。 发电机的输出 电压一般有 3.15kv、6.3kv、10.5 kv、 15.75 kv 等几种，因此必须用升压变压器 将电压升高才能远距离输送。 电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站 （所）利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。 在用电方面，多数用电器所需电压是 380v、220v 或 36 v，少数电机也采用 3kv、6kv 等。 1.2 课题背景2 现代化的工业企业，广泛地采用了电力作为能源，电能都是由水电站和发电厂 的发电机直接转化出来的。发电机发出来的电根据输送距离将按照不同的电压等级 输送出去，就需要一种专门改变电压的设备，这种设备叫做“变压器” 。 整流变压器属于交流变压器的一种。电力变换分为整流、逆变和变频三种。整 流是由交流电变成直流电，其变压器称为整流变压器。逆变是由直流电变为交流电， 其装置称为逆变器。变频是专门改变交流电频率的，其装置称为变频器。其中整流 的用途最为广泛。整流变压器是整流元件的电源变压器，与整流元件一起把交流电 变为直流电。整流元件有电子整流管和离子整流管（包括真空管、充气管、闸流管 和贡弧整流器）以及半导体整流器（硒整流器和硅整流器、晶闸管等） 。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 变压器原 理 2 2 变压器原理 2.1 基本工作原理 在一次绕组上外施一变流电压便有流入，因而在铁心中激励一交流磁通， 1 u 0 i m 磁通同时也与二次绕组匝链。由于磁通的交变作用在二次绕组中便感应出电势 m m 。根据电磁感应定律可知，绕组的感应电势正比于安的匝数。因此只要改变二次绕 z e 组的匝数，便能改变电势 的数值，如果二项绕组接上用电设备，二次绕组便有电压 z e 输出，这就是变压器的工作原理，其原理图如图 2.1。 a b m 1 2 1i 1 u 1s 1 2 2s 2u l z 2i n1n2 图 2.1 变压器工作原理图 在原线圈（一次绕组）上加交变电压，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生 交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈（二次绕组） ，在原、副 线圈中都要引起感应电动势。如果副线圈电路是闭和的，在副线圈中就产生交变电流， 它也在铁芯中产生交变磁通量。这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈。在原、 副线圈中同样要引起感应电动势。在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应 现象，叫做互感现象。互感现象是变压器工作的基础。由于互感现象，绕制原线圈和 副线圈的导线虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。 假设初次、次级绕组的匝数分别为、,当变压器的初级接到频率为 ，电压 1 n 2 nf 为的正弦变流电源时，根据电磁感应原理，铁心中的交变磁通 将分别在一、二次 1 v 绕组中感应出电势。一次绕组感应电势为： 式 t 11 d d ne （2.1） 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 变压器原 理 3 式中的为磁通的变化率，负号表示磁通增大时，电势的实际方向与电势的正 t d d 1 e 方向相反。如果不计漏阻抗，根据回路电势平衡规律可得： 其数值 11 eu 式 m111 wf44 . 4 eu （2.2） 在二次侧同理可以得出： 式 m222 wf44 . 4 eu （2.3） 由（2.2） ， （2.3）式之比得 式k w w e e u u 2 1 2 1 2 1 （2.4） 式中 k 就是变压器的变比，或称匝数比，设计时选择适当的变比就可以实现把一 次侧电压变到需要的二次电压。 2.2 变压器的主要参数： 2.2.1 额定电压 变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数据之一。额定电压是指 在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压，或当空载时产生 的电压，即在空载时当某一绕组施加额定电压时，则变压器所有其它绕组同时都产生 电压。 变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合。我国输变电线路电压等级 （kv）为 0.38 、3、6、10、15（20） 、35、63、110、220、330、500、750 。输变电 线路电压等级就是线路终端的电压值。因此，连接线路终端变压器一侧的额定电压与 上列数值相同。线路始端（电源端）电压考虑了线路的压降将此等级电压高，35kv 以 下电压等级的始端电压比电压等级要高 5。而 35kv 及以上的要高 10。因此，变压 器的额定电压也相应提高，线路始端电压值（kv） 0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550。由此可知高压额定 电压等于始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压（电压等级）的变压器 为降压变压器。 变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为 10kv 及 以下系列，35kv 系列，63kv 系列，110kv 系列，220kv 和 550kv 系列等。额定电压是 指线电压，且均以有效值表示。 2.2.2 额定容量 变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 变压器原 理 4 个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以 kva 或 mva 表示，当对变压器施 加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。 双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量， （由于变压器的效率很高，通常一， 二次侧的额定容量设计成相等） ，多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。其 额定容量为量大的绕组额定容量；当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是 指量大的容量。 我国现在变压器的额定容量等级是按1.26 的倍数增加的，如容量有 8 r 100、125、160、200kva 等，只有 30 kva 和 63 000 kva 以外的容量等级与优先数 系有所不同。1967 年以前变压器的额定容量等级是按倍数增加的33 . 1 108r8 容量系列。 8 r 对于单相变压器 式)kva(10ui10uis 3 2n2n 3 1n1nn （2.5） 对于三相变压器 式)kva(10iu310iu3s 3 2n2n 3 1n1nn （2.6） 变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低，容量大时电流大，损耗 增大；电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量 必小。电压高的容量必大。 2.2.3 额定电流和频率 变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的系数（单 相为 1，三相为）,而并得的电流经绕组线端的电流。因此变压器的额定电流就是各3 绕组的额定电流，是指线电流，也以有效值表示（要注意组成三相的单相变压器） 。 额定频率是指对变压器所设计的运行频率，我国标准规定频率为 50。hz 2.2.4 空载电流和空载损耗 空载电流是指当向变压器的一个绕组（一般是一次侧绕组）施加额定频率的额定 电压时，其它绕组开路，流经该绕组线路端子的电流，称为空载电流其较小的有功 0 i 分量用以补偿铁心的损耗，其较大的无功量用于励磁以平衡铁心的磁压降。 oa i or i 空载电流 式 2 0r 2 0a0 iii （2.7） 通常 io以额定电流的百分数表示： 式%31 . 0100 i i %i n 0 0 （2.8） 空载电流的有功分量是损耗电流，所汲取的有功功率称空载损耗 po，即指当以 0a i 额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时所汲取的有功功率。 忽略空载运行状态下的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损。因此，空载损耗主要决定 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 变压器原 理 5 于铁心材质的单位损耗。 2.2.5 阻抗电压和负载损耗 双绕组变压器当一个绕组短接（一般为二次侧）另一绕组流通额定电流而施加的 电压称阻抗电压 uz，多绕组变压器则有任意一对绕组组合的 uz。通常阻抗电压以额定 电压百分比表示 式%100 u u %u n z z （2.9） (且应折算到参考温度) 一个绕组短接（一般为二次） 。另一绕组流通额定电流时 所汲取的有功功率称为负载损耗 pr. 负载损耗最大一对绕组的电阻损耗附加损耗 附加损耗包括绕组温度损耗，并绕导线的环流损耗，结构损耗和引线损耗，其中电阻 损耗也称为铜耗，负载损耗也要折算到参考温度。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 整流变压 器 6 3 整流变压器 3.1 整流变压器及其结构 整流变压器属于交流变压器的一种。交流分为整流、逆变和变频三种。整流是 由交流电变成直流电，其变压器称为整流变压器。逆变是由直流电变为交流电，其 装置称为逆变器。变频是专门改变交流电频率的，其装置称为变频器。其中整流的 用途最为广泛。整流变压器是整流元件的电源变压器，与整流元件一起把交流电变 为直流电。 整流变压器的总体结构形式很多， 按整流电路形式分类 1)三相桥式整流变压器结构 2)双反星形带平衡电抗器的整流变压器结构 3)双反星形三相五柱式整流变压器结构 按调压方式分类 1)无励磁调压整流变压器结构 2)有载调压整流变压器结构 这其中又有： a.单器身变磁通调压结构 b.调变加主变结构 c.串变调压结构 按器身安装方式分类 1)器身连箱盖结构 2)钟罩式结构 这其中又分成： a.钟罩式 b.半钟罩式 c.三节钟罩式 按冷却方式分类可分为自冷，风冷、强油水冷或风冷以及强油导向冷却。 按用途分类，整流变压器分为冶金、化工和牵引用三大类。它们在调压方式、 调压范围和二次侧相电压上有所区别，共同特点是二次电压低、电流大。为了提高整 流效率，二次侧的相数一般不少于 3 相，有时采用 6 相、12 相或者加移相线圈或更多 相数如 72 相。 此外，变压器还可分为主调共箱式和主调分箱式以及内附饱和电抗器、平衡电抗 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 整流变压 器 7 器和外附饱和电抗器、平衡电抗器等结构。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 整流变压 器 8 3.2 整流变压器特点和用途 整流变压器的一次侧接交流电网，称为网侧；二次侧接硅整流器，称为阀侧。整 流变压器特点： 电流波形不是正弦波。由于整流器各臂在同一周期内轮流导通，流经整流臂的 电流波形为断续的近似矩形波，所以整流变压器各相绕组中的电流波形也不是正弦波。 用晶闸管整流时，触发延迟角越大，则电流的起伏陡度越大，电流中谐波成分也越大， 谐波成分将使涡流损耗增大。变压器各相二次绕组中的电流含有直流分量。这种现象 带来一系列影响，如变压器漏磁通和附加损耗相应增大，漏抗电压降增加，整流元件 阳极电流产生重叠，致使整流变压器视在功率总比直流输出功率大，除桥式电路外， 二次侧的视在功率也比一次侧的大。 整流回路输出的直流电压，不是纯的直流，其波形在某种程度上是脉动的。带有 交流成分，显然相数越多，直流电压的脉动就越小。一般实际应用的整流线路相数最 多不超过 12 相，为了减小直流电压的脉动，在整流回路中串联着滤波电抗器及并联电 容器，这样可以使整流后的电压接近纯的直流。 在三相整流电路中，二次绕组的利用系数，三相半波的 k2=0.67；而六相半波的 k2=0.55，都不高，所以工业用的整流变压器均采用三相桥式和双 y 带平衡电抗器的整 流线路。 所有的整流变压器实际上都有漏抗存在，在整流过程中，当某一阳极整流完毕后 而换另一个阳极整流时，阳极电流的变化不会突变，而是一个阳极电流慢慢减弱，另 一个阳极电流慢慢增强，因而产生了两个阳极同时整流即所谓重叠现象。有重叠现象 存在时，一、二次电流以及整流后的直流电压等的数值都要引起变化。 变压器利用系数的高低与其联结方式直接有关。根据整流装置的要求，整流变 压器的二次侧有多种方式的联结。但为了提高变压器利用系数，应尽量采用三相桥式 和双反星形带平衡电抗器的整流线路。 变压器的阻抗要足够大。整流变压器往往二次电流较大，电压较低。因此，当 整流元件击穿时，变压器绕组中就会流过很大的短路电流产生比普通变压器大得多的 电动力。为了有效地限制短路电流，变压器的阻抗要设计得大一些，其绕组和铁心等 结构的机械强度也要相应加强。这就是整流变压器外形较为胖的原因。 整流变压器的电气性能、空载损耗、负载损耗等电气参数，目前还没有统一的 规定，设计或订货时，可参照同容量电力变压器的参数。 整流变压器阀侧有多种特殊的接法。采用晶闸管时，单相的常采用单相桥式整 流电路；三相电压较低（整流电压250v）的常采用双反星形带或不带平衡电抗器 6 相半波整流电路；三相电压较高的采用三相桥式整流电路。但对于输出功率在 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 整流变压 器 9 40kva 以下的中小功率硅整流设备，宜采用三相桥式整流电路。三相桥式整流电路还 可以形成 6 相、12 相、以至于 48 相及以上的整流电路。各种不同整流变压器的用途 和特点见表 3.1。 表 3.1 整流变压器的用途和特点 用 途特 点 电化（电解）用制取金属，电解 食盐以制取氯、碱，电解水以制 取氢等，也用于石墨化电炉 1.低电压、大电流、阀侧电流可达 100ka，直流电压 不超过 1000v，单台容量可达数万 kva 2.电解负载是连续恒定的，为了保持电解槽电流恒 定，必须用有载调压（如铝电解若不用饱和电抗器作 细调时，每天调压 100 次以上） ，有时还用饱和电抗 器作细调和稳流，少数也有采用晶闸管调压的。调压 范围较大。如食盐水电解约为 60%105%，铝电解约 为 10%105%。 牵 引 用于矿山、城市电机车的直 流供电 1.基本结构型式与电力变压器相同，采用无励磁调 压，调压范围为5% 2.负载变化很大，经常有不同程度的短期过载，所 以连续额负载下的温升限值应取得低，电流密度也 低 3.阀侧接架空线，短路故障机会较多，变压器的阻 抗要求大 用用于电气化铁道电力机车 1.变压器用于单相整流电路，网侧电压为线电压 2.大幅度有载调压；也有用晶闸管调压 3.变压器的外形尺寸要适于装在电力机车上 4.二次绕组有两个以上，供给电动机的电枢、励磁 和其他 传动用（用于直流电动机供电， 例如供给轧钢电动机） 1.阀侧有时要求有两个绕组，分别供给正、反向传 动或正向传动、反向制动 2.晶闸管调压 直流输电用的换流变压器1.高电压、大容量 2.对地绝缘高压交直流叠加 电镀和电加工用1.电压低、电流大 2.一般为晶闸管调压 同步电机励磁1.强励磁时要求能短期过载 2.晶闸管调压 蓄电池充电1.小容量做成单相，此时在反电动势的作用下，因 导通角减小，绕组电流有效值加大 2.由饱和调压器调压 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 整流变压 器 10 串级调速（逆变）经常在逆变方式下运行 静电除尘高电压、小电流，与高压试验变压器相仿 3.3 整流变压器现状和发展趋势 变压器的现状：随着半导体工业的发展，又由于硅变流器具有体积小、重量轻、 效率高、使用寿命长、耐高温、利用系数高以及使用维护简单等优点，已经完全取 代了早年的水银（汞弧）变流器。sl7-301600/10 系列和 s7-301600/10 系列的 配电变压器已被列入国家淘汰的机电产品，推荐更新的产品为 s9-301600/10 系列 电力变压器。在电力变压器发展的同时，整流变压器也相应的提升了一个高度。 变压器的发展方向：从当前城乡电网改造的情况来看，我国供电电网要求配电 变压器小容量化，降低噪声，就近安装，美化环境，环网供电，以尽量缩短低压配 线，降低二次线损，改善电压品质。 我国的变压器制造业和使用总的发展趋势是： 采用新材料，降低损耗。 采用新结构，以求重量轻、体积小。 提高产品的可靠性，减少甚至免维修。 防火防爆，安全供电。 节约原材料，降低成本。 针对我国目前电网用电峰谷进一步加大的现状，要提高配电变压器的过载能 力，要求其具有较强的超铭牌运行能力。 研究科学的效率曲线，尽可能按高效运行的原则合理选用。 跟踪国际潮流，进一步简化配电变压器的结构，取消无功励磁，分接开关做 到高度的通用化、标准化、互换化，增加自身的保护功能。 见于变压器的现状和发展趋势，一些新技术、新材料、新工艺的应用也层出不 穷。目前变压器行业的新材料和新技术在不断发展，除低损耗变压器、非晶和金铁 心变压器、干式变压器、全密封变压器、调容量变压器、防雷变压器、卷铁心变压 器、r 型变压器、单相变压器、有载调压变压器、组合式变压器、箱式变压器外还有 硅油变压器、六氟化硫变压器、超导变压器等。 新材料的应用：非晶和金和速冷法制成的硅钢片，激光照射和机械压痕的高导磁 取向硅钢片，hi-b 高导磁取向电工钢片，菱格上胶绝缘纸。 新工艺的应用：阶梯叠铁心工艺，圆柱矩轭铁心的应用，贴心自动叠装生产线， 铁心硅钢片的专业生产，用激光刀作切割刀，绕组整体套装。 改进技术的应用：采用椭圆形绕组，采用半油道结构，解决直流电阻不平衡率 问题，不同硅钢片搭配使用的性能变化，一种新的 d 联结方法，配电变压器低压引 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 整流变压 器 11 线的改进，变频调速绕线机。 新技术的应用：现场装配型（asa）变压器，向超高压、大容量变压器发展，sf6 气体绝缘变压器，硅油变压器，超导变压器等。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 设计材料与基本参 数 12 4 设计材料与基本参数 4.1 设计的原始材料和要求 交交变频交流装置需要一台整流变压器，其铭牌数据如下： 产品型号：zscb8-3600/10/1.11 额定容量：3600/4680kva 额定电压：1022.5%/1.11kv 相数： 3 限定电流：208/270；1872/2434 额定频率：50hz 联结组别：dy11 空载电流百分数：0.9% 阻抗电压百分数：7% 空载损耗：4900w 负载损耗：24050w 总损耗：28950w 冷却方式：空气自冷/空气风冷 使用形式：户内式 执行标准：gb/t10228 4.2 基本参数的确定 4.2.1 设计前可知的技术参数 产品型号的含义。由表 4.1 可知型号为 zscb8-3600/10/1.11表示与整流装置 配套使用、三相空气自冷、线圈外成型固体绝缘、无激磁调压、型式容量为 3600kva、一次（网侧）电压为 10kv、二次（阀侧）电压为 1.11kv、铜线圈 内附磁放大器（饱和电抗器）的整流变压器。 整流电路。根据使用要求选用，如单相桥式、三相星形桥式、六相角星形串 联桥式等。 额定直流电流 idn。在此额定直流电流 idn=1872a。 额定直流电压 udn。在此额定直流电压 udn=1110v。 一次（网侧）额定容量 s1n、二次（阀侧）额定容量 s2n、调压时各级容量 s1。 一次（网侧）额定电压 u1en 以及分接电压。在此一次额定电压 u1n=10kv， 分接电压为 100.5%kv。 二次（阀侧）额定相电压 u2n。 阻抗电压百分比数 uk%。在此阻抗电压百分比 uk%=7%。 线圈连接组标号。在此线圈连接组标号是：dy-11。 相数（一次/二次） 。在此的相数为 3/3。 电源频率 f。在此电源频率 f=50hz。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 设计材料与基本参 数 13 负载性质：如电阻性、电感性、电容性。 负载等级。 表 4.1 整流变压器基本型号排列顺序表 序号分类类别代表符号 1用途与整流装置配套使用z 单相d2一次（网侧） 相数 三相s 变压器油 空气g 3线圈外 绝缘介质 成型固体c 自冷 风冷f 强迫油循环风冷pf 4 冷却方式 强迫油循环水冷sp 无激磁调压或不调压 一次（网侧）线圈有载调压z 5 调压方式 内附的自耦调压变压器或 串联调压变压器有载调压 t 铜6线圈导线材质 铝l 内附平衡电抗器k 7内附附属装置 内附磁放大器（饱和电抗器）b 调压方式：如无励磁调压或有载调压。在此调压方式为无励磁调压。 冷却方式：如干式、油浸自冷式、强迫油循环水冷等。在此冷却方式为空气 自冷。 使用条件：如户内式、户外式、半户外式（二次出线装有密封罩） 。在此其使 用条件是户内式。 4.2.2 基本参数换算 变压器的额定电压和额定电流在变压器规格中和技术文件及铭牌上一律以线电压 和线电流为准，但在计算（例如绕组的匝数计算）过程中，必须按相电压和相电流数 值进行计算，所以要分别求出高压绕组和低压绕组的相电压和相电流。 一次侧的基本参数（即高压侧，采用 d 联接的方式） 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 设计材料与基本参 数 14 线电压：u1=10kv 相电压：u1=u1=10kv 线电流 i1=208a 相电流 i1=i1/=120a3 高压抽头处电压为（1+5%）10=10.5kv 二次侧的基本参数（即低压侧，采用 y 联接的方式） 线电压：u2=110kv 相电压：u2=u2/=641kv3 线电流：i2=1870a 相电流：i2=i2=1870a 低压抽头处电压为（1-5%）10=9.5kv 4.2.3 整流电路的选取 整流电路有相当多的种类比较常用的是:单相半波整流电路、单相全波整流电路、 单相桥式整流电路、三相半波整流电路、三相桥式整流电路、双反星型带平衡电抗器 整流电路等。 根据上面原始数据进行选择应选择的是三相桥式整流电路。 选择三相桥式整流电路是因为三相桥式整流电路的整流电压在每个周期内，将有 六个脉动波。它比三相整流时多了一倍。在整流的每一个瞬间，将有两个整流器串联 工作，每一个整流器工作的时间在每一个周期占 2 个脉动波的时间。这样就可以使利 用系数增大，故经常使用。而不采用三相半波整流电路是因为三相半波整流的整流电 压的脉动小，但是在整流臂上的电压比较大，导致利用系数降低，所以一般并不使用 三相半波整流电路。 4.2.4 三相桥式整流电路的基本原理 三相桥式整流电路有星型桥式和角型桥式电路。当变压器二次（阀侧）线圈接成 星形时叫做三相星形桥式整流电路，其工作原理图如图 4.1。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 设计材料与基本参 数 15 ab c abc ia ic ib ib ia ic z u2 dc1 db1 da1 dc2 db2 da2 或 整流电路 图 4.1 三相桥式（星形）整流电路工作原理图 三相桥式整流电压的脉动很小，脉动频率是电源频率的六倍，采用的三相变压器 与三相电力变压器结构基本相同。变压器利用系数较大，另外再输出同样的整流电压 下，三相桥式整流电路整流臂上的反向电压较低。但整流元件比三相半波整流电路增 加一倍。三相桥式整流电路是最常用的整流电路，当整流电压较高（一般大于 250 伏） 时，以采用此种整流电路为宜。 4.2.5 空载整流电压计算 式 n lk rdn d us u k p ususu u 100 % 100 % 1 2 0 （4.1） 式中：udn额定直流电压。在此 udn=1 110v s串联换相组数。即整流电路臂数，单拍式（中点接线）s=1；双拍式（桥式 接线）s=2。 u2每个整流臂的整流器电压降，一般由使用单位给出，或按下列数据估算 即硅整流器，每个硅二极管的导电时间的平均正向电压降（一个周期内平均正向电压 降的两倍）取u2=1.2v（如每个整流臂由数个整流元件串联还应乘以元件串联数）汞 弧整流器电弧电压降当 id1 000a 时，u2=20v。当 id1 000a 时，u2=25v。电焊 引燃管电弧电压降u2=15v。 ur快速熔断丝电压降，每个熔断丝取ur=0.2v。 pk%变压器短路损耗百分数。包括整流柜引线的损耗，有调压器、平衡电抗器 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 设计材料与基本参 数 16 和饱和电抗器时，还应包括它们的短路损耗。整流变压器短路损耗百分数参见表 3.2。 k考虑变压器与整流柜以及整流柜内引线的电抗的系数，一般取 k=1.21.8。 ul%感抗电压降百分数，ul%=kr.ux%/2 ，详见表 4.3，其中 kr重叠角余 弦的变换系数。 表 4.2 变压器短路损耗百分数（pk%） 变压器一次 容量 s1n 5005011 0001 0015 0005 00110 00010 000 短路损耗百 分数 pk% 3%2.5%2%1.5%1% ux%变压器漏抗百分数常以阻抗电压百分数（uk%）代入。 un饱和电抗器最小电压降，按饱和电抗器设计值代入或可控硅最小滞后角 （n）所引起的电压降 un=ud0（1- cosn） 。在饱和电抗器中，当逐渐增加直流 控制电流时，使饱和电抗器铁心逐渐饱和。直流输出电压逐渐减小，用以达到在一定 范围内平滑调节输出电压的目的。其调压深度一般可达到额定直流输出电压的 7%40%.在 此取un=7%udn=7%1110=77.7v。 此时空载整流电压为： v us u k p ususu u n lk rdn d 1498 7.772 100 5.3 5.1 100 2 1 2.022.121110 100 % 100 % 1 2 0 表 4.3 常用多相（双拍式）整流电路电量计算表 名称三相星形（y）桥式三相角形（）桥式 变压器相数（一次/二次）3/33/3 变压器连接标号（一次/二次）y/y 或/yy/或/ 整流电路接线图（一次/二次）y/y 或/yy/或/ 脉波数 p66 换相数 q33 串联换相组数 s22 并联换相组数 g11 负载性质（电阻性） 电感性 电容性（电阻性）电容性 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 4 设计材料与基本参 数 17 电感性 反向电压幅值 ufm1.047ud01.047ud0 平均值iap=id/gqid/3id/3 幅值iam=kaid1.047idid 整 流 器 阳 极 电 流 有效值ia=kaid0.577id0.65id0.577id0.65id 相电流 i2=ki2id0.816id0.92id0.471id0.53id 相电压u2=ud0/ku ud0/2.34= 0.427ud0 ud0/2.45= 0.408ud0 ud0/1.35= 0.74ud0 ud0/1.414= 0.707ud0 二 次 阀 侧 容量s2=mq2u2i210-31.047pd1.225pd1.047pd1.225pd 容量s2=mq1u1i110-31.047pd1.225pd1.047pd1.225pd 相电流i1=ki1id/k120.816id/k120.92id/k120.471 id/k120.53id/k12 整 流 变 压 器 一 次 网 侧 接线电流i1l=kr1i11.414id/k121.595id/k120.816id/k120.92id/k12 剩余磁式 fsc0000 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5 主要尺寸的确 定 18 5 主要尺寸的确定 5.1 材料的选择 硅钢片是制造变压器的关键材料之一，它的性能直接关系到变压器的性能和几何 尺寸。必须首先明确硅钢片的性能，然后依次再确定铁心柱直径、截面积和铁轭面积， 至于铁心的全部尺寸，待完成绕组计算后才能确定。 铁心使用的硅钢片有热轧硅钢片 dr315-50、dr290-50 以及冷轧硅钢片等，前者 性能差，单位损耗大；后者性能好，单位损耗小，为低损耗变压器所用，低损耗变压 器选用优质的晶粒取向冷轧硅钢片。 目前，热轧硅钢片在新造变压器中已不应用，但在旧变压器中仍有使用。中小型 电力变压器一般采用冷轧取向硅钢片，型号 30q13035q165，或冷轧高导磁取向硅钢 片，型号 27qg10035qg135；而配电变压器采用的硅钢片除了上述两种以外，还采用 冷轧无取向硅钢片，型号有 35w23050w350。冷轧与热轧硅钢片的性能比较如表 5.1。 表 5.1 冷轧与热轧硅钢片的性能比较 冷轧片热轧片 磁饱和点较高，在 1.89t 左右磁饱和点较低，只有 1.45t 左 右 在相同磁通密度及相同频率下，单位损耗小，只需较小励 磁容量，因为晶粒取向性好 单位损耗大，励磁容量较大 硅钢片的材质硬度较高，使用的冲模寿命短材质硬度低，冲剪性能好 方向性强，当磁力线的方向与硅钢片的轧制方向一致时， 损耗最小；偏离轧制方向时，损耗急剧增大。为了减少变 压器的角部损耗，做成斜接缝，或采用环形铁心 方向性不明显，可不做斜接缝 机械加工中的冲剪、压毛及运输中的冲撞，极易影响其性 能，故需退火后更为敏感 机械加工对其性能影响不大， 无需退火 5.2 铁心直径的选择 铁心直径选得过大时，铁重增加，而用铜（铝）量减少，变压器成矮胖形；铁心 直径选得过小时，则会得到相反的结果。如果铁心直径取得合适，则在符合其性能参 数（阻抗电压、负载损耗、空载电流、空载损耗等）和制造简单的情况下，可做到用 铜（铝） 、用铁量最少。每选取一个铁心直径，可以设计出一种符合性能参数的变压器 ，这样可以多方案比较其用铜（铝） 、铁量的多少，从中选定最佳方案。所以位选取最 佳的铁心直径，一般可参照同容量、同电压等级和同材料的现成产品或按下式试算： 式 4s kd 柱 （5.1） 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 5 主要尺寸的确 定 19 式中 d铁心直径（mm） ；变压器每柱容量（kva） ；k经验系数。 柱 s k 值随变压器性能标准、导线材料（铜线或铝线） 、铁心（冷轧或热轧硅钢片）及 变压器容量的不同而有所差异，大致参照表 5.3 选取。 根据表 5.2，对于冷轧硅钢片、铜线，k=56。（三相双绕组） 柱 3 s s ，取 d=330mm。查表 5.3，冷轧硅6mm.329 3 3600 56 3 s 56skd 444 柱 钢片间涂漆，叠片系数取 kd=0.93，可以得到净铁心截面积 sc=750.6cm2,t 铁心直径取 11 级。 表 5.2 经验系数 k 值表 变压器类型s柱与 s 的关系铜线铝线 三相双绕组s柱=1/3s 三相三绕组s柱=1/2s 单相双绕组s柱=1/2s 单相三绕组s柱=3/4s 三相自耦s柱=1/2kxys 单相自耦s柱=3/4kxys 冷轧硅钢片 k=5460 热轧硅钢片 k=5864 冷轧硅钢片 k=5056 热轧硅钢片 k=5460 注：s 为变压器的额定容量（kva） 。 表 5.3 铁心截面表 叠片系数 0.920.93 铁心直径 d/ 纸筒内经 d/ 夹件 内距 /mm 夹件油 道厚 /mm 铁心 级数 绕组 撑 条数 最大 级宽 净截面 积/cm2 角重 /kg 净截面 积/cm 角重 /kg 260/270 28022108250455.8185460.7187.8 265/275 29023108255476.2198481.3200 270/280 29021118260494.3209499.7211.6 280/290 30022118270531.8234537.5236.2 290/300 31022118280574261580.2264.3 300/310 32022118290611.5288617.8291 310/320 330231110300653319659.7322.7 320/330 34023111031069