歡迎來到http://www.nvlbio.live !
當前位置:六六工程資料網建筑課堂工程資料建筑電氣小型機組勵磁整流變壓器的選型與計算

小型機組勵磁整流變壓器的選型與計算

09-03 12:43:12  瀏覽次數:605次  欄目:建筑電氣
標簽:建筑電氣工程技術,建筑電氣與智能化, 小型機組勵磁整流變壓器的選型與計算,http://www.nvlbio.live

  摘要:整流變壓器的選型和計算是發電機用戶經常遇到的技術問題。由于小水電的特殊環境條件,經典理論計算公式的結果往往不符合實際,本文就此作一些探討,提出一組簡明的計算方法。本文的討論基于如下的條件:400V低壓同步發電機組,并網運行,三相晶閘管整流,基層用戶使用的角度(用戶向制造商提供訂貨數據,不涉及變壓器制造的參數設計)

  關鍵詞:干式整流變壓器 晶閘管整流 勵磁 同步發電機 小水電

  1.概述

  在小水電勵磁設備的選型配套或維修升級的工作中,電站用戶常常遇到整流變壓器參數計算的問題。很多電工設計手冊都提供了整流變壓器的設計公式,但這些公式適用的是標準的應用條件,與小水電的實際運行環境有所差別,據此設計的變壓器可能不太切合實際。同時小水電基層的專業技術人員也缺乏,用戶通常覺得整流變壓器的選型計算很困難。因此為基層用戶提出一個簡明計算方法是很有必要的。

  1.1 整流方式的選擇:目前低壓機組基本上都采用自勵式靜止晶閘管勵磁方式。其整流方式一般有三相全波半控整流和三相半波整流兩種。全波整流的變壓器效率比較高(95%),波形比較好。半波整流的硅元件較少,但變壓器二次繞組有直流電流通過,效率比較低(74%),波形畸變大,用在小于10kW的整流電路,不過一些早期設計的較大機組也是半波整流。兩類整流方式的變壓器計算公式有所不同。

  1.2 整流變壓器的形式:采用環氧干式變壓器。容量一般在10-100kVA內,標稱一次電壓(網端)400V,二次電壓(閥端)100V以內,電流100-300A內。由于容量比較小,與整流裝置同置一個配電盤體內。整流變壓器冷卻方式是自冷,在盤側不安裝封閉板時,散熱條件比較好。

  1.3 絕緣等級與散熱方式:小水電使用的干式環氧變壓器的絕緣等級一般是B級,絕緣系統最高耐溫為130℃,因此變壓器滿負荷工作時的外表溫度有燙手是正常的。如果對變壓器加以有效的強制風冷,其輸出功率可以提高10%~30%。反之,如果變壓器是工作在密封的配電箱里,散熱條件不良,它的電流容量就必需降低10%或更多。

  1.4 阻抗電壓:在發電機的勵磁系統中,有可能存在整流管擊穿或直流回路短路等因素,故整流變壓器的短路阻抗電壓要比普通的變壓器要高,以限制過大的短路電流。短路阻抗電壓的參數由變壓器制造廠設計,我們不作討論,但用戶在向廠家訂貨時必需要注明是晶閘管整流變壓器。

  2、接線組別

  整流變壓器的接線組別必須與晶閘管整流控制要求的相位相配合。如果是新的設計,可以按以下原則來考慮。

  一般采用D,y11的方式,即網側(一次)采用△接法,閥側(二次)采用y接法。此接法的二次相電壓比一次相電壓在相位上落后30°。

  D,y11的接法同時適應三相半波和全波兩種整流形式。如果現有的整流變壓接線組別是Y,d11,那也可以使用,但不能用于三相半波整流。

  至于Y,y的接線組別就不推薦使用。我們知道三相可控整流產生的三次諧波電壓非常高,可達基波值的50%以上, 而變壓器的D接法可以使其三次諧波磁通抵消,把影響降低到最小。但如果采用Y,y的接線組,整流電路產生的三次諧波的磁通無閉合回路不能抵消。過高的三次諧波會使電波形畸變過大,影響到變壓器及發電機和其它儀表電器設備的正常運行。

  電站向廠商提出訂貨數據時,應說明清楚變壓器的連接組別, 一、二次電壓(同時必需注明是相或線電壓)。

  3、一次線電壓U1的選擇

  小型機組的機端額定線電壓是400V,但小型水電站一般都處于電網的遠端,離變電站線路很長阻抗大。造成末端的網電壓過高,尤其是在豐水期發電高峰時段,網電壓(機端)往往高達460V以上。如果此時一次電壓還是按照400V來設計,變壓器就會承受過電壓,使損耗增大,發熱超標。

  整流變壓器的鐵損與其承受電壓倍數比成4次方的關系,例如按400V設計的整流變壓器,在1.2倍(480V)電壓下運行時,其鐵損的增加到(480/400)4=2.07倍。這些損耗最終都在變壓器內轉為熱量,使變壓器的溫升大增。

  更有甚者,當電源電壓超高到達一定程度后,變壓器的鐵心的磁通密度就會進入飽和區,使一次側電流激增以致線圈燒毀。一些整流變壓器的設計制造時由于成本的考慮,選取鐵心的磁通密度Bm值偏高,而一次繞組的電壓值仍然選取400V,故在網電壓過高地區燒毀變壓器的例子并不罕見。

  對此就應該適當加大一次繞組的電壓值,以使網電壓升高+20%變壓器也能應付工作。一般變壓器尚有5%的電壓過載能力,故我們可用經驗公式來選取一次側繞組額定線電壓值

  U1=0.95U1(MAX),

  式中,U1(MAX)是網電(折合到機端)的最高電壓值。計算結果若小于400V則按400V選取。

  一次電壓選取值增加后,二次電壓也應該增加同樣的比值,保持變壓比不變,以維持勵磁電壓與機端電壓相同比例地增減,因為發電機電壓越高,需要的勵磁功率就越大。

  提高一次電壓的做法,等效于增加每伏圈數,都是為了降低變壓器鐵心的磁通密度。防止進入磁通密度曲線的飽和段。帶來的好處還有降低了變壓器的空載電流和鐵損。

  當然這樣也有些負面影響,因繞組圈數加多,使變壓器內阻增大,電流損耗(銅損)略有增加,但對變壓器的正常運行不構成什么影響。電壓調整系數為n=U1/400

  簡易計算時,可以通取U1= 440V,能適應大多數電網條件(400V-470V)的要求。

  4、二次電壓U2的計算

  二次電壓的選取值關系到勵磁系統的頂值(強勵)電壓,最大勵磁電流、晶閘管導通角和諧波失真、整流電路的功率因數等等。

  按有關規范,勵磁電路要提供1.6~1.8倍的強勵電壓,即變壓器的二次電壓需是額定值的1.6~1.8倍。但是實際上,我國的小水電機組很少有自成孤立電網運行的,絕大部分都是并入大電網售電運行,沒有向電網提供強勵功率的需要和能力——須知大電網容量極大,單個小水電機組的對它的影響是微不足道的。

  如果按提高1.6~1.8倍的數值來選取二次電壓,整流電壓就比較高,晶閘管整流系統勵磁時長期處于被深控的狀態,晶閘管的導通角小,波形畸變增大,功率因數變差,故障的短路電流變大,這些因素都對變壓器和機組設備運行不利。同時在相同的變壓器功率容量下,電壓高了必然導致電流降低,線圈繞組的導線截面積下降,電流損耗也增大。

  根據我們的經驗,選擇最大整流電壓為額定勵磁電壓的1.3倍就比較適中,除了處理避免上述電壓過高的缺點以外,也保留了一定的整流功率裕量,適應了運行條件變化的要求。

  相電壓U2的計算式

  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 =1.18 nUE+ 2.0

  對上式各項的解釋:

  UE—發電機額定勵磁電壓(V);

  系數1.3—如前所述,是勵磁電壓的裕量值;

  系數1.06—電流滿負載時變壓器內阻漏抗引起電壓降的補償值。這里用簡單的一個固定數值來代替復雜計算,誤差也不太大;

  n—電壓調整系數,見上節所述;

  系數2.34(或1.17)—三相全波(或半波)整流元件全導通時輸出直流電壓與輸入交流相電壓的比值, 即UE /U2=2.34(或UE / U2=1.17);

  數字2.5(或1.7)—勵磁回路的電壓降的總和,其中包括整流元件的正向壓降(1.5V或0.75V),以及饋電導線和碳刷集電環的壓降(1.0 V)。

  變壓比K=U2 / U1.

  簡易計算時,可把上式結果的第一、二項合并,有U2 = 0.71 UE (全波),或U2=1.4 UE(半波)

  5、電流的計算

  三相全波整流一次電流I2=0.816 K IE,二次相電流I1=0.816 IE

  三相半波整流一次電流I2=0.472 K IE,二次相電流I2=0.577 IE

  這里的I1值尚未考慮變壓器的效率。

  6、功率的計算

  勵磁功率: PE = UEIE(W)

  變壓器二次側功率:

  全波整流P2=3U2I2=3(0.59 n UE + 1.47)×0.816IE = 1.45 n PE +3.60IE(W)

  半波整流P2=3U2I2=3(1.18nUE+ 2.0)×0.577IE = 2.04 n PE+3.46IE(W)

  變壓器容量的計算:

  全波整流S1=P2/(0.8 ×97%)=1.29 P2=1.29(1.45 nPE +3.60IE)= 1.87n PE + 4.64IE (VA)

[1] [2]  下一頁

,小型機組勵磁整流變壓器的選型與計算

++《小型機組勵磁整流變壓器的選型與計算》相關文章

贵州快3下载