高壓諧振干式變壓器的研究
摘要:論述了諧振干式變壓器的原理、設計方法及開發中應注意的幾個問題,并通過計算值與實測值的比較,證明了計算公式的準確性和實用性。信息來自:輸配電設備網1。前言:隨著電力電子技術的發展,利用高壓諧振技術對大容量電氣設備進行工頻耐壓試驗成為可能,已廣泛應用于電纜、電容器、發電機等大電容電力設備的交流試驗。其原理是通過調整鐵芯磁路的氣隙長度,可以得到不斷變化的電感L,可以與被測物體的接地電容C產生諧振。以一臺150千伏安試驗裝置為模型,闡述了高壓諧振干式變壓器的原理及相關參數的計算。
2.諧振干式變壓器原理
2.1結構特點:諧振干式變壓器的鐵芯可以做成兩種不同的結構:殼型和芯型。鐵心干式變壓器在一系列主要指標上不如殼鐵心干式變壓器,其重量和尺寸更大,調節氣隙的傳動機構更復雜。因此,我們研制的測試裝置采用殼體結構,諧振干式變壓器的繞組套在活動中心柱外。
2.2特性曲線:諧振干式變壓器的特性曲線如圖2所示。從圖2可以看出,諧振干式變壓器的伏安特性在不同氣隙長度下具有良好的線性關系,其電感l與干式變壓器上的電壓值無關。因此,這種諧振干式變壓器用于交流諧振測試時,可以在低電壓閾值下進行調諧(通過傳動機構改變動鐵芯與下軛鐵芯之間的氣隙長度),調諧到諧振時,測試電壓再次升高,系統調諧非常方便。
2.3回路電感l與鐵芯氣隙長度的關系:氣隙可調的諧振干式變壓器,無論是串聯還是并聯,都是通過調節鐵芯氣隙長度,改變回路電感l來諧振,這就是諧振干式變壓器對于對地有一定電容的主體,通過改變鐵芯氣隙長度來諧振的機理。但是需要注意的是,氣隙長度不能太大,這樣會破壞既定的共振閾值。
2.4調諧原理:(1)串聯調諧:串聯諧振干式變壓器的等效電路如圖3所示。當工頻電壓US=220V,f=50Hz IS施加到諧振干式變壓器時,當手動或自動調節L=1/C或XL=XC時,回路串聯諧振,其中回路電流較大=Us/(RL RC),因為當調諧到諧振時,RC RL,Then IsUS/Rc (1)測試對象上的電壓UC和調諧電抗器上的電壓UL為Uc=(1/c)Is=XcIs UL=LIs=XLIs因此,電源容量Ps=UsIs=(Uc/Q)Is=Pc/Q (4)。從公式(4)可以看出,當諧振干式變壓器被調諧到諧振時,電源電壓和容量是被測產品的相應電壓和容量的1/Q。因此,與一般測試干式變壓器相比,諧振干式變壓器具有重量輕、體積小的優點。(2)并聯調諧并聯諧振干式變壓器的等效電路如圖4所示。當RLL,Rc1/c時,并聯諧振的諧振頻率fo為:并聯電路的品質因數Q為:Q=(0L)/(RL Rc)=1(RL Rc)0C (6),其中RL、RC——電感和電容()L ——調諧電抗器電感(h)的等效串聯電阻當回路的振蕩頻率等于外加電源的頻率時,回路的阻抗較大(且為純阻性), 但是L1和C1上的電流i1和I2C都是回路電流i1的Q倍,即IL=IC=QI。 #p#分頁標題#e#
3諧振干式變壓器主要參數的計算
3.1電感l的計算:(1)漏電感LS=[(4n2ss10-9)/LS](h)(7)ss ——等效漏磁截面積(cm2) lS——等效漏磁長度(cm)N——繞組匝數(2)主電感LO l0的計算=[其中——氣隙長度(cm)S——氣隙磁路等效截面積(cm2)(3)總電感l l l的計算
3.2鐵心尺寸計算:(1)階梯鐵心外圓直徑D=K(根數4次方)(cm) (10 kVA)公式(10)中S——鐵心比例系數K——,4.5 ~ 5.5(選用冷軋硅鋼片時取較小者)(2)鐵心有效截面積SGSG=(D2/4)KyKd(11)Ky=0.9——鐵心系列利用系數Kd=0.9——220V或380V,f——電源頻率,50Hz B——鐵芯磁通密度,(1.5 ~ 1.8) 104 gs,二次線圈匝數N2計算方法同上,只是用二次線圈電壓代替U1。
3.4較小氣隙min和較大氣隙max的計算:(1)min的計算:公式中的KL——電感調整系數,6.5 ~ 7.0(2)maxKKLKmin(14)K=2.2 ~ 2.5公式中的計算,諧振干式變壓器的其他參數與普通電抗器相似。信息源:
4.4上述計算公式用于150千伏安諧振試驗干式變壓器的設計
對一臺電源電壓U1=0.22kV,輸出電壓U2=15kV,輸出功率P2=150kVA,且能對較大計算電容為2μF的試品進行工頻高壓試驗的諧振干式變壓器進行設計。干式變壓器動鐵心柱及套裝在外面的一、二次繞組如圖5所示,其中主要參數的計算結果如下: D=12cm,動鐵心外接園直徑 , D1=13.5cm,一次繞組內徑,D2=18cm,二次繞組內徑 ,D3=25.5cm,二次繞組外徑, H=37cm,繞組高度 ,N1=66匝,一次繞組匝數 ,N2=4464匝,二次繞組匝數,諧振干式變壓器調諧電感參數的計算值與實測值如表1所示。表1 調諧電感參數的計算值與實測值 δ(cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 L計算值(H) 31.61 18.96 14.47 12.64 11.37 10.53 9.92 9.47 L測量值(H) 29.93 18.12 15.3 13.2 11.8 10.7 10.3 8.95 誤差(%) 5.6 4.6 -5.4 -4.3 -3.6 -1.6 -3.7 5.8
5 結論 信息請登陸:輸配電設備網
(1)由表1可知,計算值與實測值較大誤差不超過6%,說明上述計算公式具有較高精度,足以滿足工程計算的要求。(2)當試驗接近于試品的較大電容計算值時,試品上的電壓可能超過按變壓比決定的數值,為了降低電壓諧振的效應,應使干式變壓器二次線圈的漏抗盡可能小,同時應在輸出回路加裝防過壓裝置。(3)因電壓與氣隙δ無關,因而應先在較低電壓下進行調諧,當諧振發生后,再將輸出電壓升高到試品的試驗值。(4)在氣隙調節過程中,干式變壓器的鐵心和機械傳動機構受到很大的電磁力作用,造成較強的振動、噪聲,嚴重時會損壞諧振干式變壓器的部件。因此這種裝置的機械結構應特殊設計。