整流变压器的参数计算

整流变压器的参数计算

晶闸管变流设备一般都是通过变压器与电网连接的,因此其工作频率为工频初级电压即

为交流电网电压.经过变压器的耦合,晶闸管主电路可以得到一个合适的输入电压,是晶闸

管在较大的功率因数下运行.变流主电路和电网之间用变压器隔离,还可以抑制由变流器进

入电网的谐波成分,减小电网污染.在变流电路所需的电压与电网电压相差不多时,有时会

采用自耦变压器;当变流电路所需的电压与电网电压一致时,也可以不经变压器而直接与电

网连接,不过要在输入端串联"进线电抗器"以减少对电网的污染.

变压器的参数计算之前,应该确定负载要求的直流电压和电流,确定变流设备的主电路

接线形式和电网电压.先选择其次级电压有效值U2,U2数值的选择不可过高和过低,如果

U2过高会使得设备运行中为保证输出直流电压符合要求而导致控制角过大,使功率因数变

小;如果U2过低又会在运行中出现当α=αmin时仍然得不到负载要求的直流电压的现象.通

常次级电压,初级和次级电流根据设备的容量,主接线结构和工作方式来定.由于有些主接

线形式次级电流中含有直流成分,有的又不存在,所以变压器容量(视在功率)的计算要根

据具体情况来定.

5.5.1 变压器次级相电压U2的计算

整流器主电路有多种接线形式,在理想情况下,输出直流电压Ud与变压器次级相电压U2有以下关系

BUVdKUKU2= (5.39)

其中KUV为与主电路接线形式有关的常数;KB为以控制角为变量的函数,设整流器在控

制角α=0和控制角不为0时的输出电压平均值分别为Ud0和Udα,则KUV= Ud0/ U2,KB=Ud

α/Ud0.

在实际运行中,整流器输出的平均电压还受其它因素的影响,主要为:

(1)电网电压的波动.一般的电力系统,电网电压的波动允许范围在+5%~-10%,令

ε为电压波动系数,则ε在0.9~1.05之间变化,这是选择U2的依据之一.考虑电网电压最

低的情况,设计中通常取ε=0.9~0.95.

(2)整流元件(晶闸管)的正向压降.在前面对整流电路的分析中,没有考虑整流元

件的正向压降对输出电压的影响,实际上整流元件要降掉一部分输出电压,设其为UT.由

于整流元件与负载是串联的,所以导通回路中串联元件越多,降掉的电压也就越多.令

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回路元件串联个数为nS,如半波电路nS=1;桥式电路nS=2.如果桥臂上有元件串联,nS 也

做相应的变动.这样由于整流元件降掉的电压为nSUT.

(3)直流回路的杂散电阻.滞留回路中,接线端子,引线,熔断器,电抗器等都具有

电阻,统称杂散电阻.设备工作时会产生附加电压降,记为∑U,在额定工作条件下,一般∑U占额定电压的0.2%~0.25%.

(4)换相重叠角引起的电压损失.由前面对整流电路的分析可知,换相重叠角引起的电压

降ΔUd由交流回路的电抗引起,可由整流变压器漏抗XS表示.由前面的分析可知,变压器

漏抗主要与变压器的短路电压百分比uk%,有关.不同容量的变压器其短路电压百分比也不

一样,通常为:容量小于100KV A的变压器uk%取5;容量在100~1000KV A范围时,uk%在

5~7之间选取;容量大于1000KV A,uk%的取值范围为7~10.

ΔUd可由以下公式计算,对于n相半波电路,

nU

un

KUk

gd2100

%

2π

= (5.40)

对n相桥式电路

2100

%

2

n

U

un

KUk

gdπ

= (5.41)

单相桥式整流与单相双半波整流电路相同,取n=2.

(5)整流变压器电阻的影响.交流电压损失受负载系数的影响,假定功率因数为1,则

交流电压的损失(可认为由变压器引起的交流电压降)ΔUa为

2

2

U

S

p

KUcu

由其引起的整流输出电压的压降为

B

cu

gUVadKU

S

p

KKU2

2

= (5.42)

考虑上述所有因素,整流电路的直流输出电压应为addTSBUVdUUUUnKUKU -∑- --=2minε (5.43)

将有关各量代入并整理后可得次级相电压有效值的计算公式为2

min

2

100

%

S

p

KKK

u

KKKK

UUnU

U

cu

BgUV

k

XgBUV

TSd

-

∑++

=

ε

(5.44)

PDF 文件使用"pdfFactory Pro" 试用版本创建 表5-2 整流变压器计算系数

电路形式KX KUV Kfb KI2 KI1 KTL KB

单相双半波0.450 0.9 0.45 0.707 1 1 cosα

单相半控桥0.637 0.9 0.45 1 1 1 0.5(1+ cosα)

单相全控桥0.637 0.9 0.45 1 1 1 cosα

三相半波0.827 1.17 0.386 0.577 0.471 1.732 cosα

三相半控桥1.170 2.34 0.386 0.816 0.816 1.22 0.5(1+cosα)

三相全控桥1.170 2.34 0.386 0.816 0.816 1.22 cosα