励磁变压器原理

干式励磁变压器

曾庆赣

一、前言

当今社会的特征之一是电气化与信息化，电气化与信息化得以运行的动力是电能。在目前的能源结构中，99％以上的电能是由发电机将各种形式的机械动能转化为电能，这一转换的基础是法拉第电磁感应原理，励磁变压器是为发电机的旋转转子产生恒定磁场的装置之一。

传统的发电机是由随发电机转动的小型直流发电机提供励磁电流。现代发电机一般直接采用发电机发出的交流电，经励磁变压器降压及整流装置整流的直流电，励磁生成发电机的转子恒定磁场。

二、励磁系统简介

发电机励磁系统回路如下图所示：

I1 I2

TV

I d

G---发电机T---励磁变压器TV---电压互感器

SCR---可控硅整流器A VR---自动电压调节器

励磁变压器的主要参数如下表:

三、励磁变电压、电流、容量确定

3.1电压确定

1）一次电压U1（线电压）

一次电压U1选为电网侧电压。

2）二次电压U2（线电压）

二次电压U2由整流输出直流电压U d与整流方式确定。

对三相不可控桥式整流（电感性负载）

U d

U2＝

1.35

对三相全控桥式整流（电感性负载），在考虑变压器电抗条件下，

U d+△U

U2=

Л

1.35（cosα－X T－0.01—）

3

式中：△U—可控硅管压降

α—可控硅触发角

X T—变压器电抗压降（％）

对其它工作方式，参照GB3859《半导体变流器》确定U2。

3.2电流确定

1）二次电流I2（线电流）

二次工频额定电流I2（有效值）的选取原则：I2等于变压器实际流过电流的均方根值。

对三相桥式整流（电感性负载）有

I2＝0.816I d

式中，I d—直流平均电流

2）一次电流I1（线电流）

I1等于变压器实际流过电流的均方根值。（公式略）

3.3常规容量确定

三相整流变压器容量（工作容量）有下式：

S N＝3U1I1＝3U2I2

由于整流变压器工作电流的非正弦性，将产生高次谐波附加绕组铜损和铁损，由实际工作电流产生的总损耗将大于工频电流I1和I2产生的总损耗，而计算或试验测量实际工作电流（含谐波）产生的

损耗是比较困难的，目前工程上采取增加（10～30％）谐波附加损耗系数的方法适当加大变压器容量(热容量)，即

=（1.1～1.3）3U1I1＝（1.1～1.3）3U2I2

S'

N

四、励磁变压器设计制造要点

4.1合理的容量裕度

考虑整流方式与谐波附加损耗，充分与合理地选择变压器容量与温升，选好一、二次绕组容量与温升裕度是整流变压器的关键。

4.2电磁设计

容量选定之后，绕组结构，铁心结构，材料材质，导线规格与型式的合理设计能有效降低整流变压器的附加损耗。一次电压U1N选为电网侧电压。

4.3静电屏蔽

静电屏蔽可滤除原副边静电干扰，对晶闸管起保护作用。在满足绝缘水平与绕组结构的要求前提下，最大限度的发挥屏蔽效果。

4.4噪声设计

从铁心材料、磁致伸缩、铁心与线圈结构尺寸、抗震与吸收等角度有效降低谐波噪声。

4.5结构设计

根据励磁变的特殊要求，进行三相变压器组、离相式封母法兰出线、电缆出线、保护与测量CT设置等系统结构设计。其中，要合理确定测量与保护电流互感器的电压等级、额定电流、变比、进度，常常在变压器外壳内安装电流互感器。