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上海徐吉電氣有限公司
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關(guān)于高壓諧振變壓器的研究
2010-7-17 閱讀(2357)
摘要：論述了諧振變壓器的原理，設(shè)計方法及研制中應(yīng)注意的幾個問題,，并通過計算值與實測值對比的方法證明了文中計算公試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀式的*性和實用性,。 信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng) 試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀
1. 前言：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,，采用高壓諧振技試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀術(shù)對大容量電氣設(shè)備進行工頻耐壓試驗已經(jīng)成為可能，目前已被廣泛用于電纜,，電容器,、發(fā)電機等具試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀有大電容的電力設(shè)備的交流試驗。原理是通過調(diào)節(jié)鐵心磁路的氣隙長度,，得到連續(xù)變化的電感L,，使其與被試品對地電容C發(fā)生諧振。本文以一臺150kVA試驗裝置為模型,，闡述高壓諧振變壓器的原理與有關(guān)參數(shù)的計算,。 試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀
2. 諧振變壓器原理 試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀
2.1 結(jié)構(gòu)特征：諧振變壓試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀器的鐵心可以做成兩種不同的結(jié)構(gòu)：殼式和心式。心式鐵心變壓器在一系列主要指標方面不如殼式鐵心變壓器,，其重量和外型尺寸較大,，調(diào)節(jié)氣隙試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀的傳動機構(gòu)比較復(fù)雜。為此,，我們研制的試驗裝置采用殼式結(jié)構(gòu),，諧振變壓器繞組套裝在可移動的中心柱外面。
2.2 特性曲線：試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀諧振變壓器的特性曲線如圖2所示,。由圖2可見,，在不同氣隙長度δ下，諧振變壓器的伏安特性具有良好的線性關(guān)系,，其電試驗變壓器,高壓試驗變壓器,數(shù)字雙鉗相位伏安表,真空度測試儀,WHX-300B高壓無線核相儀感L與變壓器上的電壓值無關(guān),。因而這種諧振變壓器在用于交流諧振試驗時，可先在低壓條件下進行調(diào)諧（通過傳動機構(gòu)改變動鐵心與下軛鐵心之間的氣隙長度）,，當(dāng)調(diào)諧到諧振時,，再升高試驗電壓，系統(tǒng)調(diào)諧非常方便,。
2.3 回路電感L與鐵心氣隙長度δ的關(guān)系：氣隙可調(diào)諧振變壓器,，無論是串聯(lián)型還是并聯(lián)型，都是通過調(diào)節(jié)鐵心氣隙長度,，改變回路電感量L,，使諧振變壓器發(fā)生諧振。這就是對于具有一定對地電容的被試器,，通過改變鐵心氣隙長度使諧振變壓器發(fā)生諧振的機理,。但是需要注意的是氣隙長度不可過大,，過大會使已建立的諧振條件遭到破壞。
2.4 調(diào)諧原理：（1）串聯(lián)調(diào)諧：串聯(lián)諧振變壓器的等值電路如圖3所示,。當(dāng)對諧振變壓器施加US=220V,，f=50Hz的工頻電壓后，通過手動或自動調(diào)節(jié),，使即ωL=1/ωC即XL=XC時,，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，這里回路電流ISzui大=Us/（RL+RC）因為RC>>RL,，則有Is≈US/Rc （1）被試品上的電壓UC和調(diào)諧電抗器上的電壓UL分別為： Uc=（1/ωc）Is=XcIs UL=ωLIs=XLIs當(dāng)調(diào)諧到諧振時Uc=UL=ω0LIs=（ω0L/Rc）Us （2）式（2）中比值ω0L/Rc=（根號L/C的2次方）/Rc=Q （3）ω0為諧振角頻率Q稱為串聯(lián)諧振回路的品質(zhì)因數(shù),。因為（根號L/C的2次方）>>RC，所以Q>>1,。從而得出電源容量Ps=UsIs=（Uc/Q）Is=Pc/Q （4）由式（4）可知,，當(dāng)諧振變壓器調(diào)諧到諧振時，電源電壓和容量均為被試品對應(yīng)電壓和容量的1/Q,。所以與一般試驗變壓器相比,，諧振變壓器具有重量輕、體積小的優(yōu)點,。（2）并聯(lián)調(diào)諧并聯(lián)諧振變壓器的等值電路如圖4所示,。當(dāng)RL≤ωL，Rc≤1/ωc時,，并聯(lián)諧振的諧振頻率fo為：并聯(lián)回路的品質(zhì)因數(shù)Q為： Q=（ω0L）/（RL+Rc）=1（RL+Rc）ω0C （6）式中RL,、RC——電感、電容的等效串聯(lián)電阻（Ω） L——調(diào)諧電抗器電感（H） C——試品對地電容（F）當(dāng)向并聯(lián)諧振變壓器施加50Hz交流電壓時,，隨著電壓的升高,，回路中將產(chǎn)生強迫振蕩。當(dāng)回路的振蕩頻率等于外施電源頻率時,，回路的阻抗zui大（且呈純電阻性）,，因而回路電流zui小，但L和C上的電流IL和IC都是回路電流I的Q倍,，即IL=IC=QI,。
3 諧振變壓器主要參數(shù)的計算
3.1 電感L的計算： （1）漏感LS的計算Ls=[（4πN 2 Ss×10 -9）/Ls]（H） （7）式中SS——漏磁通等值截面積（cm2） lS——漏磁通等值長度（cm）N——繞組匝數(shù)（2）主電感LO的計算L0=[（4πN 2 Ss×10 -9）/δ]（H） （8）式中δ——氣隙長度（cm）Sδ——間隙磁路等值截面積（cm2）（3）總電感L的計算L=Ls+L0=[[（4πN 2 Ss×10 -9）/Ls]（H） Ss×10 -9）/Ls]+[（4πN 2 Ss×10 -9）/δ] =[（4πN 2（Ss/Ls+Sδ/δ）×10 -9 （H） （9）
3.2 鐵心尺寸的計算：（1）階梯型鐵心外接園直徑D=K（根號的4次方）（cm） （10）式中S——鐵心單柱容量（kVA） K——比例系數(shù),，4.5～5.5（選用冷軋硅鋼片時取小值）（2）鐵心有效截面積SGSG=（πD2/4）KyKd （11）式中Ky=0.9——鐵心級數(shù)利用系數(shù)Kd=0.93——鐵心疊片系數(shù)3.3 繞組匝數(shù)的計算（12）式中N1——一次線圈匝數(shù)U1——一次線圈電壓（電源電壓）,，可取220V或380V，f——電源頻率,，為50Hz B——鐵心磁通密度,，（1.5～1.8）×104Gs，二次線圈匝數(shù)N2的求法同上,，只需將式中U1以二次線圈電壓代換即可,。
3.4 zui小氣隙δmin和zui大氣隙δmax的計算：（1）δmin的計算：式中KL——電感調(diào)節(jié)系數(shù),，6.5～7.0（2）δmax的計算δmax≈KδKLKδmin （14）式中Kδ=2.2～2.5，諧振變壓器的其它參數(shù)與普通電抗器的計算類似,。 信息來源:http://www.tede.cn
4.4 150kVA諧振試驗變壓器的設(shè)計
用上述計算公式對一臺電源電壓U1=0.22kV,，輸出電壓U2=15kV，輸出功率P2=150kVA,，且能對zui大計算電容為2μF的試品進行工頻高壓試驗的諧振變壓器進行設(shè)計,。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(shù)的計算結(jié)果如下： D=12cm,，動鐵心外接園直徑 ， D1=13.5cm,，一次繞組內(nèi)徑,，D2=18cm，二次繞組內(nèi)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(shù) ,，N2=4464匝,，二次繞組匝數(shù)，諧振變壓器調(diào)諧電感參數(shù)的計算值與實測值如表1所示,。
表1 調(diào)諧電感參數(shù)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(jié)論 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)
?。?）由表1可知，計算值與實測值zui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(dāng)試驗接近于試品的zui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(shù)值,，為了降低電壓諧振的效應(yīng)，應(yīng)使變壓器二次線圈的漏抗盡可能小,，同時應(yīng)在輸出回路加裝防過壓裝置,。（3）因電壓與氣隙δ無關(guān)，因而應(yīng)先在較低電壓下進行調(diào)諧,，當(dāng)諧振發(fā)生后,，再將輸出電壓升高到試品的試驗值。（4）在氣隙調(diào)節(jié)過程中,，變壓器的鐵心和機械傳動機構(gòu)受到很大的電磁力作用,，造成較強的振動,、噪聲，嚴重時會損壞諧振變壓器的部件,。因此這種裝置的機械結(jié)構(gòu)應(yīng)特殊設(shè)計,。
