带有平衡电抗器的双反星形可控临沂变压器的设计：

带有平衡电抗器的双反星形可控临沂变压器的设计：

此种临沂变压器的优点：在电解、电镀设备中经常需要低，大的可调直流电源，在钢厂连轧机拖动电机中也需要很大的直流功率，这时都需要大容量可控设备。

在大容量中，需要高就存在闸流管子串联的均压问题，要大就存在闸流管并联均流问题，大容量可控直流还必须设法解决直流脉动和高次谐波，才能提高质量，减少设备对电网的危害问题。而带平衡电抗器的双发星形可控电路的特点正好就满足这种低大场合的需要，它的特点1，二次低压绕组分成两个绕组，都为星形但接到管子的同名端相反，构成两个相反的星形，所以叫双反星形。特点2，两个二次绕组的中心点通过平衡电抗器连接在一起，其中平衡电抗器是一个带有中心抽头的绕在铁心上的两组铜排。1）、临沂变压器已知参数：临沂变压器规格型号：ZHSK－400/0.5，配套柜子：KHS01－3150/72，Id＝3150A，Ud＝72V，控制角α＝0°。2）、求临沂变压器未知参数：二次侧线U₂=（72V÷1.17）×1.135×√3 = 121V，其中1.17为三相半波换算系数，1.135为损失系数，它包括临沂变压器的阻抗压降6～8%，它占大头，次台阻抗压降设计值为7.01%，阻抗压降值是由临沂变压器使用单位或设计部门提出一个较小范围，其它压降还包括晶闸管、引线铜排及平衡电抗器产生的压降，临沂变压器高压有分接临沂变压器的，这些值可以估算。二次侧I₂= 3150A×0.289 =910.4A，其中0.289为三相半波换算系数。 二次侧也为阀侧容量S₂= 3150A×72V×1.135×1.48 = 381KVA，1.135为压降系数，1.48为三相半波电感负载二次侧容量换算系数。一次侧也叫网侧，由用户确定。一次侧容量S₁= 3150A×72V×1.135×1.05 = 270KVA。为什么在临沂变压器上二次侧容量几乎等于一次侧容量，中间只差铁损和铜损，例如1800KVA的四象限临沂变压器，当cosφ=1时，假设Po+Pk=2%，那么二次侧只能输出98KVA，这个百分比随着临沂变压器容量增大而减小。而该种临沂变压器，一次侧计算容量为270KVA，二次侧计算容量高达381KVA，不是该种临沂变压器能放大功率，而是电路有控制角时，二次侧流过的是缺角的正弦波，在畸变的波形中含有直流分量和交流分量，交流分量可以通过临沂变压器的一次侧进行能量交换，而直流分量则只能在临沂变压器二次侧内部流动，如果两侧按同容量同电密进行设计，其结果二次侧绕组及引线铜排的温度会大大超过标准值，这就是两侧容量不同的原因所在。一次侧=270KVA÷（380×√3）=410.2A临沂变压器计算容量也为平均容量系数=1.485+1.05=1.26平均容量=1.26×3150A×72V×1.135=326KVA也可以=(270KVA+381KVA)÷2=326KVA实际容量=326KVA+48KVA=374KVA (48KVA为下面将要计算的平衡电抗器容量)临沂变压器型式容量因接近国家规定的容量等级400，所以定为400KVA。阻抗压降的计算：一般同容量同等级临沂变压器的阻抗压降要大于临沂变压器，次台用户给的阻抗压降范围是6～8%，设计结果为7.1%。设计计算时把线包的高与宽套进阻抗计算公式，计算结果超出上下限，就得重新调整线包的高和宽直到满意。铁心与线包细高阻抗就小，铁心与线包矮粗阻抗就大，如果设计的临沂变压器违背这个原则，轻则不好用重则不能用，有关阻抗压降的详细计算将在后边的三相临沂变压器设计中谈到。通常没有抽头的小型临沂变压器，影响压降的因素要计算的细而全，而带有分接抽头的大一些临沂变压器只需要大概估算一下。此种临沂变压器分接抽头3～5个，高压每相一个线包，抽头6～13就得把高压分成包和调压线包两种线包。从线路看低压线包为两个线包，实际上把两个线包交叉绕在一起，构成一个双饼式线包，在引出铜排时同相两个首头电角度相差180度。临沂变压器制造厂在设计内外引出铜排时，都是按行业标准选取电密（但也有例外，见我的博客临沂变压器故障分析第九章第76个问题：图省钱修改临沂变压器图纸造成返工一文），绝对没有多余的，使用单位在选取连接铜排时截面应大于制造厂家的截面，但有些用户正好相反，看来当时省钱，但投产后每时每刻都在你的钱袋子抽取比当时省下的多若干倍的钱。3）、平衡电抗器设计计算：平衡电抗器结构为口字型铁心两侧绕的两组铜排线包匝数相等，使两边电感量相等。流过它的波形为3倍基波，即150HZ的近似三角波。在它两组线包产生的不平衡通过两组星形线包及闸流管构成回路，而不流经负载，这个被称为环流或平衡。为了使两组尽可能平均分配，一般应使平衡电抗器的电感量足够大，把环流限制在负载额定的1～2%之内。设置平衡电抗器是为了保证两组三相半波电路同时导电，使每组承担一半负载，因此与三相桥式电路相比，在采用相同闸流管的条件下，双反星形带平衡电抗器的输出可大一倍。如果没有平衡电抗器，相当6相半波，任一瞬间只有一个管子导通，其它5个管子均承受反压而阻断。作为6相半波，因管子导通时间短，临沂变压器利用率低，体现不出供应大的优点，故极少采用。所以有无平衡电抗器是区别双发星形和6相半波电路的关键，我厂造的临沂变压器很多都是带平衡电抗器的，故认识它很有必要。现总结一下带平衡电抗器的双发星形电路有如下优点：1、双发星形为两组三相半波电路的并联，而且需要平衡电抗器，使输出脉动比三相半波小，与6相半波一样。2、解决了半波电路中的直流磁化问题。3、与三相半波相比，临沂变压器利用率提高了一倍。4、管子导电时间比6相半波增加了一倍。1）、平衡电抗器已知参数：二次侧相=121V÷√3=69.86V，直流支路=3150A÷2=1575A2）、求平衡电抗器未知参数：电抗器的端=69.86V√(1-0.827)×COS2α (α=0时COS2α=1)=69.86V×0.416≈30V电抗器容量=30V×1575A=47.25≈48KVA电抗器匝压=Ke（取1.1）×√48KVA=7.62V电抗器匝数=30V÷7.62V=3.94≈4匝，每支路两匝电抗器铁心截面=15×匝压÷磁密=15×（30V÷4匝）÷（0.95×0.8）=148cm²(注：早年硅钢片质量不好时取的磁密，0.95T=9500高斯，由于电抗器坐在变上铁轭上，因温度扁高故取正常值的0.8倍，148cm²为有效值，实际截面=148cm²÷0.95=154cm²,0.95为系数)最后确认磁密=(30V×104)÷(4.44×150Hz×4匝×148cm²=0.76，与0.95×0.8=0.76相符。电抗器线包用铜排：8mm×60mm，电密=1575A÷8×60mm=3.28A/mm²,略小于变电密。电抗器铁心尺寸：外正方形264mm×264mm，内正方形64mm×64mm。电抗器铁心窗高：60mm+2×2mm=64mm，窗高：8mm×4匝+5×6mm+2mm=64mm。较大三相临沂变压器的铁心采用圆柱形，它的铁心截面、窗口面积、线包尺寸、导线的选取、Io、Po、Pk、Uk、温升等都得详细计算，具体这些计算参见后面将要说到的三相临沂变压器设计。