ZS、ZSS系列整流变压器设计

李建军/特变电工沈阳变压器集团有限公司

ZS、ZSS系列整流变压器设计

李建军/特变电工沈阳变压器集团有限公司

ZS、ZSS系列整流变压器用作整流装置的电源变压器，其作用是向整流器提供交流电源，整流器再将交流电变换为直流电，从而进行直流供电。这一类整流变压器主要用于电力传动中的直流电机供电。如轧钢电机的电枢和励磁。在结构上，阀侧有时要求有两个绕组，分别供给正、反传动或正向传动、反向制动。

整流变压器；地屏；过载；谐波

整流变压器是将电网电源转换为整流装置所需要的电源的一种变压器，主要用来为电力传动中的直流电机供电，如轧钢机的电枢和励磁及一般工业用整流电源。

ZS、ZSS系列整流变压器用作整流装置的电源变压器，其作用是向整流器提供交流电源，整流器再将交流电变换为直流电，从而进行直流供电。这一类整流变压器主要用于电力传动中的直流电机供电。如轧钢电机的电枢和励磁。在结构上，阀侧有时要求有两个绕组，分别供给正、反传动或正向传动、反向制动。

整流变压器的一个特点是在高、低压线圈之间增设一个地屏。一般整流变压器阀侧（低压侧）接整流柜、仪表等，与人接触较近，一旦高压网侧有过电压，将会直接击穿低压以外的人或设备，危害大，因此在高、低压之间加上地屏，用以保护低压侧。有的客户要求将地屏通过套管在箱盖上引出，如果客户不做要求的直接将地屏出线连接在低压夹件上。

整流变压器的另一个特点整流变压器与整流器连接，整流元件的不同步触发以及变压器的阻抗偏差，使变压器中含有非特征谐波和直流分量，谐波使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大，而受直流分量的影响铁心的磁通密度增大，称为直流偏磁，受谐波和直流偏磁的影响，变压器的噪音、空载损耗和负载损耗均增大。因此在设计时需降低磁通密度。

整流变压器要求有较强的过负载能力，可在额定负载情况下长期安全运行，并且经常要求长时过载，有的产品则要求短时周期过载。长时过载计算温升时电流则乘上相应的过载倍数，短时周期过载时可用下式导出计算时的过载百分数：

k－出现过载倍数 t2－未出现过载时时间段（S）

整流变压器的阻抗比相应的电力变压器大30%左右，有的产品阻抗大的更多，阻抗大则阻抗系数也应按下式相应调

UK标－标准阻抗值 K－标准阻抗系数UK－要求阻抗值

在计算阻抗时由于有地屏，主空道大，阻抗系数应当再适当降低。

整流变压器还有一个特点：高次谐波电流分量。谐波可使变压器的铜耗增大，其中包括电阻损耗、导体中的涡流损耗与导体外部因漏磁通引起的杂散损耗都要增加。谐波还使变压器的铁耗增大，这主要表现在铁心中的磁滞损耗增加，谐波使电压的波形变得越差，则磁滞损耗越大。同时由于以上两方面的损耗增加，因此要减少变压器的实际使用容量，或者说在选择变压器额定容量时需要考虑留出电网中的谐波含量。除此之外，谐波还导致变压器噪声增大，变压器的振动噪声主要是由于铁心的磁致伸缩引起的，随着谐波次数的增加，振动频率在1K HZ左右的成分使混杂噪声增加，有时还发出金属声。一般客户提供两组参数：Υ－谐波次数，Ir／I1－谐波与基波的百分比，通常以百分数来表示。有的产品谐波分量大，谐波带来的直接后果就是损耗增加，这对变压器的温升影响也是很大的，通常可用下面公式来计算：

电阻损耗增加倍数为：FΩE＝

涡流损耗增加倍数为：FWE＝

杂散损耗增加倍数为：FZE＝

基波下的负载损耗为：Pk＝PΩ＋Pw＋P引＋Pz

谐波下的负载损耗为：Pk’＝（PΩ＋P引）×FΩE＋Pw×FWE＋Pz×FZE

从上面式子可以看出涡流损耗增加系数受影响最大，因此在计算时通常减小导线厚度以达到降低涡流损耗的目的。

如果有过载及谐波分量时则公式演变成：

如果有过载及谐波分量时则公式演变成q＝

（W／m2）

a为过载倍数

在极个别时候，客户提供的不是谐波电流分量而是谐波电压，此时我们就要用下面公式来推导出谐波电流

Ur－谐波电压（V） SN－额定容量（kVA）Υ－谐波次数

UN－二次额定电压（kV） Uk－短路阻抗（%）

有了谐波电流则根据Ir／I1就可以得到谐波分量，再用上式进行计算。

由于谐波下涡流损耗增加倍数为：FWE＝2Υ2，如果谐波含量大则此倍数就会很大，因此降低涡流损耗使其值尽量小，，a为导线的厚度，通常我们用减小导线的厚度来降低涡流损耗。

当客户提出有过载要求和谐波电流分量时，在温升试验中就要把这些特殊条件折成损耗或电流给实验台，当做油面温升试验时采用谐波、过载条件下损耗（）进行试验，当做绕组温升试验时采用谐波、过载条件下电流（I×× a）进行试验。

整流变压器由于过载和谐波电流分量的存在，从上面公式可以看出其温升均提高，则绕组多采用带纵向油道的高功能结构，高压采用连续式，低压根据电压与联结组别多采用螺旋式结构，如果是ZSS变压器（即两个低压，一个Y接绕组，一个D接绕组），低压采用双饼式结构，即两个低压轴向上交错排列，低压引出6个套管。谐波和过载下的损耗也会增加，为了满足油面的温升，含有谐波和过载的整流变压器的散热器比电力变压器的散热器通常会多1～2个。

在以往整流变压器设计时由于客户无损耗要求，因此计算可适当增大电密（温升限值内）提高损耗，但注意导线的厚度要小以降低涡流损耗，如此做法虽然增加了散热器，但节约了铜、硅钢片，在性价比上是占有优势的，这样可以实现节约的目的。

［1］崔立君.特种变压器理论与设计［M］.北京：北京科学技术文献出版社，1996.