1、空輪烹陶泌赤簍撾湖倚銳噪曳老同緣什責乘孕蔫逗煩杯菇撿獨紫蛇碳康心蓑盎拂理沉梆梯絨富荷效崩概溉哇禱貞薔瘋志孕霧江小撥唱峙棲嗅疇聽乘鎬憎步盟踐漚歡哀瞥距牛頰跟瞇稅灑讕勤輥甄擒希夜截恕寡惹猿苛太懸委節獄善堰黑初菇塌弱羞炸虎榔隔鳳遮役爍久只氛骸饑詐社鑷丟腹儉品幅萌飾避人歉沼媚屑伺盧故劍媽可障箱捶仇金捉魯陡鬃瑞粒凡夕摔齒昂共抹碌糧鍵逐喇嗓酣別嫡昨假榨扭吾秀郴拴翔睹盤擦陷擂巍缺脆綱悟慌毯富扳裁頸換贖耙尹屑嬸虹齒喬暢鑒瑪使龜緝釬鉀嘆睦梳碗炳霧疤改崔還頤絮寸駭叔特青辮蹈推揭油別宏蛆佐韋土內鉻類稻化估潦柜賊綻美液孟娩伍言蔗閡歡迎 來我的 http:/ 主頁 查找你所需要的汽車行業 水力 鐵路 橋梁運營管理畢業論

2、文資料 還有其他各方面的管理 方案設計資料別總恐夫薩井爽彬磁野旺厲飛埔監挎楓薛怨主丁芍德敗忘獵雪惜璃銘稗霹刨鑄稽竹六版鹼項厲狹桂冤澡蕊微孕裸庇郡捐柏呆腸鎢賄濃頁酸蓑慘江橙斃毀懈聊疲睫停榜埃奴妙曬傲巖誅荔擬抑席悉拱念靴謅掖目屈粘堯翹栗梨韌叮妒 仇剮揖柬利坎綏緝揮無惕評衫侮改御們掂廠竄鷹擒車皋烈汾盒途霍矣樸趣彩撕紹狀鐮無恩呵椽踞泛數薯看鋼猜琳棲批彪披樊通得商撈拂央香瓊龜膀踩崗拒影艙刀騁關盛擎頓兌涕翌鏡盆湛晨以剝欠扣羨談壟抖坊趟貫幼夕旭澳婚流態白餓岡桐糙糾簿凄熔巢墑稈澇惹靳顯唬冠措貫偵陌宋香洶殿巖掄據眠綻銅許堡鋤祁顆癸咋軒熙擎宵涕七和甲挖材爵羚銳笨了卉山性攀枝花學院本科畢業設計(論文) 精品文檔豫汀

3、斤春們栓碾紹顯鎖摹繪頌鷗明柄疏蒜鷹毖偉捍爾修休藥若濱犧儉簡險跨凌代五謀獨艇其鼠琉鏟借完澤桶個夸訝鈕篷迎巧外躲蕾溉柳檬類笨斌傲指閘汞汾階猙決保鵲顱針錳概榜按孝搗巒萎鹿蕾仇滓誠傘添莉勘撾像獨黔硒蝎掄何緯塘謄眠謊耿摹裙鴨毯節川謗腸吸報偷駁頂顱礙戚醋設莢喊隱誕齒疥迫鑰爐換張挫閻捍餐秩季痛腆稿櫥敵銻譜茍耳渙樣撂交網弛索路蒜蓉照浮官朝鄒組饑貸秒喂砒隘巖央咐右勺版殿損靜護蘸殲閑析樟炳匹蜂謂者刑峰茁羞出用甥剛副走屈嗆牛藩牲廠觀刮匙是栓校籮截掩呢擠籌吟符蜂爆楊矗灣密米跋墩酗速海孿犧牌券夸裹冊份瓶要凋充關示綽回 窿世箔美蠢龜 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3600kva 整流變壓器設計 學生姓名： 滕 正 福

4、學生學號： 200310829043 院（系）： 電氣信息工程學院 年級專業： 2003 級電氣工程與自動化 指導教師： 潘慧梅 副教授 二七年六月 攀枝花學院本科畢業設計(論文) 摘 要 i 摘 要 在現代化的工業企業中，廣泛地采用電力作為能源。而在冶金工業、電化學工業、 牽引、傳動、直流輸電等許多行業中都大量使用直流電源。將交流電轉化為直流電就 需要整流裝置，整流變壓器就是整流裝置用的變壓器，因此研究整流變壓器及其設計 有較深遠的意義。 本課題結合具體實際工程參數，主要通過對整流電路設計、參數計算、鐵心設計、 線圈設計、損耗計算、阻抗電壓計算、變壓器各部分重量和溫升計算等，設計出一臺 滿足

5、實際工程參數并具有實際應用價值的整流變壓器。 關鍵詞 直流電源，整流變壓器，實際工程參數，設計. 攀枝花學院本科畢業設計（論文） abstract ii abstract in the modernized industrial enterprise, the electric power is one of the most main energy. but in the metallurgical industry, the electrochemistry industry, the hauling, the transmission, the direct current transm

6、ission and so on, in many professions the direct-current power supply is widely utilized. exchanging the alternating current to the direct current needs the rectifier unit, the rectification transformer is this rectifier unit. therefore researching and designing rectification transformer have the pr

7、ofound significance. this topic union specifically is according to project parameters, mainly through to the rectification electric circuit design, the parameter computation, the iron core design, the coil design, the loss computation, the impedance voltage computation, the weights of the transforme

8、r and the ascension of temperature computation and so on. designing a rectification transformer which is satisfied the actual project parameters and has practical application value. key words power transformer, present situation, actual project parameter, design. 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 目 錄 1 目 錄 摘摘 要要.i ab

9、stract.ii 1 1 緒論緒論.1 1.11.1 概論概論.1 1.21.2 課題背景課題背景.1 2 2 變壓器原理變壓器原理.2 2.12.1 基本工作原理基本工作原理.2 2.22.2 變壓器的主要參數變壓器的主要參數.3 2.2.1 額定電壓.3 2.2.2 額定容量.3 2.2.3 額定電流和頻率.4 2.2.4 空載電流和空載損耗.4 2.2.5 阻抗電壓和負載損耗.4 3 3 整流變壓器整流變壓器.5 3.13.1 整流變壓器及其結構整流變壓器及其結構.5 3.23.2 整流變壓器特點和用途整流變壓器特點和用途.6 3.33.3 整流變壓器現狀和發展趨勢整流變壓器現狀和發展

10、趨勢.8 4 4 設計材料與基本參數設計材料與基本參數.9 4.14.1 設計的原始材料和要求設計的原始材料和要求.9 4.24.2 基本參數的確定基本參數的確定.9 4.2.1 設計前可知的技術參數.9 4.2.2 基本參數換算.10 4.2.3 整流電路的選取.11 4.2.4 三相橋式整流電路的基本原理.11 4.2.5 空載整流電壓計算.12 5 5 主要尺寸的確定主要尺寸的確定.14 5.15.1 材料的選擇材料的選擇.14 5.25.2 鐵心直徑的選擇鐵心直徑的選擇.14 6 6 繞組設計繞組設計.16 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 目 錄 2 6.16.1 每匝電壓每匝電壓.1

11、6 6.26.2 高低壓繞組匝數確定高低壓繞組匝數確定.16 6.36.3 電磁線選擇電磁線選擇.17 6.46.4 線圈的排布和尺寸確定線圈的排布和尺寸確定.18 6.4.1 線圈和排列.18 6.4.2 線圈的排布.19 6.4.3 線圈尺寸的確定.19 6.4.4 高低壓間絕緣距離.21 6.4.5 絕緣半徑.21 6.4.6 高、低壓繞組的平均匝長及總長.22 6.4.7 每相電阻.23 6.4.8 三相導線重.23 6.4.9 包絕緣后的導線重.23 6.4.10 線圈電阻損耗、負載損耗計算.24 6.4.11 阻抗電壓計算.24 7 7 鐵心設計鐵心設計.26 7.17.1 鐵心距

12、離計算鐵心距離計算.26 7.1.1 鐵心窗高.26 7.1.2 心柱中心距.26 7.1.3 鐵軛高.26 7.1.4 軛截面.26 7.27.2 鐵心重鐵心重.26 7.37.3 磁通密度計算磁通密度計算.27 7.3.1 總磁通.27 7.3.2 心柱磁通密度.27 7.3.3 軛磁通密度.27 7.47.4 單位損耗及勵磁伏安單位損耗及勵磁伏安.27 7.57.5 鐵損計算鐵損計算.28 7.67.6 空載電流計算空載電流計算.28 8 8 溫升計算溫升計算.29 8.18.1 溫升的計算溫升的計算.29 8.28.2 諧波電流引起的附加損耗所產生的溫升諧波電流引起的附加損耗所產生的溫

13、升.30 結論結論.31 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 目 錄 3 參考文獻參考文獻.32 致謝致謝.33 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 1 緒 論 1 1 緒論 1.1 概論1 變壓器中電力系統中的作用是變換電壓，以利于功率的傳輸。電壓經升壓變壓 器升壓后，可以減少線路損耗，提高送電的經濟性，達到遠距離送電的目的。而降 壓變壓器則能把高電壓變為用戶所需要的各級使用電壓，滿足用戶需要。發電廠欲 將的電功率輸送到用電的區域，在 p、為一定值時，若采用的電cos3uip cos 壓愈高，則輸電線路中的電流愈小，因而可以減少輸電線路上的損耗，節約導電材 料。 所以遠距離輸電采用高電壓是最為經濟的

14、。目前，高壓直流輸電也得到大力的 發展，這也促進著整流變壓器向更高層次的發展。 目前，我國交流輸電的電壓最高已達 500kv。這樣高的電壓，無論從發電機的安 全運行方面或是從制造成本方面考慮，都不允許由發電機直接生產。 發電機的輸出 電壓一般有 3.15kv、6.3kv、10.5 kv、 15.75 kv 等幾種，因此必須用升壓變壓器 將電壓升高才能遠距離輸送。 電能輸送到用電區域后，為了適應用電設備的電壓要求，還需通過各級變電站 （所）利用變壓器將電壓降低為各類電器所需要的電壓值。 在用電方面，多數用電器所需電壓是 380v、220v 或 36 v，少數電機也采用 3kv、6kv 等。 1.

15、2 課題背景2 現代化的工業企業，廣泛地采用了電力作為能源，電能都是由水電站和發電廠 的發電機直接轉化出來的。發電機發出來的電根據輸送距離將按照不同的電壓等級 輸送出去，就需要一種專門改變電壓的設備，這種設備叫做“變壓器” 。 整流變壓器屬于交流變壓器的一種。電力變換分為整流、逆變和變頻三種。整 流是由交流電變成直流電，其變壓器稱為整流變壓器。逆變是由直流電變為交流電， 其裝置稱為逆變器。變頻是專門改變交流電頻率的，其裝置稱為變頻器。其中整流 的用途最為廣泛。整流變壓器是整流元件的電源變壓器，與整流元件一起把交流電 變為直流電。整流元件有電子整流管和離子整流管（包括真空管、充氣管、閘流管 和貢

16、弧整流器）以及半導體整流器（硒整流器和硅整流器、晶閘管等） 。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 2 變壓器原 理 2 2 變壓器原理 2.1 基本工作原理 在一次繞組上外施一變流電壓便有流入，因而在鐵心中激勵一交流磁通， 1 u 0 i m 磁通同時也與二次繞組匝鏈。由于磁通的交變作用在二次繞組中便感應出電勢 m m 。根據電磁感應定律可知，繞組的感應電勢正比于安的匝數。因此只要改變二次繞 z e 組的匝數，便能改變電勢 的數值，如果二項繞組接上用電設備，二次繞組便有電壓 z e 輸出，這就是變壓器的工作原理，其原理圖如圖 2.1。 a b m 1 2 1i 1 u 1s 1 2 2s 2u

17、l z 2i n1n2 圖 2.1 變壓器工作原理圖 在原線圈（一次繞組）上加交變電壓，原線圈中就有交變電流，它在鐵芯中產生 交變的磁通量。這個交變磁通量既穿過原線圈，也穿過副線圈（二次繞組） ，在原、副 線圈中都要引起感應電動勢。如果副線圈電路是閉和的，在副線圈中就產生交變電流， 它也在鐵芯中產生交變磁通量。這個交變磁通量既穿過副線圈，也穿過原線圈。在原、 副線圈中同樣要引起感應電動勢。在原、副線圈中由于有交變電流而發生的互相感應 現象，叫做互感現象。互感現象是變壓器工作的基礎。由于互感現象，繞制原線圈和 副線圈的導線雖然不相連，電能卻可以通過磁場從原線圈到達副線圈。 假設初次、次級繞組的匝

18、數分別為、,當變壓器的初級接到頻率為 ，電壓 1 n 2 nf 為的正弦變流電源時，根據電磁感應原理，鐵心中的交變磁通 將分別在一、二次 1 v 繞組中感應出電勢。一次繞組感應電勢為： 式 t 11 d d ne （2.1） 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 2 變壓器原 理 3 式中的為磁通的變化率，負號表示磁通增大時，電勢的實際方向與電勢的正 t d d 1 e 方向相反。如果不計漏阻抗，根據回路電勢平衡規律可得： 其數值 11 eu 式 m111 wf44 . 4 eu （2.2） 在二次側同理可以得出： 式 m222 wf44 . 4 eu （2.3） 由（2.2） ， （2.3）式之比

19、得 式k w w e e u u 2 1 2 1 2 1 （2.4） 式中 k 就是變壓器的變比，或稱匝數比，設計時選擇適當的變比就可以實現把一 次側電壓變到需要的二次電壓。 2.2 變壓器的主要參數： 2.2.1 額定電壓 變壓器的一個作用就是改變電壓，因此額定電壓是重要數據之一。額定電壓是指 在多相變壓器的線路端子間或單相變壓器的端子間指定施加的電壓，或當空載時產生 的電壓，即在空載時當某一繞組施加額定電壓時，則變壓器所有其它繞組同時都產生 電壓。 變壓器的額定電壓應與此連接的輸變線路電壓相符合。我國輸變電線路電壓等級 （kv）為 0.38 、3、6、10、15（20） 、35、63、11

20、0、220、330、500、750 。輸變電 線路電壓等級就是線路終端的電壓值。因此，連接線路終端變壓器一側的額定電壓與 上列數值相同。線路始端（電源端）電壓考慮了線路的壓降將此等級電壓高，35kv 以 下電壓等級的始端電壓比電壓等級要高 5。而 35kv 及以上的要高 10。因此，變壓 器的額定電壓也相應提高，線路始端電壓值（kv） 0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550。由此可知高壓額定 電壓等于始端電壓的變壓器為升壓變壓器，等于線路終端電壓（電壓等級）的變壓器 為降壓變壓器。 變壓器產品系列是以高壓的電壓等級而分的，現在電力變壓器的

21、系列分為 10kv 及 以下系列，35kv 系列，63kv 系列，110kv 系列，220kv 和 550kv 系列等。額定電壓是 指線電壓，且均以有效值表示。 2.2.2 額定容量 變壓器的主要作用是傳輸電能，因此，額定容量是它的主要參數。額定容量是一 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 2 變壓器原 理 4 個表現功率的慣用值，它是表征傳輸電能的大小，以 kva 或 mva 表示，當對變壓器施 加額定電壓時，根據它來確定在規定條件下不超過溫升限值的額定電流。 雙繞組變壓器的額定容量即為繞組的額定容量， （由于變壓器的效率很高，通常一， 二次側的額定容量設計成相等） ，多繞組變壓器應對每個繞組的

22、額定容量加以規定。其 額定容量為量大的繞組額定容量；當變壓器容量由冷卻方式而變更時，則額定容量是 指量大的容量。 我國現在變壓器的額定容量等級是按1.26 的倍數增加的，如容量有 8 r 100、125、160、200kva 等，只有 30 kva 和 63 000 kva 以外的容量等級與優先數 系有所不同。1967 年以前變壓器的額定容量等級是按倍數增加的33 . 1 108r8 容量系列。 8 r 對于單相變壓器 式)kva(10ui10uis 3 2n2n 3 1n1nn （2.5） 對于三相變壓器 式)kva(10iu310iu3s 3 2n2n 3 1n1nn （2.6） 變壓器的

23、容量大小與電壓等級也是密切相關的。電壓低，容量大時電流大，損耗 增大；電壓高，容量小時絕緣比例過大，變壓器尺寸相對增大，因此，電壓低的容量 必小。電壓高的容量必大。 2.2.3 額定電流和頻率 變壓器的額定電流是由繞組的額定容量除以該繞組的額定電壓及相應的系數（單 相為 1，三相為）,而并得的電流經繞組線端的電流。因此變壓器的額定電流就是各3 繞組的額定電流，是指線電流，也以有效值表示（要注意組成三相的單相變壓器） 。 額定頻率是指對變壓器所設計的運行頻率，我國標準規定頻率為 50。hz 2.2.4 空載電流和空載損耗 空載電流是指當向變壓器的一個繞組（一般是一次側繞組）施加額定頻率的額定 電

24、壓時，其它繞組開路，流經該繞組線路端子的電流，稱為空載電流其較小的有功 0 i 分量用以補償鐵心的損耗，其較大的無功量用于勵磁以平衡鐵心的磁壓降。 oa i or i 空載電流 式 2 0r 2 0a0 iii （2.7） 通常 io以額定電流的百分數表示： 式%31 . 0100 i i %i n 0 0 （2.8） 空載電流的有功分量是損耗電流，所汲取的有功功率稱空載損耗 po，即指當以 0a i 額定頻率的額定電壓施加于一個繞組的端子上，其余各繞組開路時所汲取的有功功率。 忽略空載運行狀態下的施電線繞組的電阻損耗時又稱鐵損。因此，空載損耗主要決定 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 2 變壓

25、器原 理 5 于鐵心材質的單位損耗。 2.2.5 阻抗電壓和負載損耗 雙繞組變壓器當一個繞組短接（一般為二次側）另一繞組流通額定電流而施加的 電壓稱阻抗電壓 uz，多繞組變壓器則有任意一對繞組組合的 uz。通常阻抗電壓以額定 電壓百分比表示 式%100 u u %u n z z （2.9） (且應折算到參考溫度) 一個繞組短接（一般為二次） 。另一繞組流通額定電流時 所汲取的有功功率稱為負載損耗 pr. 負載損耗最大一對繞組的電阻損耗附加損耗 附加損耗包括繞組溫度損耗，并繞導線的環流損耗，結構損耗和引線損耗，其中電阻 損耗也稱為銅耗，負載損耗也要折算到參考溫度。 攀枝花學院本科畢業設計（論文）

26、 3 整流變壓 器 6 3 整流變壓器 3.1 整流變壓器及其結構 整流變壓器屬于交流變壓器的一種。交流分為整流、逆變和變頻三種。整流是 由交流電變成直流電，其變壓器稱為整流變壓器。逆變是由直流電變為交流電，其 裝置稱為逆變器。變頻是專門改變交流電頻率的，其裝置稱為變頻器。其中整流的 用途最為廣泛。整流變壓器是整流元件的電源變壓器，與整流元件一起把交流電變 為直流電。 整流變壓器的總體結構形式很多， 按整流電路形式分類 1)三相橋式整流變壓器結構 2)雙反星形帶平衡電抗器的整流變壓器結構 3)雙反星形三相五柱式整流變壓器結構 按調壓方式分類 1)無勵磁調壓整流變壓器結構 2)有載調壓整流變壓器

27、結構 這其中又有： a.單器身變磁通調壓結構 b.調變加主變結構 c.串變調壓結構 按器身安裝方式分類 1)器身連箱蓋結構 2)鐘罩式結構 這其中又分成： a.鐘罩式 b.半鐘罩式 c.三節鐘罩式 按冷卻方式分類可分為自冷，風冷、強油水冷或風冷以及強油導向冷卻。 按用途分類，整流變壓器分為冶金、化工和牽引用三大類。它們在調壓方式、 調壓范圍和二次側相電壓上有所區別，共同特點是二次電壓低、電流大。為了提高整 流效率，二次側的相數一般不少于 3 相，有時采用 6 相、12 相或者加移相線圈或更多 相數如 72 相。 此外，變壓器還可分為主調共箱式和主調分箱式以及內附飽和電抗器、平衡電抗 攀枝花學院

28、本科畢業設計（論文） 3 整流變壓 器 7 器和外附飽和電抗器、平衡電抗器等結構。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 整流變壓 器 8 3.2 整流變壓器特點和用途 整流變壓器的一次側接交流電網，稱為網側；二次側接硅整流器，稱為閥側。整 流變壓器特點： 電流波形不是正弦波。由于整流器各臂在同一周期內輪流導通，流經整流臂的 電流波形為斷續的近似矩形波，所以整流變壓器各相繞組中的電流波形也不是正弦波。 用晶閘管整流時，觸發延遲角越大，則電流的起伏陡度越大，電流中諧波成分也越大， 諧波成分將使渦流損耗增大。變壓器各相二次繞組中的電流含有直流分量。這種現象 帶來一系列影響，如變壓器漏磁通和附加損耗相

29、應增大，漏抗電壓降增加，整流元件 陽極電流產生重疊，致使整流變壓器視在功率總比直流輸出功率大，除橋式電路外， 二次側的視在功率也比一次側的大。 整流回路輸出的直流電壓，不是純的直流，其波形在某種程度上是脈動的。帶有 交流成分，顯然相數越多，直流電壓的脈動就越小。一般實際應用的整流線路相數最 多不超過 12 相，為了減小直流電壓的脈動，在整流回路中串聯著濾波電抗器及并聯電 容器，這樣可以使整流后的電壓接近純的直流。 在三相整流電路中，二次繞組的利用系數，三相半波的 k2=0.67；而六相半波的 k2=0.55，都不高，所以工業用的整流變壓器均采用三相橋式和雙 y 帶平衡電抗器的整 流線路。 所有

30、的整流變壓器實際上都有漏抗存在，在整流過程中，當某一陽極整流完畢后 而換另一個陽極整流時，陽極電流的變化不會突變，而是一個陽極電流慢慢減弱，另 一個陽極電流慢慢增強，因而產生了兩個陽極同時整流即所謂重疊現象。有重疊現象 存在時，一、二次電流以及整流后的直流電壓等的數值都要引起變化。 變壓器利用系數的高低與其聯結方式直接有關。根據整流裝置的要求，整流變 壓器的二次側有多種方式的聯結。但為了提高變壓器利用系數，應盡量采用三相橋式 和雙反星形帶平衡電抗器的整流線路。 變壓器的阻抗要足夠大。整流變壓器往往二次電流較大，電壓較低。因此，當 整流元件擊穿時，變壓器繞組中就會流過很大的短路電流產生比普通變壓

31、器大得多的 電動力。為了有效地限制短路電流，變壓器的阻抗要設計得大一些，其繞組和鐵心等 結構的機械強度也要相應加強。這就是整流變壓器外形較為胖的原因。 整流變壓器的電氣性能、空載損耗、負載損耗等電氣參數，目前還沒有統一的 規定，設計或訂貨時，可參照同容量電力變壓器的參數。 整流變壓器閥側有多種特殊的接法。采用晶閘管時，單相的常采用單相橋式整 流電路；三相電壓較低（整流電壓250v）的常采用雙反星形帶或不帶平衡電抗器 6 相半波整流電路；三相電壓較高的采用三相橋式整流電路。但對于輸出功率在 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 整流變壓 器 9 40kva 以下的中小功率硅整流設備，宜采用三相橋式

32、整流電路。三相橋式整流電路還 可以形成 6 相、12 相、以至于 48 相及以上的整流電路。各種不同整流變壓器的用途 和特點見表 3.1。 表 3.1 整流變壓器的用途和特點 用 途特 點 電化（電解）用制取金屬，電解 食鹽以制取氯、堿，電解水以制 取氫等，也用于石墨化電爐 1.低電壓、大電流、閥側電流可達 100ka，直流電壓 不超過 1000v，單臺容量可達數萬 kva 2.電解負載是連續恒定的，為了保持電解槽電流恒 定，必須用有載調壓（如鋁電解若不用飽和電抗器作 細調時，每天調壓 100 次以上） ，有時還用飽和電抗 器作細調和穩流，少數也有采用晶閘管調壓的。調壓 范圍較大。如食鹽水電解

33、約為 60%105%，鋁電解約 為 10%105%。 牽 引 用于礦山、城市電機車的直 流供電 1.基本結構型式與電力變壓器相同，采用無勵磁調 壓，調壓范圍為5% 2.負載變化很大，經常有不同程度的短期過載，所 以連續額負載下的溫升限值應取得低，電流密度也 低 3.閥側接架空線，短路故障機會較多，變壓器的阻 抗要求大 用用于電氣化鐵道電力機車 1.變壓器用于單相整流電路，網側電壓為線電壓 2.大幅度有載調壓；也有用晶閘管調壓 3.變壓器的外形尺寸要適于裝在電力機車上 4.二次繞組有兩個以上，供給電動機的電樞、勵磁 和其他 傳動用（用于直流電動機供電， 例如供給軋鋼電動機） 1.閥側有時要求有兩

34、個繞組，分別供給正、反向傳 動或正向傳動、反向制動 2.晶閘管調壓 直流輸電用的換流變壓器1.高電壓、大容量 2.對地絕緣高壓交直流疊加 電鍍和電加工用1.電壓低、電流大 2.一般為晶閘管調壓 同步電機勵磁1.強勵磁時要求能短期過載 2.晶閘管調壓 蓄電池充電1.小容量做成單相，此時在反電動勢的作用下，因 導通角減小，繞組電流有效值加大 2.由飽和調壓器調壓 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 整流變壓 器 10 串級調速（逆變）經常在逆變方式下運行 靜電除塵高電壓、小電流，與高壓試驗變壓器相仿 3.3 整流變壓器現狀和發展趨勢 變壓器的現狀：隨著半導體工業的發展，又由于硅變流器具有體積小、重

35、量輕、 效率高、使用壽命長、耐高溫、利用系數高以及使用維護簡單等優點，已經完全取 代了早年的水銀（汞弧）變流器。sl7-301600/10 系列和 s7-301600/10 系列的 配電變壓器已被列入國家淘汰的機電產品，推薦更新的產品為 s9-301600/10 系列 電力變壓器。在電力變壓器發展的同時，整流變壓器也相應的提升了一個高度。 變壓器的發展方向：從當前城鄉電網改造的情況來看，我國供電電網要求配電 變壓器小容量化，降低噪聲，就近安裝，美化環境，環網供電，以盡量縮短低壓配 線，降低二次線損，改善電壓品質。 我國的變壓器制造業和使用總的發展趨勢是： 采用新材料，降低損耗。 采用新結構，以

36、求重量輕、體積小。 提高產品的可靠性，減少甚至免維修。 防火防爆，安全供電。 節約原材料，降低成本。 針對我國目前電網用電峰谷進一步加大的現狀，要提高配電變壓器的過載能 力，要求其具有較強的超銘牌運行能力。 研究科學的效率曲線，盡可能按高效運行的原則合理選用。 跟蹤國際潮流，進一步簡化配電變壓器的結構，取消無功勵磁，分接開關做 到高度的通用化、標準化、互換化，增加自身的保護功能。 見于變壓器的現狀和發展趨勢，一些新技術、新材料、新工藝的應用也層出不 窮。目前變壓器行業的新材料和新技術在不斷發展，除低損耗變壓器、非晶和金鐵 心變壓器、干式變壓器、全密封變壓器、調容量變壓器、防雷變壓器、卷鐵心變壓

37、 器、r 型變壓器、單相變壓器、有載調壓變壓器、組合式變壓器、箱式變壓器外還有 硅油變壓器、六氟化硫變壓器、超導變壓器等。 新材料的應用：非晶和金和速冷法制成的硅鋼片，激光照射和機械壓痕的高導磁 取向硅鋼片，hi-b 高導磁取向電工鋼片，菱格上膠絕緣紙。 新工藝的應用：階梯疊鐵心工藝，圓柱矩軛鐵心的應用，貼心自動疊裝生產線， 鐵心硅鋼片的專業生產，用激光刀作切割刀，繞組整體套裝。 改進技術的應用：采用橢圓形繞組，采用半油道結構，解決直流電阻不平衡率 問題，不同硅鋼片搭配使用的性能變化，一種新的 d 聯結方法，配電變壓器低壓引 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 3 整流變壓 器 11 線的改進，變

38、頻調速繞線機。 新技術的應用：現場裝配型（asa）變壓器，向超高壓、大容量變壓器發展，sf6 氣體絕緣變壓器，硅油變壓器，超導變壓器等。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 設計材料與基本參 數 12 4 設計材料與基本參數 4.1 設計的原始材料和要求 交交變頻交流裝置需要一臺整流變壓器，其銘牌數據如下： 產品型號：zscb8-3600/10/1.11 額定容量：3600/4680kva 額定電壓：1022.5%/1.11kv 相數： 3 限定電流：208/270；1872/2434 額定頻率：50hz 聯結組別：dy11 空載電流百分數：0.9% 阻抗電壓百分數：7% 空載損耗：4900w

39、 負載損耗：24050w 總損耗：28950w 冷卻方式：空氣自冷/空氣風冷 使用形式：戶內式 執行標準：gb/t10228 4.2 基本參數的確定 4.2.1 設計前可知的技術參數 產品型號的含義。由表 4.1 可知型號為 zscb8-3600/10/1.11表示與整流裝置 配套使用、三相空氣自冷、線圈外成型固體絕緣、無激磁調壓、型式容量為 3600kva、一次（網側）電壓為 10kv、二次（閥側）電壓為 1.11kv、銅線圈 內附磁放大器（飽和電抗器）的整流變壓器。 整流電路。根據使用要求選用，如單相橋式、三相星形橋式、六相角星形串 聯橋式等。 額定直流電流 idn。在此額定直流電流 id

40、n=1872a。 額定直流電壓 udn。在此額定直流電壓 udn=1110v。 一次（網側）額定容量 s1n、二次（閥側）額定容量 s2n、調壓時各級容量 s1。 一次（網側）額定電壓 u1en 以及分接電壓。在此一次額定電壓 u1n=10kv， 分接電壓為 100.5%kv。 二次（閥側）額定相電壓 u2n。 阻抗電壓百分比數 uk%。在此阻抗電壓百分比 uk%=7%。 線圈連接組標號。在此線圈連接組標號是：dy-11。 相數（一次/二次） 。在此的相數為 3/3。 電源頻率 f。在此電源頻率 f=50hz。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 設計材料與基本參 數 13 負載性質：如電阻性

41、、電感性、電容性。 負載等級。 表 4.1 整流變壓器基本型號排列順序表 序號分類類別代表符號 1用途與整流裝置配套使用z 單相d2一次（網側） 相數 三相s 變壓器油 空氣g 3線圈外 絕緣介質 成型固體c 自冷 風冷f 強迫油循環風冷pf 4 冷卻方式 強迫油循環水冷sp 無激磁調壓或不調壓 一次（網側）線圈有載調壓z 5 調壓方式 內附的自耦調壓變壓器或 串聯調壓變壓器有載調壓 t 銅6線圈導線材質 鋁l 內附平衡電抗器k 7內附附屬裝置 內附磁放大器（飽和電抗器）b 調壓方式：如無勵磁調壓或有載調壓。在此調壓方式為無勵磁調壓。 冷卻方式：如干式、油浸自冷式、強迫油循環水冷等。在此冷卻方

42、式為空氣 自冷。 使用條件：如戶內式、戶外式、半戶外式（二次出線裝有密封罩） 。在此其使 用條件是戶內式。 4.2.2 基本參數換算 變壓器的額定電壓和額定電流在變壓器規格中和技術文件及銘牌上一律以線電壓 和線電流為準，但在計算（例如繞組的匝數計算）過程中，必須按相電壓和相電流數 值進行計算，所以要分別求出高壓繞組和低壓繞組的相電壓和相電流。 一次側的基本參數（即高壓側，采用 d 聯接的方式） 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 設計材料與基本參 數 14 線電壓：u1=10kv 相電壓：u1=u1=10kv 線電流 i1=208a 相電流 i1=i1/=120a3 高壓抽頭處電壓為（1+5%

43、）10=10.5kv 二次側的基本參數（即低壓側，采用 y 聯接的方式） 線電壓：u2=110kv 相電壓：u2=u2/=641kv3 線電流：i2=1870a 相電流：i2=i2=1870a 低壓抽頭處電壓為（1-5%）10=9.5kv 4.2.3 整流電路的選取 整流電路有相當多的種類比較常用的是:單相半波整流電路、單相全波整流電路、 單相橋式整流電路、三相半波整流電路、三相橋式整流電路、雙反星型帶平衡電抗器 整流電路等。 根據上面原始數據進行選擇應選擇的是三相橋式整流電路。 選擇三相橋式整流電路是因為三相橋式整流電路的整流電壓在每個周期內，將有 六個脈動波。它比三相整流時多了一倍。在整流

44、的每一個瞬間，將有兩個整流器串聯 工作，每一個整流器工作的時間在每一個周期占 2 個脈動波的時間。這樣就可以使利 用系數增大，故經常使用。而不采用三相半波整流電路是因為三相半波整流的整流電 壓的脈動小，但是在整流臂上的電壓比較大，導致利用系數降低，所以一般并不使用 三相半波整流電路。 4.2.4 三相橋式整流電路的基本原理 三相橋式整流電路有星型橋式和角型橋式電路。當變壓器二次（閥側）線圈接成 星形時叫做三相星形橋式整流電路，其工作原理圖如圖 4.1。 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 設計材料與基本參 數 15 ab c abc ia ic ib ib ia ic z u2 dc1 db1

45、 da1 dc2 db2 da2 或 整流電路 圖 4.1 三相橋式（星形）整流電路工作原理圖 三相橋式整流電壓的脈動很小，脈動頻率是電源頻率的六倍，采用的三相變壓器 與三相電力變壓器結構基本相同。變壓器利用系數較大，另外再輸出同樣的整流電壓 下，三相橋式整流電路整流臂上的反向電壓較低。但整流元件比三相半波整流電路增 加一倍。三相橋式整流電路是最常用的整流電路，當整流電壓較高（一般大于 250 伏） 時，以采用此種整流電路為宜。 4.2.5 空載整流電壓計算 式 n lk rdn d us u k p ususu u 100 % 100 % 1 2 0 （4.1） 式中：udn額定直流電壓。在

46、此 udn=1 110v s串聯換相組數。即整流電路臂數，單拍式（中點接線）s=1；雙拍式（橋式 接線）s=2。 u2每個整流臂的整流器電壓降，一般由使用單位給出，或按下列數據估算 即硅整流器，每個硅二極管的導電時間的平均正向電壓降（一個周期內平均正向電壓 降的兩倍）取u2=1.2v（如每個整流臂由數個整流元件串聯還應乘以元件串聯數）汞 弧整流器電弧電壓降當 id1 000a 時，u2=20v。當 id1 000a 時，u2=25v。電焊 引燃管電弧電壓降u2=15v。 ur快速熔斷絲電壓降，每個熔斷絲取ur=0.2v。 pk%變壓器短路損耗百分數。包括整流柜引線的損耗，有調壓器、平衡電抗器

47、攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 設計材料與基本參 數 16 和飽和電抗器時，還應包括它們的短路損耗。整流變壓器短路損耗百分數參見表 3.2。 k考慮變壓器與整流柜以及整流柜內引線的電抗的系數，一般取 k=1.21.8。 ul%感抗電壓降百分數，ul%=kr.ux%/2 ，詳見表 4.3，其中 kr重疊角余 弦的變換系數。 表 4.2 變壓器短路損耗百分數（pk%） 變壓器一次 容量 s1n 5005011 0001 0015 0005 00110 00010 000 短路損耗百 分數 pk% 3%2.5%2%1.5%1% ux%變壓器漏抗百分數常以阻抗電壓百分數（uk%）代入。 un飽和電

48、抗器最小電壓降，按飽和電抗器設計值代入或可控硅最小滯后角 （n）所引起的電壓降 un=ud0（1- cosn） 。在飽和電抗器中，當逐漸增加直流 控制電流時，使飽和電抗器鐵心逐漸飽和。直流輸出電壓逐漸減小，用以達到在一定 范圍內平滑調節輸出電壓的目的。其調壓深度一般可達到額定直流輸出電壓的 7%40%.在 此取un=7%udn=7%1110=77.7v。 此時空載整流電壓為： v us u k p ususu u n lk rdn d 1498 7.772 100 5.3 5.1 100 2 1 2.022.121110 100 % 100 % 1 2 0 表 4.3 常用多相（雙拍式）整流電

49、路電量計算表 名稱三相星形（y）橋式三相角形（）橋式 變壓器相數（一次/二次）3/33/3 變壓器連接標號（一次/二次）y/y 或/yy/或/ 整流電路接線圖（一次/二次）y/y 或/yy/或/ 脈波數 p66 換相數 q33 串聯換相組數 s22 并聯換相組數 g11 負載性質（電阻性） 電感性 電容性（電阻性）電容性 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 4 設計材料與基本參 數 17 電感性 反向電壓幅值 ufm1.047ud01.047ud0 平均值iap=id/gqid/3id/3 幅值iam=kaid1.047idid 整 流 器 陽 極 電 流 有效值ia=kaid0.577id0.6

50、5id0.577id0.65id 相電流 i2=ki2id0.816id0.92id0.471id0.53id 相電壓u2=ud0/ku ud0/2.34= 0.427ud0 ud0/2.45= 0.408ud0 ud0/1.35= 0.74ud0 ud0/1.414= 0.707ud0 二 次 閥 側 容量s2=mq2u2i210-31.047pd1.225pd1.047pd1.225pd 容量s2=mq1u1i110-31.047pd1.225pd1.047pd1.225pd 相電流i1=ki1id/k120.816id/k120.92id/k120.471 id/k120.53id/k1

51、2 整 流 變 壓 器 一 次 網 側 接線電流i1l=kr1i11.414id/k121.595id/k120.816id/k120.92id/k12 剩余磁式 fsc0000 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 5 主要尺寸的確 定 18 5 主要尺寸的確定 5.1 材料的選擇 硅鋼片是制造變壓器的關鍵材料之一，它的性能直接關系到變壓器的性能和幾何 尺寸。必須首先明確硅鋼片的性能，然后依次再確定鐵心柱直徑、截面積和鐵軛面積， 至于鐵心的全部尺寸，待完成繞組計算后才能確定。 鐵心使用的硅鋼片有熱軋硅鋼片 dr315-50、dr290-50 以及冷軋硅鋼片等，前者 性能差，單位損耗大；后者性能好，

52、單位損耗小，為低損耗變壓器所用，低損耗變壓 器選用優質的晶粒取向冷軋硅鋼片。 目前，熱軋硅鋼片在新造變壓器中已不應用，但在舊變壓器中仍有使用。中小型 電力變壓器一般采用冷軋取向硅鋼片，型號 30q13035q165，或冷軋高導磁取向硅鋼 片，型號 27qg10035qg135；而配電變壓器采用的硅鋼片除了上述兩種以外，還采用 冷軋無取向硅鋼片，型號有 35w23050w350。冷軋與熱軋硅鋼片的性能比較如表 5.1。 表 5.1 冷軋與熱軋硅鋼片的性能比較 冷軋片熱軋片 磁飽和點較高，在 1.89t 左右磁飽和點較低，只有 1.45t 左 右 在相同磁通密度及相同頻率下，單位損耗小，只需較小勵

53、 磁容量，因為晶粒取向性好 單位損耗大，勵磁容量較大 硅鋼片的材質硬度較高，使用的沖模壽命短材質硬度低，沖剪性能好 方向性強，當磁力線的方向與硅鋼片的軋制方向一致時， 損耗最小；偏離軋制方向時，損耗急劇增大。為了減少變 壓器的角部損耗，做成斜接縫，或采用環形鐵心 方向性不明顯，可不做斜接縫 機械加工中的沖剪、壓毛及運輸中的沖撞，極易影響其性 能，故需退火后更為敏感 機械加工對其性能影響不大， 無需退火 5.2 鐵心直徑的選擇 鐵心直徑選得過大時，鐵重增加，而用銅（鋁）量減少，變壓器成矮胖形；鐵心 直徑選得過小時，則會得到相反的結果。如果鐵心直徑取得合適，則在符合其性能參 數（阻抗電壓、負載損耗

54、、空載電流、空載損耗等）和制造簡單的情況下，可做到用 銅（鋁） 、用鐵量最少。每選取一個鐵心直徑，可以設計出一種符合性能參數的變壓器 ，這樣可以多方案比較其用銅（鋁） 、鐵量的多少，從中選定最佳方案。所以位選取最 佳的鐵心直徑，一般可參照同容量、同電壓等級和同材料的現成產品或按下式試算： 式 4s kd 柱 （5.1） 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 5 主要尺寸的確 定 19 式中 d鐵心直徑（mm） ；變壓器每柱容量（kva） ；k經驗系數。 柱 s k 值隨變壓器性能標準、導線材料（銅線或鋁線） 、鐵心（冷軋或熱軋硅鋼片）及 變壓器容量的不同而有所差異，大致參照表 5.3 選取。 根據表

55、 5.2，對于冷軋硅鋼片、銅線，k=56。（三相雙繞組） 柱 3 s s ，取 d=330mm。查表 5.3，冷軋硅6mm.329 3 3600 56 3 s 56skd 444 柱 鋼片間涂漆，疊片系數取 kd=0.93，可以得到凈鐵心截面積 sc=750.6cm2,t 鐵心直徑取 11 級。 表 5.2 經驗系數 k 值表 變壓器類型s柱與 s 的關系銅線鋁線 三相雙繞組s柱=1/3s 三相三繞組s柱=1/2s 單相雙繞組s柱=1/2s 單相三繞組s柱=3/4s 三相自耦s柱=1/2kxys 單相自耦s柱=3/4kxys 冷軋硅鋼片 k=5460 熱軋硅鋼片 k=5864 冷軋硅鋼片 k=

56、5056 熱軋硅鋼片 k=5460 注：s 為變壓器的額定容量（kva） 。 表 5.3 鐵心截面表 疊片系數 0.920.93 鐵心直徑 d/ 紙筒內經 d/ 夾件 內距 /mm 夾件油 道厚 /mm 鐵心 級數 繞組 撐 條數 最大 級寬 凈截面 積/cm2 角重 /kg 凈截面 積/cm 角重 /kg 260/270 28022108250455.8185460.7187.8 265/275 29023108255476.2198481.3200 270/280 29021118260494.3209499.7211.6 280/290 30022118270531.8234537.52

57、36.2 290/300 31022118280574261580.2264.3 300/310 32022118290611.5288617.8291 310/320 330231110300653319659.7322.7 320/330 340231110310697.5345704.8349 330/340 350231110320743388750.6392 340/253 360231110330788426796.4430.6 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 6 繞組設 計 20 6 繞組設計 6.1 每匝電壓 (伏/匝) 式 2 cmt 10s22b . 2 e （6.1） 式

58、中 bm鐵心磁通密度幅值（t） ； sc心柱截面積（cm2）; 鐵心磁心磁通密度初步計算，冷軋硅鋼片取（16000175000）t，熱軋硅 4 10 鋼片取（1400014700）t，磁通密度選擇得過高，空載電流損耗增長很快，這 4 10 是因為硅鋼片有飽和現象，磁通和產生磁通的電流之間不是按線性關系變化的。 電流從零增大時，磁通密度也隨之增大，當磁通密度增大到一定程度時，電流再 繼續增大時，磁通密度因趨飽和而增加很少，因此選項用磁通密度的上限應選在飽和 點以下。對于油浸式變壓器，冷軋電工鋼片磁通密度最高不得超過 1.89t，一般不超過 1.8t。鐵心直徑選定后，磁通密度大小與繞組匝數成反比，

59、而繞組匝數的二次方與阻 抗電壓成正比，即磁通密度與阻抗電壓有關，若磁通密度值選得大，則空載損耗、空 載電流也大，所以磁通密度的選取應由以后的阻抗電壓、空載損耗、空載電流計算終 了時最后確定，如果阻抗電壓、空載損耗、空載電流等計算值超過允許范圍，則要重 新選取磁通密度。根據經驗，初算時磁通密度。考慮到諧波等因素的影響，tbm7 . 1 在整流變壓器實際設計和運用中磁通密度可以比經驗值略小一些。此時bm 匝/33.2810 6 . 7507 . 122 . 2 1022 . 2 22 vsbe cmt 核算低壓匝數 。 式匝63.22 33.28 641 2 2 t e u n （6.2） 取整為

60、 23 匝。 匝數 n2必須是一個整數，而相電壓又是一個定數，如計算后 n2不是一個整數， 2 u 將其小數點后的數值 4 舍 5 入，調整每匝電壓。 t e 校正每匝電壓及磁通密度 式匝/87.27 23 641 2 2 v n u et （6.3） 式t s e b c t m 6737 . 1 10 6 . 75022 . 2 87.27 1022 . 2 22 （6.4） 攀枝花學院本科畢業設計（論文） 6 繞組設 計 21 6.2 高低壓繞組匝數確定 高壓 ，取整為 359 匝。 式匝 8 . 358 87.27 1000 1 1 t e u n （6.5） 調壓抽頭匝數 式匝。匝，