三相调压器（精选8篇）
三相调压器 篇1
1 概述
1.1 应用范围
三相调压器在各行各业都应用的非常广泛, 尤其在电力系统中, 三相调压器常用于对电力设备进行性能检测。
1.2 传统三相调压器的缺点
传统的三相调压器是匝数比连续可调的自耦变压器, 当调压器电刷借助于手轮主轴和刷架的作用, 沿线圈的磨光表面滑动时, 就可连续地改变匝数比, 从而使输出电压平滑调节。
由于采用手动调节, 传统三相调压器存在如下不足:
●调整速度慢, 效率低, 不适合需要频繁改变输出电压的场合;
●调整精度低, 不适合要求控制精度较高的应用场合;
●输出受输入影响严重, 输入的三相不平衡会导致输出的不平衡;
1.3 全自动三相调压器设计思想
在电力系统, 众多采用三相电源工作的设备需要在较宽的三相工作电源环境下检测其性能, 为了提高检测效率和检测水平, 通常需要在保证调整精度的情况下可以快速的实现不同三相电压设置点的调整, 传统的手动调压方式已无法满足这一需求。为了提高三相调压器的调整精度与调整效率, 可以通过设计出一种全自动三相调压器来实现这一目标。
2 整体方案的选择
2.1 实现方案
有两种方案可以实现全自动三相调压控制目标, 分别是单电机主轴驱动模式及三电机独立刷架驱动模式。
单电机主轴驱动模式是采用一个电机带动一个主轴, 主轴上固定有三个同相位的碳刷架, 当电机运转时, 三个刷架会同时运转实现输出电压的调节。
三电机独立刷架驱动模式采用三个电机对三个调压线圈上的刷架进行控制, 三相控制完全独立。
2.2 方案比较
单电机主轴驱动模式具有结构简单实现容易的特点, 但由于三相刷架受同一个电机的控制, 如果三相输入不平衡, 同样会造成输出的不平衡。
三电机独立刷架驱动模式结构较单电机主轴驱动模式复杂, 每个调压线圈需配置独立的采样驱动电路, 但可以保证良好的三相输出平衡度和控制精度。
三电机独立刷架驱动模式更适用于对控制精度要求较高的场合, 因此选用该方案做为大功率全自动三相调压器的设计方案。
3 硬件设计方案
3.1 硬件结构组成图
大功率全自动三相调压器三相输入输出电压采样电路、RS232与RS485通信电路、辅助电源模块、主控单元、三路隔离电机驱动电路组成。图1描述了该装置硬件结构图。
主控单元内置的ADC实现了三相输入输出电压的模数转换, 根据RS485或RS232上位机设置的输出电压对三相电机进行控制, 最终实现输出电压与设置电压一致的目标。
3.2 硬件设计特点
3.2.1 32位高性能处理器设计的主控单元
主控单元采用意法半导体的STM32F103系列32位芯片作为中央处理单元, 该处理器具有丰富的接口可供使用, 其内置多通道的ADC转换模块用于读取三相输入输出电压、多路串口分别实现RS232与RS485通信接口用于上位机控制、三路PWM配合IO控制可实现对三相电机的调速与转向控制。
3.2.2 高精度的分压采样电路
32位处理器内置的高速AD转换器配合DMA存储技术可实现每秒对高达1万次的采样数据进行分析, 保证了采样精度。
AD采样的前级电路采用了精度为0.1%, 温漂低于25PPM的分压电阻, 隔直分压滤波后, 经高精度运用构成的信号调理电路进行缓冲保护。
其原理结构图如图2所示。
3.2.3 丰富的上位机通信接口
可通过RS232和RS485接口进行通信, 通过上位机或本地人机操作界面, 实现包括主控单元控制、参数设置、调节过程查看等服务
3.2.4分相调节全隔离电机驱动控制
采用分相独立调节技术可以精确的实现每相电压的调整。从而使三相输出电压平衡性能不受输入电压的影响。
在对每相电机的驱动中, 均采用光电隔离, 确保在驱动电机过程中产生的干什扰信号不会反馈到采样控制系统中, 保障了处理器运行的稳定性。
三相电压调整所用的直流减速电机的驱动采用ST公司的L298N芯片, 驱动原理示意图如图3示。
图中IO11, IO12为处理器的IO口, PWM1为处理器的PWM输出接口, 经TLP521光隔之后输入至电机驱动芯片L298N, 从而实现电机转向及转速的控制。
3.2.5 电机限位保护设计
为了防止直流减速电机在顺时针或逆时针转动至限制位时停止驱动, 设计时在顺时针及逆时针限制位均设有行程开关, 当电机控制碳刷到达停止位时, 自动切断该转向电源以保护电机。
4 软件设计方案
4.1 软件控制流程
全自动三相调压器控制程序采用模块化设计, 主要由定时器模块程序、AD采样转换模块程序、PWM波形输出程序等组成, 流程图如图4所示。
在图4中, 控制软件将三相调压器实际输出值与用户设定值进行比较, 采用分级调速技术快速将输出值调整至用户设定值。
4.2 软件控制特点
软件采用了分级同时调节技术, 四级调速的设计兼顾了三相调压输出调速的快速性与精确性;同时调速是指可同时对控制三相输出电压的三个电机进行调节控制, 提高调整效率。
5 试验结果数据分析及结论
经过实验室运行结果分析, 该方案所设计出的全自动三相调压器能够快速准确的调节, 调整时间小于10秒, 控制精度小于0.5%, 成功的解决了人工调节存在的一系列问题, 为电力设备的检测机构或生产厂家对所生产的设备进行检测校验提供了有效手段。
摘要：本文介绍了一种三相自动调压装置。采用的是控制电机的转动调节变压线包输入输出比例的方式, 调节电压达到用户所需值, 实现三相电压的准确快速调节, 解决了人为调节的安全、调节速度慢、调节准确度低的问题, 还能及时发现电压的变化。通过对三相电压的安全、快速、自动化调节, 为电力设备的检测机构或生产厂家对所生产的设备进行检测校验提供了装置。
关键词：三相电压,直流减速电机,调压线包,电压精度
参考文献
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三相调压器 篇2
二级学院：课程名称：设计题目：姓 名：学 号：设计班级：指导教师：设计时间：实训报告
自动化学院 电力电子技术
三相交流调压电路设计
目录 电力电子技术课程设计 电力电子仿真工具介绍.....................................................................................1.1 Matlab介绍.......................................................................................................................................1.2 SIMULINK仿真工具简介..................................................................................................................2电力电子器件测试...........................................................................................................................2.1 实验目的....................................................................................................................................2.2 实验原理....................................................................................................................................2.3 实验内容....................................................................................................................................2.4 计算机仿真测试过程................................................................................................................2.5 总结与心得................................................................................................................................三相交流调压电路...........................................................................................................................3.1实验目的............................................................................................................................................3.2实验原理............................................................................................................................................3.3实验内容............................................................................................................................................3.4计算机仿真过程及输出结果............................................................................................................4总结及实训体会.................................................................................................................................5附录............................................................................................................................................................1电力电子仿真工具介绍
1.1 Matlab介绍 电力电子技术课程设计
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，MATLAB 是Matrix Laboratory 的缩写意为矩阵工厂（矩阵实验室）。于1984 年推出的一套科学计算软件，分为总包和若干工具箱.具有强大的矩阵计算和数据可视化能力.一方面可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、系统仿真等若干个领域的数学计算，另一方面可以实现二维、三维图形绘制、三维场景创建和渲染、科学计算可视化、图像处理、虚拟现实和地图制作等图形图象方面的处理.同时，MATLAB 是一种解释式语言.简单易学、代码短小高效、计算功能强大、图形绘制和处理容易、可扩展性强.是主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。
1.2 SIMULINK仿真工具简介
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观电力电子技术课程设计 的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。simulinkMATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。它具有丰富的可扩充的预定义模块库交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图能以设计功能的层次性来分割模型，实现对复杂设计的管理。通过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。并提供API用于与其他仿真程序的连接或与手写代码集成。使用Embedded MATLAB™ 模块在Simulink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。使用定步长或变步长运行仿真，根据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性的方式运行或以编译C代码的形式来运行模型形化的调试器和剖析器来检查仿真结果，诊断设计的性能和异常行为可访问MATLAB从而对结果进行分析与可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据模型分析和诊断工具来保证模型的一致性，确定模型中的错误。
2电力电子器件测试
2.1 实验目的
（1）掌握各种电力电子器件的工作特性。（2）掌握各器件对触发信号的要求。电力电子技术课程设计
2.2 实验原理
实验电路如图所示：
新器件特性实验原理图
将电力电子器件和负载电阻Rp串联后接至直流电源的两端，有实验装置上的给定为新器件提供触发信号，使器件触发导通。图中电阻Rp用滑线变阻器，接成并联形式，直流电压和电流表可从电源控制屏上获得，直流电源从电源控制屏的励磁电源获得。
2.3实验内容
（1）可关断晶闸管（GTO）特性实验
（2）功率场效应管（MOSFET）特性实验
（3）绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验
2.4 计算机仿真实验
启动MATLAB软件进入SIMULINK后新建文档，绘制GTO MOSFET IGBT 电路特性测试系统模型如下图所示，电力电子技术课程设计
双击各模块并设置相应参数，设置好各模块参数后，单击工具栏的▶按钮，得到如下图 电力电子技术课程设计
GTO 电力电子技术课程设计
IGBT 电力电子技术课程设计
SCR
由以上仿真图可得各器件输出数据如下各表：
GTO输出特性数据记录
IGBT输出特性数据记录
MOSFET输出特性数据记录 电力电子技术课程设计
2.5 总结与心得
由上述仿真过程得到的输出特性数据可得出各器件的输出特性图。
GTO的输出特性
IGBT输出特性 电力电子技术课程设计
SCR输出特性
这门实验课程的线路连接及线路实验原理 并不复杂，最困难的是是完成试验线路连接以后所进行的调试与操作，难以得出相关的正确的波形以及争取的结果和参数。这是由于对实验的过程及原理理解的不深刻，对相关的知识掌握的不够透彻，不能熟练应用到实际操作以及应用当中。并且动手能力不够强，对实验过程不熟悉，实验操作生疏，缺乏相关的实际操作经验以及实际操作技巧，遇到实际操作中的问题难以独立解决，如何下手。对操作过程中的错误以及故障难以发现排除。通过本次的实验课程，我还发现自己以前学习中所出现的一些薄弱环节，并为今后的学习指明了方向，同时也会为将来的工作打下一个良好的基础。这次的实验课程为我们提供了一个很好的锻炼机会，使我们及早了解一些相关知识以便以后运用到实际中去。通过这次的实验课程，我知道只有通过刻苦的学习，加强对知识的熟练掌握程度，在现实的中才会得心应手，应对自如。总体来说，经过这次实验课程，我还从中学到了很多课本上所没有提及的知识。我会把这此实验课程作为我人生的起点，在以后的工作学习中不断要求自己，完善自己，让自己做的更好。电力电子技术课程设计
3三相交流调压电路
3.1实验目的:（1）了解三相交流调压触发电路的工作原理。（2）加深理解三相交流调压电路的工作原理。（3）了解三相交流调压电路带不同负载时的工作特性。
（4）掌握三相交流调压电路MATLAB的仿真方法，会设置各模块的参数。
3.2实验原理：
本实验的三相交流调压器为三相三线制，由于没有中线，每相电流必须从另一相构成回路，因此电流流通路径中有两个晶闸管，所以交流调压应采用宽脉冲或双窄脉冲进行触发。三相的触发脉冲应依次相差120°，同一相的两个反并联的晶闸管触发脉冲应相差180°。通过调节α导通角的大小从而控制晶闸管的导通角大小，以控制输出电压有效值来调节输出电压。实验装置中使用后沿固定，前沿可变的宽脉冲链实验电路如下图3.2所示：
图3.2
整流电压平均值分两种情况如下：（1）α≤30°时，负载电流连续，有
当α=0时，U。最大，U。=1.17U2（2）α＞30°时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有 电力电子技术课程设计
负载电流平均值为
晶闸管承受的最大反向电压为：
由于晶闸管阴极与零线间的电压即为整流输出电压U。，其最小值为零，而晶闸管阳极与零线间的最高电压等于变压器二次相电压的峰值，因此晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值。
3.3实验内容
（1）三相交流调压器触发电路的调试。
（2）三相交流调压器电路带电阻性负载。
（3）三相交流调压电路带电阻电感性负载
3.4计算机仿真过程及输出结果
1.带电阻性负载的仿真
启动MATLAB软件进入SIMULINK后新建文档，绘制三相交流调压系统模型如图：
（1）交流电压源的参数设置 电力电子技术课程设计
设置交流峰值电压为100V 频率为50Hz。
（2）晶闸管的参数设置
Rn=0.001Ω，Lon=OH，Vf=0.8，Rs=500Ω，Cs=250e-9（250*10^-9）F。
（3）负载的参数设置
R=450Ω，L=OH，C=inf。
（4）脉冲发生器模块的参数设置
频率设置为50Hz，脉冲宽度为2% 设置好各模块参数后，单击工具栏的▶按钮，得到如下图
控制角0°
控制角30° 电力电子技术课程设计
2.带电阻电感性负载的仿真
启动MATLAB软件进入SIMULINK后新建文档，绘制三相交流调压系统模型如图：
双击各模块，再出现的对话框内设置相应参数，各模块参数设置同上，但负载模块的参数设置为：R=450Ω，L=0.1H，C=inf设置好各模块参数后，单击工具栏的▶按钮，得到如下图电力电子技术课程设计
控制角为0°
控制角为30° 电力电子技术课程设计
4总结及实训体会
随着大功率半导体开关器件的发明和变流电路的进步和发展，产生了利用这类器件和电路实现电能变换与控制的技术——电力电子技术。电力电子技术横跨电力、电子和控制三个领域，是现代电子技术的基础之一，是弱电子对强电力实现控制的桥梁和纽带，已被广泛应用于工农业生产、国防、交通、能源和人民生活的各个领域，有着极其广阔的应用前景，成为电气工程中的基础电子技术。
这次课程设计，我学到很多有关我们专业知识方面的知识，丰富了自己的知识点，使自己得到提升。首先对电力电子器件的工作原理有了更深的体会，对晶闸管的导通特性和三相交流调压电路中各晶闸管的导通顺序有了很好的了解。同时对SIMULINK仿真有了新的认识。SIMULINK提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量编写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。适应面广、结构和流程清晰、仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点。SIMULINK提供了一些按功能分类的基本的系统模块，用户只需要知道这些模块的输入输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的，通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型，进而进行仿真与分析。
在电路进行仿真的过程中，经常遇到这样那样的问题。如：线路连接错误、参数设置等。这次课设增强了自己的设计和理论联系实际的能力，加深对MATLAB软件功能的理解，学会了如何用MATLAB设计三相交流调压器，学会分析理论与实际之间的误差，为以后理论在实践中的应用打下一个很好的基础。
其次懂得了各个课程知识不是孤立的，而是相互之间联系的，我们要学会综合理解知识点以及运用各知识。这次课程设计涉及到了电力电子技术、电路、数学，控制等众多知识面，因而我们需要把把各个学科之间的知识融合起来，形成一个整体，提升了自己的综合知识素养。
5附录
参考文献：《电力电子技术计算机仿真实验》 主编 李传琦
三相变压器组别快速判定 篇3
在描述三相变压器高低压绕组的联结方式时,通常采用2个字母加1个数字的时钟表示法。字母Y(y)表示星形联结,D(d)表示三角形联结;数字表示高低压绕组线电动势(或线电压)的相位差,即将高压绕组线电压看成时钟分针,永远指向“12”点(或“0”点),将低压绕组对应的线电压看成时钟的时针,其所指向的钟点作为联结组别的标号。时钟表示法既形象又直观,但是画位形图很不方便,也不能直接计算高低压线电压的相位差。为此,本文提出圆盘数点法(以下简称圆盘法),该方法不用画电压相量图,简单实用,不易出错。
1 圆盘法原理
在一圆盘上按相位关系画出三相变压器原边侧所有可能的相、线电压相量,因为电压相量的头尾与实际绕组的头尾是一致的,所以更直观,不用考虑数值大小,仅指示方向,如图1所示。“-”表示异标号同名端,即同名端对应的端口标志相反,双字母下标表示三角形联结顺序,如“AB”表示联结顺序为AX-BY-CZ-AX,“AC”表示联结顺序为AX-CZ-BY-AX。从哪相开始标定没有影响,但是高低压三相绕组相序的标识必须一致,只能为abc、bca、cab这三种。绕在同一铁心上的两个绕组的相电压相平行,方向相同或相反。
在图2(a)中,同相位,则将低压绕组相电压标在旁,再与高压绕组相电压相比较,可知滞后240°。同理,高低压绕组线电压与相位差也是240°,如图2(b)所示,所以应为Y,y8联结。一旦应用熟练,那可省掉标注二次侧电压、比较电压角度差这两个步骤,以同一铁心柱上的高、低压绕组为研究对象,以高压绕组相电压为计数起始点,逆时针数点,数到同一铁心上的低压绕组相电压即可,数到几,联结组的标号就是几。取图2中第一铁心柱上的A绕组(高压绕组)、b绕组(低压绕组)讨论,从圆盘上的开始逆时针数8个点到,就能快速确定变压器联结为Y,y8。
2 应用举例
涉及三相变压器联结组别的问题大多为三类:一是已知变压器的联结方式,判定其标号;二是对三相变压器按指定的联结标号进行联结;三是确定任意两个电压间的相位差。圆盘法完全可以解决这三类问题。
2.1 已知三相变压器联结图,求联结组别标号
图3中,A相绕组和c相绕组在同一铁心柱上,同标号同名端,从逆时针数4个点到,得其标号为Y,y4。
图4中,Dy联结,AC绕组和a相绕组在同一铁心柱上,异标号同名端,对照图1,从逆时针数7个点到-,即可判定其标号为D,y7。
由此可以看出,使用圆盘法判定变压器联结组别时,不用画向量图,只需逆时针数点,就能快速方便地判断联结标号。
2.2 按指定的联结标号联结
画出标号为Y,y2、D,y11、Y,d3的变压器联结图。
(1)Y,y2。
①按照给定条件,画出高压绕组联结,如图5(a)所示。
②按照给定的标号2,对照图1,从逆时针数2个点到-,即可判定低压绕组为星形联结,相序为bca,如图5(b)所示,且为异标号同名端,完整接线如图5(c)所示。
(2)D,y11。
①根据给定条件,画出高压绕组联结,AX-BY-CZ-AX,如图6(a)所示。
②按照给定的标号11,对照图1,从开始逆时针数11个点到,即可判定低压绕组为星形联结,相序为abc,且为同标号同名端,如图6(b)所示。
由于三角形接法有两种,D,y11的高压绕组还有如图7所示的联结方式AX-CZ-BY-AX,同理按照给定的标号11,对照图1,从逆时针数11个点到-,即可判定低压绕组相序为cab,且为异标号同名端。
利用圆盘法时,根据给定条件高压绕组很容易画出变压器联结方式,在确定低压绕组时,首先判断相序(abc、bca和cab);其次判定联结顺序(只针对三角形联结,两种联结顺序AX-BY-CZ-AX和AX-CZ-BY-AX);最后判定同名端,相同或相反。而这些信息全都可以从圆盘图中得到,十分方便。另外通过圆盘图可以得到所有可能的联结方式,而在实际中,往往某一条件是固定的,因而其联结也是唯一的。
2.3 确定任意两个电压间的相位差
在晶闸管变流装置及交直流传动系统的调试维修中,为了使触发脉冲同步,往往需要确定同步变压器的联结方式以及变压器原副边的相位关系;在电气传动实验中,如变流技术、交流直流调速等,也常遇到这类问题。6个同步电压通常用一台具有两组二次绕组的三相变压器获得,同步变压器与整流变压器接在同一电源上,频率相同,由于同步变压器二次电压要分别接到6个触发电路,有公共接地端,二次侧不允许采用三角形接法,故同步变压器只有Yy和Dy接线形式。此时应用圆盘法,可在主盘面上增加一个同圆心的、可转动的副盘,副盘上的6个相量对应同步变压器TS的6个输出同步电压,如图8所示。图9给出的接法中,整流变压器TR为D,y11联结,同步变压器TS两组为D,y5,11联结。
确定同步电压时,首先要根据要求的相位差,确定整流变压器高低压绕组的相位差,图9中的UAB、Ua、UA1B1相位相同,假定依照同步要求,晶闸管VT1的同步电压应滞后整流电压Ua180°,则所要求的同步电压应滞后UA1B1 180°;其次,根据TS的接法,UA1B1与Usa相位相同,拨动副盘,使副盘相量与主盘重合,此时很容易看出,滞后主盘上180°的是副盘上的-,说明满足同步要求的是-Usa,无需考虑电压向量相位关系,下标对应即可,以此类推,可以判断出三相全控桥中各可控硅所要求的同步信号。
3 结束语
从上述应用中可看出,圆盘法能够有效解决涉及三相变压器联结组别的三类问题。该法简单实用,不用画位形图就可以准确判断三相变压器的移相功能,尤其在晶闸管变流装置以及交直流传动系统的调试维修中,比传统的时钟法更具优势。
摘要：介绍一种能快速判定三相变压器联结组别的圆盘表示法及其逆应用。圆盘上示出了三相变压器绕组所有可能的相、线电压相位关系,以高压绕组相电压为计数起始点,在圆盘上逆时针数点,数到对应的低压绕组相电压,就能直接得到联结组标号。实例表明,圆盘表示法能够有效解决涉及三相变压器联结组别的三类问题。
关键词：三相变压器,联结组别,圆盘表示法,计数点
参考文献
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三相变压器电势波形的影响因素 篇4
关键词：三相变压器,电势波形,连接组别,磁路系统
三相变压器是利用电磁感应原理工作的。当原边有交变电流通过时, 将在铁芯内产生交变磁通交链原副绕组, 在原副绕组内产生感应电动势。
变压器的磁路结构和原副绕组接线方式是影响三相变压器电势波形的因素。变压器按磁路结构可分为两种:组式和芯式变压器。组式变压器由三台单相变压器铁心组合而成, 每相磁路彼此独立互不关联;三相芯式变压器由三个单相铁心演变而来, 铁心有三个芯柱, 每个芯柱上各装有原绕组和副绕组, 磁路彼此关联;无论哪种磁路结构的变压器, 其高低压线圈均可接成星形或三角形。这使对应线电动势的相位差不同, 其相位关系可用连接组别表示:即把高、低压绕组的连接方式及高低压侧电压之间的相位关系用符号表示出来。国家标准规定最常用的有Y, yn0、Y, d11、YN, d11三种。无论哪种连接组别, 高、低压绕组中只要有一个绕组接成三角形, 就能改善相电动势波形。下面进一步阐述。
1 励磁电流与主磁通的关系
当变压器一次侧外加系统正弦电压, 通过正弦电流, 该电流产生的磁通也应是正弦的。但因铁芯存在饱和现象, 由图a知:该磁通经过磁路时使励磁电流 (I0) 畸变为尖顶波。它可分解为基波及3、5、7等奇数高次谐波电流, 其中除基波外3次谐波电流为最大, 其在电路中会产生3次谐波磁通。若忽略5次及以上谐波, 则3次谐波电流是影响变压器电势波形的主要因素。由图2可分析知, 正弦励磁电流在磁路饱和影响下, 产生的主磁通经过磁路时畸变为平顶波;它可分解为基波及3、5、7等高次正弦波磁通, 其中以3次谐波磁通为最大。这些磁通的存在也会导致感应电动势波形畸变。故也要杜绝这些高次谐波磁通的影响。
能否有效杜绝三次谐波的影响, 这与连接组别和磁路系统密切相关。下面对不同情况加以分析。
2 电动势波形的影响因素
2.1 Y/Y (Y, y) 接线的三相变压器
当此变压器外加正弦电流时, 由上述知, 该电流产生正弦磁通经过磁路时使励磁电流畸变为尖顶波。因变压器原边无中性线, 励磁电流 (I0) 所含的3次谐波电流分量无通路不能出现, 忽略5次及以上谐波则励磁电流为正弦波。但此时铁芯内的正弦磁通却畸变为平顶波。其所包含的谐波中以3次谐波磁通影响最大, 它是否会影响二次相电势波形, 取决于变压器磁路结构:
对组式变压器, 因磁路彼此独立互不关联, 3次谐波磁通可在各自铁芯形成回路, 其磁阻较小, 故3次谐波磁通在二次相电势内感应出幅值为基波幅值45%~60%的3次谐波电势, 它与基波磁通感应出的基波电势相叠加, 使电势波形畸变为尖顶波, 危害线圈绝缘。故三相组式变压器不采用Y/Y接线。此结论也适用于连接组别为Y, yn (Y/Y0) 的组式变压器。
对三相芯式变压器, 因磁路彼此关联3次谐波磁通在彼此铁心中受到阻碍和削弱, 只能经变压器油箱壁形成回路。其磁阻较大, 使3次谐波磁通削弱明显, 基波磁通占据主导地位, 主磁通波形接近正弦波使电势波形也近似为一正弦波, 故芯式变压器可采用Y/Y接线。但因3次谐波磁通可引起变压器油箱壁及一些铁芯附件发热, 降低变压器效率。故只适用于容量小于1800KVA的三相变压器。
2.2△/Y (D, y) 或Y/△ (Y, d) 接线的三相变压器
当三相变压器为△/Y接线时, 因一次侧△自成闭合回路, 励磁电流中3次谐波电流可顺利通过, 励磁电流 (I0) 波形仍为尖顶波, 在铁芯饱和影响下感应出正弦波主磁通, 则二次感应电势就为正弦波。
当三相变压器为Y/△接线时, 原边无中性线, 由上分析可知:励磁电流 (I0) 所含的3次谐波电流分量不能出现, 则其为正弦波。故磁通在磁路饱和作用下必为平顶波。但副边是△连接能形成回路, 3次谐波磁通在二次相电势内感应出3次谐波电势, 并产生3次谐波电流流过副边。因原边没有3次谐波电流和副边平衡, 故副边的3次谐波电流和原边正弦励磁电流共同起励磁作用, 励磁电流仍维持尖顶波, 保证了主磁通是正弦波。此现象与△/Y接线同。注:副边感应的为了建立正弦波主磁通所需的3次谐波电流很小, 对变压器运行无多大影响。
考虑以上问题时, 要区别Y, yn (Y/Y0) 与Y/△变压器的连接形式。虽然二次侧都能提供3次谐波电流通路, 但Y, yn (Y/Y0) 变压器二次侧却不能提供3次谐波磁通通路, 其二次侧不能感应出3次谐波电流, 从而不能与一次侧基波电流共同形成正弦波的主磁通。要注意两者的区别。
3 结语
通过上面分析可知, 为保证三相变压器相电势接近正弦波, 常希望一次、二次绕组中有一侧接成△, 以避免相电势波形畸变。在有些需要接Y, y的大容量变压器中, 有时专门装设有一个三角形接法的第三绕组, 它不接电源也不接负载, 只提供三次谐波电流通路以防相电动势波形发生畸变。
参考文献
[1]叶水音.电机学[M].福建:水利电力出版社.
三相调压器 篇5
节能降耗是国民发展经济的一项长远战略方针。据世界银行统计显示,从改革开放以来我国GDP以平均每年9.83%的高速增长,已成为世界上能源消耗增长最快的国家,同时面临能源紧缺的压力。变压器作为电力系统的重要设备之一,降低变压器损耗可以节约大量能源。变压器的损耗主要为铁损与铜损,有效降低铁损可使变压器高效、节能化。使用非晶合金铁心制成的变压器空载损耗比传统取向硅钢片变压器降低约75%,节能效果十分显著,推广和使用非晶合金变压器将有效解决电能在传送过程中的损耗问题。
据统计,2015年全国发电量5.62万亿千瓦,输配电损耗中配电变压器电能损耗占全国发电量的3.3%,接近三峡集团四大电站2015年全年发电量,电能损耗十分严重。根据国家工业和信息化部、质检总局和发展改革委2015年8月13日联合发布的《配电变压器能效提升计划》,逐步淘汰高耗能配电变压器,到2017年底,将累计推广高效节能配电变压器6亿千伏安。通过计算,每推广1亿千伏安非晶合金铁心变压器每年约节电16.1亿千瓦时,那么6亿千伏安将实现年节电96.6亿千瓦时,相当于节约标准煤318.6万吨。在国家倡导节能减排的大环境下,非晶合金变压器市场前景广阔。
1三相三柱非晶合金铁心优点
1.1与取向硅钢片对比
采用非晶合金铁心具有以下优点:
(1)单位铁损比取向硅钢片低70%~85%,节能效果明显;
(2)激磁功率比硅钢片小80%以上,空载电流小。
1.2与传统三相五柱非晶合金结构对比
采用三相三柱非晶合金结构,具有以下优点:
(1)由于铁心取消旁轭,产品的宽度方向减小,产品占地面积减小约20%;
(2)由于铁心重量减小,成本降低6%~9%,空载损耗降低5%~8%;
(3)可以做成Yyn0联接组标号;
(4)在做好噪声处理、及装配问题后,设计磁密可略大5%;
(5)装配相对简单,可打开上铁轭合金片接缝后进行线圈套装,工艺性好。
2设计要求
2.1铁心结构设计
三相三柱非晶合金片外形见图1。非晶合金带材加工工艺复杂,材质硬而脆,难以剪切,变形加工困难。国内制造的非晶合金带材有安泰南瑞公司1K101带材、青岛云路公司1K101带材,国外制造的有日立金属公司2605SA1带材,并且铁心选用带材宽度只有三种:K=142 mm、N=170 mm、T=213 mm,在设计时根据变压器容量选择适合的带材宽度制成矩形截面的铁心。从结构形式上看,三相三柱非晶合金铁心一般将上铁轭部分设计成有交错搭接布置接缝的开口卷铁心结构,以便于组合成三相变压器铁心及方便线圈套装。
通常10 k V级、容量500 k VA及以下的小型干式配电变压器非晶合金铁心为两框三柱结构:采用两个内框铁心和一个外框铁心组成;当容量大于等于630 k VA时,由于受到非晶合金带材宽度最大宽度213 mm限制,单只铁心截面积不足以满足磁密要求,结构可采用:四个内框铁心与两个外框铁心分前后2只铁心使用环氧树脂粘接组合在一起(见图1右侧),此结构可制造较大截面积的铁心,采用这种多只铁心组合结构,解决了非晶合金片宽度的限制,使非晶合金铁心可满足2500 k VA容量使用。
2.2铁心拉板厚度选取原则
三相三柱非晶合金铁心见图2,铁心由非晶合金片及拉板通过环氧树脂粘接在一起形成一个整体。非晶合金铁心干式变压器结构设计与传统取向硅钢片干式变压器的铁心柱支撑结构不同,非晶合金片由于其特性不能受力,故将变压器结构设计为非晶合金片被铁心拉板、上下夹件及上下侧夹件组成的框架结构保护其中,在设计框架时,应留有合适的裕度,保证铁心不受挤压。表1是根据设计与经验得出的铁心拉板厚度的选取原则,厚度可根据非晶合金铁心的实际重量进行调整。
2.3磁密选取与空载损耗工艺系数
在设计变压器时,选择合理的铁心截面积可以有效的降低制造成本。众所周知:铁心的净截面积的计算公式S1=K×S,S1——净截面积,K——叠片系数,S——横截面积。根据2016年1月北京中机联供非晶合金科技股份有限公司提供的最新数据,现非晶带材铁心的叠片系数取值为0.88。据研究表明,磁密与空载噪声关系近似线性,根据实际产品在不同磁密下的空载噪声(声压级)可得图3。由图3可得:在设计非晶合金铁心变压器时,铁心磁密每升高0.05 T,空载噪声将增加约2 d B;在制造过程中由于对铁心受力的操作,造成非晶片存在不同程度的损伤,使得非晶铁心在制造为变压器产品后,噪声增加5 d B左右。因此,设计变压器磁密时应综合考虑噪声值与成本,合理的磁密能有效降低制造成本。根据目前非晶合金铁心干式变压器制造经验与水平,铁心磁密设计一般≤1.25 T,设计时应综合自身企业的制造工艺水平。
在三相三柱非晶合金铁心干式变压器制造中铁心与线圈装配时,分为三个步骤:(1)打开上铁轭合金片接缝;(2)套装变压器线圈;(3)闭合上铁轭合金片接缝。此三个步骤都将使合金片受力,导致变压器装配完成后铁心空载损耗及噪声值比装配前有所增加,故在设计时要留有合适的裕度。根据目前三相三柱非晶合金铁心干式变压器制造经验,空载损耗工艺系数一般取1.3左右。在制造时应考虑企业工装及装配水平,适当调整工艺系数。
2.4线圈结构设计
由于非晶合金带材的限制,只能制成长矩形,故变压器线圈必须采用矩形绕组,图4为非晶合金铁心干式变压器线圈结构示意图。矩形绕组在设计与制造工艺上与常规圆形绕组存在差异。有非晶制造经验的企业会发现,矩形绕组在绕制时,导线与线圈模具不贴服,导致线圈尺寸出现严重超差,故进行电磁设计时,应结合企业自身制造水平及绕组尺寸大小选取合适的绕制裕度,绕制时可用胶木锤敲打或者采取夹具整形,矩形绕组的幅向尺寸可得到较好的控制。在进行线圈设计时低压线圈通常采用箔式或圆筒式结构,高压采用多层圆筒式分段结构。高、低压线圈全部由环氧树脂包封,增强抗短路的能力。
2.5抗短路能力的设计[1]
非晶合金铁心变压器在发生短路时,产生强大电动力将直接作用在铁心上,导致合金片出现不可修复的损伤,严重破坏其导磁性能。由试验可得,矩形绕组在承受短路电动力时比圆形绕组更容易出现变形,这是由于矩形绕组受力不及圆形绕组均匀。
变压器在突发短路时,绕组要承受轴向与幅向电动力。通过生产实践,变压器可采取以下方法来增加绕组轴向抗短路的能力:(1)在线圈上、下部采用绝缘压块、绝缘垫块用压钉的方式将绕组压紧在上下夹件之间;(2)绕组全部采用环氧树脂浇注以增强结构强度。采取此两种措施后,足以承受突发短路时产生的轴向电动力。矩形绕组与圆形绕组在承受幅向短路电动力时差异较大,不能使用圆形绕组的经验公式计算。据研究表明:矩形绕组在承受短路电动力时,长轴方向变形最为严重,所以在设计时矩形绕组的长宽比不能太大,比值越接近1(即正方形),绕组受力变形最小。此外,在变压器装配时,可在绕组长轴与短轴方向增加支撑绝缘件以增强结构强度。
3工艺要求[2,3,4]
3.1噪声控制
研究表明,铁心噪声的主要来源是磁滞伸缩使铁心随励磁频率变化做周期性振动。在同一磁通密度下的磁滞伸缩程度,非晶合金的磁滞伸缩程度比取向硅钢片高10%。由于非晶合金材料对机械力非常敏感,无论是张、应力还是弯曲力都会影响其磁性能,导致噪声增大,因此在变压器结构设计和制造工艺上,采取措施减少铁心受力。
装配工艺是影响非晶合金铁心变压器噪声水平一个不可忽视的因素。装配方式将直接影响着非晶合金带材接缝的质量。三相三柱非晶合金干式变压器通常采用平装式,平装式不同于传统三相五柱结构的倒装式,不需在套装好线圈后翻转180°,故对铁心上铁轭接缝损坏最小,接缝回搭质量最好。在制造工艺上采用先进的装配定位台,控制绕组套装过程中的装配位置和应力,尽量一次到位,减少装配过程产生的应力和返工。非晶合金铁心开口接缝处理一般有以下几个原则:(1)搭接长度不得小于8 mm,一般为12 mm~16 mm;(2)搭接面保证平整,不得有毛刺、尖角;(3)搭接后可用3M胶水或耐高温胶封堵,减小接缝处的振动;(4)在铁心卷绕方向内侧、外侧包覆吸音毯,并且在铁心柱两边拉板处绑扎6块与线圈等高宽度比铁心拉板略宽的吸音毯;(5)对图1所示空腔用减震材料或耐高温胶进行封堵。此外,噪声值可根据行业标准JB/T22072-2008(干式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求)5.11变压器的声级水平表二的规定来约束,特殊情况下的声级水平可以与用户协商确定。
3.2工艺保证措施
非晶合金铁心片由于材料特性,对压力、撞击及弯折等敏感性极高。在受到压力、撞击及弯折后其空载损耗会增加,同时很容易出现断裂、掉渣等现象,从而可能引发变压器绝缘出现故障。因此,在装配及搬运过程中应做到轻拿、轻放,避免出现撞击、受压现象。特别是对上铁轭开口合金片接缝处,进行打开、立直及在线圈套装后弯折、接缝复原过程中必须精心操作。在装配过程中,应用吸尘器将合金片碎渣清理干净。在对上铁轭开口接缝打开之前,上铁轭必须刷变压器油。
4阻抗电压的计算
结合非晶合金变压器线圈结构示意图与漏磁面积计算示意图,如图4、图5所示,可得矩形绕组非晶合金变压器阻抗计算公式如下[5,6,7]:
有功分量:
无功分量:
将式(1)、(5)式代入(6)中即可得到阻抗电压:
阻抗电压:
式中:f─频率,Hz;
IW─安匝数(同一侧数据),A;
∑D─等效漏磁面积,cm2;─cm
λ─漏磁场总宽度,cm;
a1、a2、a12─低压绕组裸线厚度、高压绕组裸线厚度、
漏磁空道厚度,cm;
r1、r2、r12─低压绕组中心周长一半、高压绕组中心周长一半、
漏磁空道中心周长一半,cm;
ρ─洛氏系数;
K─电抗修正系数,取0.95~0.97;
et─每匝电势,V;─cm
H─平均电抗高度,cm;─W
PK─负载损耗,W;
Sn─变压器的额定容量,k VA。
5试验验证
根据上述的设计与工艺等进行试验验证,对5种容量三相三柱非晶合金干式变压器产品进行空载损耗、短路阻抗、噪声测试(声压级),试验结果如表2。
通过上表可得出:(1)空载损耗系数取1.3时,空载损耗试验值与设计值十分接近;(2)设计磁密控制在1.25 T以下并按照上文所述3.1噪声控制方法,噪声得到了较好的控制,与通常非晶合金铁心干式变压器噪声值62 d B相比效果明显;(3)试验得出的阻抗电压值与上文4所用公式计算结果一致。
6经济性分析
为满足社会的可持续发展和保护生态环境的需要,国家发改委已将非晶合金变压器列为重点产品。根据国家变压器质量监督检验中心的分析方法,变压器本身年运行的电能消耗为:
注:Po:空载损耗,k W;PK:负载损耗,k W;Io:空载电流,%;Sn:额定容量,k VA;Uk:短路阻抗,%;ρ:平均负载系数0.75年运行时间:8 760 h;无功经济当量:0.05 k W/kVar。
通过计算,符合GB/T 10228-2015常规干式变压器与符合GB/T 22072-2008非晶合金干式变压器产品每年的电能消耗如下表3:
根据上表3常规干变及非晶干变每年的电能消耗,节能效果进行比较分析:
1)1 000 k VA常规干变运行1年的电能消耗为:
2)1 000 k VA非晶干变运行1年的电能消耗为:
一台1000k VA非晶干变比常规干变产品年节省电73852-62289=11 563k Wh,节约运行成本约为:48004-40488=7 516元。按变压器的正常使用寿命30年计算,在整个寿命周期内可节省电能为346 890k Wh,节约运行成本约为225 480元。
7结束语
本文主要阐述了在三相三柱非晶合金铁心干式变压器设计与工艺需要注意的一些问题:铁心设计、磁密与空载损耗工艺系数、线圈设计、噪声控制、阻抗电压的计算等。在采用这些设计与工艺措施后,产品通过了所有的例行试验、型式试验和特殊试验,客户反应使用情况良好。通过对常规干式变压器及非晶合金铁心干式变压器每年的电能消耗,节能效果进行比较分析,非晶合金产品节能效果非常可观,投资回收效益快,值得大力推广。
摘要：非晶合金作为一种新型导磁材料,与取向硅钢片相比单位铁损小,可有效降低变压器空载损耗。三相三柱非晶合金铁心结构比传统三相五柱非晶合金铁心结构节材显著。介绍了三相三柱非晶合金铁心干式变压器结构及性能特点,对变压器设计及工艺中的几个关键问题进行分析和阐述,并结合产品试验结果进行对比分析。通过与常规干式变压器运行成本进行对比,证实非晶合金铁心干式变压器的节能效果非常可观,可为配电网节约大量电能。
关键词：三相三柱非晶合金,干式变压器,结构特点,噪声,短路阻抗,节能
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三相调压器 篇6
以往的三相交流调压主要是利用自耦变压器进行, 设备庞大笨重;当电压较低时, 电压波形缺口大, 使加到三相对称性负载上的电压不再是正弦电压, 而使电压谐波分量较大;对电动机负载来说, 会使电动机转矩脉动和噪声增加, 附加损耗增加, 温升过高, 对电动机的运行不利。本文提出一种仅采用一只IGBT的自关断型电力电子器件作为开关元件的三相交流调压电路, 可实现脉宽调压。
MATLAB计算机仿真经济、省时、安全, 通过仿真分析容易获得需要的数据, 也易于通过改变参数来研究它们对系统性能的影响, 从而确定最佳设计参数和优化控制对象模型, 这对实际系统的研制和调试具有重要的指导作用。
1模型建立
三相对称性负载脉宽调压电路原理图见图1。
当开关元件IGBT被触发导通时, 整流电路中的共阳极与共阴极两端被短接, 整流二极管VD1～VD6导通, 三相对称性负载Zf的X、Y、Z端短接在一起, 三相电源电压施加到三相负载Zf上;当开关元件IGBT被阻断时, 使整流电路中的共阳极与共阴两端断路, 整流二极管VD1～VD6阻断, 三相负载Zf的X、Y、Z端断路, 三相电源电压不能施加到三相负载Zf上。由于开关元件IGBT为自关断型电力电子器件, 可以通过脉冲触发电路使开关元件IGBT工作在一定开关频率下, 并通过控制开关元件IGBT的导通和阻断的占空比, 从而控制和改变施加到三相负载Zf上的电压, 使加到三相负载Zf上的每相电压为正弦电压被斩波后的包络正弦电压, 以实现调压的目的。
2实例仿真及分析
用MATLAB对三相对称性负载脉宽调压电路模型进行仿真, 获得IGBT两端的电压波形、触发脉冲控制波形和负载电压波形;并在相同条件下, 用不同的触发控制频率去触发IGBT, 得到三相负载上的电压波形, 比较其效果。
2.1 MATLAB仿真图
图2为模型仿真图。在IGBT和三相负载两端加电压测量器送入示波器, 以获得它们的波形并进行观察比较。
2.2 仿真参数设置
(1) 源电压 (Three-Phase Source) 为交流220 V。
(2) 负载R、R1、R2的电阻值均为900 Ω。
(3) 二极管 (Diode、Diode1～5) 均为快恢复二极管。
(4) 触发脉冲 (Pulse Generator) 的频率分别为300 Hz和3 000 Hz。
2.3 仿真波形图
当IGBT在不同的触发频率下, 对负载两端的正弦电压波形的失真情况进行对比, 并进行分析。在IGBT的触发频率为300 Hz下的仿真波形图见图3～图6。在IGBT的触发频率为3 000 Hz下的仿真波形图见图7～图9。
2.4 仿真结果分析
在相同的外围环境且输入电压、负载电阻、二极管、IGBT都保持不变的情况下, IGBT的触发控制频率越高, 在负载上的电压失真率越小, 越接近于正弦波。
3结论
本系统仅用一只可关断功率电力电子器件作为开关元件K, 对三相对称性负载实现了三相调压的目的。在开关元件IGBT和二极管的开关控制频率允许的情况下, 触发控制频率越高, 三相负载上的电压越接近于正弦波, 从而使电压谐波分量减小, 减少负载的附加损耗, 并且触发控制频率越高系统响应越快。本调压电路是一种简单实用的调压电路, 可适用于三相Y接感应电动机的调压调速、三相Y接电阻炉调压调温等负载应用中。
参考文献
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三相调压器 篇7
变压器是电力系统中的主要设备之一, 通过变压器可以升降电压和改变电流的大小, 从而满足电力系统的需求!而直流电阻是变压器重要的性能指标, 变压器的大部分性能数据都与其息息相关。如果变压器三相电阻出现不平衡故障, 那么会直接影响变压器的安全运行, 间接对电力系统的安全造成影响。所以在变压器检修过程中, 直流电阻在整个产品性能数据考核中有着非常重要的意义。
2 变压器绕组直流电阻三相必须平衡的原因
变压器直流电阻测量是变压器的例行试验, 是变压器出厂和检修时必须考核的项目。测量直流电阻的目的主要是检查变压器三相绕组电阻是否平衡, 如果三相电阻不平衡可能出现以下几种原因: (1) 导线连接处的焊接点或者机械连接点接触不良; (2) 引线与套管、引线与分接开关之间接触不良; (3) 引线与引线的焊接或机械连接点接触不良。 (4) 导线的规格, 电阻率不符合要求。如果出现上述任何情况都会造成变压器内部局部过热, 使变压器绝缘油分解, 进而产生气体, 并溶解于变压器油中, 变压器长时间运行所产生的气体会致使变压器的绝缘老化, 影响变压器的使用寿命。严重时将产生大量的气体, 使变压器的气体继电器动作报警, 跳闸, 致使变压器终止运行, 将会给生产和经济造成不可估量的损失。
3 故障的情况
有一台在现场运行4年的电力变压器, 型号为SFZ11-120000/110, 该变压器近段时间发现瓦斯继电器内出现气体, 现场抽取绝缘油样进行分析化验, 发现绝缘油的闪点下降, 并且有特殊气味, 由此断定变压器有局部放电点。工作人员到达现场后, 首先对故障情况进行仔细分析, 并不能确定有任何异常, 最后通过测量直流电阻, 发现高压5分接、13分接三相电阻不平衡, 5分接电阻值为AO:0.1231;BO:0.1233;CO:0.1260;三相不平衡率为2.33%, 13分接电阻值为AO:0.1230;BO:0.1232;CO:0.1263;三相不平衡率为2.65%, 这两个分接的三相不平衡率均超过标准值 (标准规定相电阻不平衡率<2%) , 其他分接正常。由于此变压器为有载调压变压器, 电压比为110±8×1.25/10.5k V由此可以确定高压侧调压引线5有问题。根据现场实际情况, 笔者制定一个具体的解决方案:首先要把油箱里的绝缘油放出, 然后打开油箱上的人孔盖板, 由工作人员钻进油箱, 检查处理故障点。
4 处理与分析
首先将变压器本体内的绝缘油全部放出, 然后打开人孔盖板, 工作人员钻进油箱内部, 检查引线与开关连接处, 并没有发现松动迹象, 然后来回晃动调压引线5, 外面试验人员再进行此相直流电阻测试, 发现测试结果发生明显变化, 由此可断定引线5内部有接触不良, 随即工作人员拆开引线5的绝缘层, 发现此引线与线圈连接处的冷轧点接触不良, 有轻微放电点。将此处重新冷轧, 然后再进行直流电阻测试, 测试结果为5分接电阻值为AO:0.1231;BO:0.1233;CO:0.1235;三相不平衡率为0.32%, 13分接电阻值为AO:0.1230;BO:0.1232;CO:0.1235;三相不平衡率为0.41%, 全部符合国家标准。然后重新包扎好绝缘, 上好人孔盖板, 将绝缘油重新注入变压器, 送电投如运行, 一切正常。本台变压器器身引线如下图所示。
结束语
通过这次三相电阻不平衡的处理, 笔者认为在生产工艺过程中, 工作人员应该严格执行工艺标准, 做好细节, 不要因为自己的马虎而造成不可估量的后果。质量检查人员应该认真仔细检查每一处接触点, 尽可能避免此类故障的再次发生。再遇到此类故障时, 要有耐心, 不能轻易放过每一处隐患, 对各种情况进行分析, 定出合理的处理方案, 一次性彻底解决问题, 减小生产和经济上的损失。
摘要：文中介绍了变压器直流电阻三相不平衡故障的查找, 及处理方法。
关键词：变压器,直流电阻三相不平衡
参考文献
[1]谢毓城.电力变压器手册[M].机械工业出版社, 2003.
[2]王兴昌, 沈镜明.变配电设备检修手册[M].江苏科技技术出版社, 1988.
[3]贺以燕, 杨治业.变压器试验技术大全[M]辽宁科学技术出版社, 2006.
三相调压器 篇8
电力变压器是电网的重要组成部分,其安全稳定运行十分重要。铁芯和绕组作为电力变压器的重要部件,影响着变压器的电磁性能和机械性能,其优劣是变压器能否健康运行的重要标准。统计数据显示,变压器运行中,铁芯和绕组引起的故障在总故障中排第三位,是变压器的主要故障源[1,2]。因此对变压器振动的严格限制已成为一种现实要求,同时变压器振动水平的高低,也成为衡量变压器生产厂家设计和制造水平的重要指标[3,4,5]。对此国家有关部门也出台了一系列的政策和标准,以此来最大限度地规范变压器的振动和噪声[6]。
电力变压器在运行时铁芯及绕组的振动和变压器容量、硅钢片的材质、铁芯结构、磁通密度等特性有关。振动的根源在于以下三个方面:硅钢片的磁致伸缩引起的铁芯振动;硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力, 从而引起铁芯的振动;当绕组中有负载电流通过时, 负载电流产生的漏磁引起绕组的振动[7,8]。
目前国内外针对变压器振动的研究侧重于绕组在变压器短路等异常工作时其绕组的轴向力、辐向力和弯曲变形,并未对空(轻)载和负(超)载条件下进行绕组和铁芯振动的各自的纵向比较。同时诸多文献给出了磁致伸缩效应是铁芯振动的主要根源的结论,但并没有用具体数据指出磁致伸缩在变压器振动中如何起主导作用[9,10,11]。在理解变压器振动原理的基础上,采用COMSOL仿真软件,将一台S11系列35 kV、1 600 kVA的三相三柱式电力变压器作为研究对象,通过建立包括电磁场和结构力场两个模块的偏微分方程,在兼顾铁芯、绕组的材料属性影响的同时研究铁芯和绕组在不同负载条件下的磁通分布和应力应变,计算变压器不同负载条件时铁芯、绕组对变压器振动的贡献。
1 变压器多物理场研究
1.1 变压器振动分析
变压器的铁芯振动是由漏磁作用下的洛伦兹力和铁芯硅钢片的磁致伸缩引起的[12,13]。所谓磁致伸缩效应是指:铁心材料在施加外磁场时,其内部随机取向的磁畴发生旋转,使得各磁畴的磁化方向趋于一致,铁芯对外显示的宏观效应即沿磁场方向伸长或缩短。由于与极性无关,所以磁致伸缩引起的铁芯振动频率是基频的两倍。磁致伸缩有线磁致伸缩和体积磁致伸缩两种形式。在变压器铁芯中的磁致伸缩一般指的是线磁致伸缩,其大小跟硅钢片退火温度、机械应力、静压力等因素有关[14]。
当变压器绕组中流过负载电流时,绕组周围就会产生漏磁通,由于电流和漏磁场的作用,在绕组内产生洛伦兹力,洛伦兹力的大小正比于电流的平方。运行中的变压器绕组可以看成受外界激励的质量—刚度—阻尼的机械振动结构,因为受到洛伦兹力的影响,做着复杂的机械运动。空载时绕组中电流很小,洛伦兹力也很小,机械振动微弱,对变压器的振动贡献就小;负载较大时,机械运动更为强烈进而带动变压器整个物件振动,同时以声波形式向外扩散[15]。
1.2 电磁场模块
在变压器运行时,由铁芯构成的磁路中存在着交变的电磁场,变压器铁芯中的电磁场方程为
式(1)中:u是磁导率,A是磁位移矢量,J是电流密度,γ是电导率。由于变压器铁芯相对较高的磁导率,铁芯表面的边界条件由式(2)给出
n×H=0- (2)
H是磁场强度,n是铁芯表面的单位法向量,此公式表示磁场旋度为零,无法向电流,在边界面上。
求解域中的铁芯的材料属性为:相对磁导率是700,导电率是110×105 S/m。绕组选用软件材料库里面默认的铜材料。
1.3 结构力场模块
结构力场模块是建立在电磁场研究的基础上,对于铁芯而言是将电磁场模块中计算得来的洛伦兹力和铁芯磁通的磁致伸缩变化的效应与结构力场进行耦合,建立结构力学方程,进行结构力场的分析[16]。
对绕组上受到的力可以用下述方程来表示
∇·σ+fv=ρa (3)
式(4)中σ为应力张量,fv是洛伦兹力,ρ是密度,v是振动速度,a是矢量加速度。应力张量由胡克定律给出
σij=cijklεkl (5)
这里σ为应力张量,εkl是应变张量,cijkl是弹性模量,d是位移矢量。应变可以通过式(6)的位移方程求得
应变与位移的关系建立如下方程:
在这里εx表示x方向的应变,同理类推εy等,εxz,εyz表示切应变。为简化计算建立的是二维模型,所以在z方向上没有切应变和位移变化。建模时铁芯的泊松比设置为0.3,杨氏模量为120×109 Pa,铜绕组的泊松比为0.32,杨氏模量为90×109 Pa。根据上述方程整理得到如下矩阵公式
-ST1[C]S2d=fv (8)
式(8)中C是材料的杨氏模量,S1、S2由式(9)给出
2 计算结果分析
选用一台35 kV、1 600 kVA的三相三柱式电力变压器作为研究对象,运行条件分为空载和负载,分析类型选为瞬态分析,求解器步长设置为0.05ms,求解时间是10 ms,为五个周期,可以代表一般意义。网格剖分共含有7 466个三角单元,其中绕组部分特别细化,其余部分自由剖分,剖分结果如图1所示,其中外框上的纵横坐标单位是米(m),变压器器身二维结构尺寸为2.4×1.6(m)。为计算方便采用正负轴对称布置。
2.1 铁芯磁通分布
为模拟真实运行时不同负载的情况,在对绕组施加额定三相电压激励的同时对绕组施加不同负载电流,图2是在T=0.018 s时刻下的主磁通和漏磁分布图。为简化计算,铁芯结构布置没有刻意避免漏磁,所以从仿真结果看到,漏磁通既在绕组中存在,同时又在绕组周围存在。
2.2 铁芯的振动
由于铁芯各方向的振动与磁致伸缩各方向的力有关,而磁致伸缩各方向的力与各方向的主磁通有关,又由于负载和空载条件下,铁芯中主磁通的变化很小,因此假设忽略不同负载下铁芯受磁致伸缩作用振动的变化,这样磁致伸缩作用对铁心振动的影响只需研究空载条件即可。
空载条件下由于空载电流的存在,铁芯要受到洛伦兹力的影响。在结构力场模块中,同时对铁芯施加磁致伸缩力和洛伦兹力作为激励,并且为了对比效果明显,铁芯的边界在软件中设置为自由和约束两种状态,自由既对铁芯的任意边界都不进行约束,只要受力就会发生形变。约束是指为了比对自由的效果,刻意将铁芯下部设置为约束条件也即不发生形变。自由和约束状态下的等效应力(N/m2)分布情况如图3和图4所示。
当在结构力场模块中单独对铁芯施加磁致伸缩力和洛伦兹力的激励时,铁芯的等效应力(N/m2)分布情况分别如图5和图6所示。比较图5和图6 中铁芯的等效应力可以看出:磁致伸缩效应引起铁芯的形变是轴向和辅向,而洛伦兹力对铁芯的影响只在辅向方向,这完全符合物理结构受力分析;磁致伸缩效应对铁芯振动的影响远远大于洛伦兹力的作用,其数量级相差2倍,所以磁致伸缩效应引起的铁芯振动才是铁芯振动最主要的根源。
2.3 绕组的振动
绕组振动主要是绕组中流通的漏磁和电流相互作用的洛伦兹力引起,其大小与负载电流的大小有直接关系。图7和图8分别为空载和额定负载条件下绕组的等效应力(N/m2)分布情况。从图中数据明显看出负载情况下绕组的振动是空载条件下振动的十倍甚至几十倍,其原因在于洛伦兹力大小正比于绕组中电流的平方。
3 结语
因铁芯硅钢片的磁致伸缩效应和绕组洛伦兹力的存在,变压器运行过程中会振动,并产生噪声。使用COMSOL软件对三相电力变压器铁芯振动及线圈振动的2D对称模型进行仿真和分析。选用其瞬态求解器,通过相应设置完成了多场耦合计算。采用硅钢片预变控制,分析了磁致伸缩效应对变压器振动的影响;同时分析了绕组所受洛伦兹力作用对振动的贡献。给出的数据形象地验证了以下结论:空载或轻载条件下变压器的振动主要在于铁芯的振动,而铁芯的振动甚至完全可以看做是硅钢片的磁致伸缩造成的;在变压器负载较大的时候或者超负荷运行时,由于绕组所受洛伦兹力正比于电流的平方,此时不可忽略绕组振动对变压器振动的贡献,这为后续的如何降振、降噪的研究提供了借鉴。
摘要：根据变压器振动产生机理,在时变电磁场及结构力学方程的基础上,使用COMSOL建立物理模型,从多场耦合的角度,对一台三相三柱式电力变压器在空载和负载条件下其磁场分布、铁芯磁致伸缩应力、应变及绕组洛伦兹力分别进行计算。计算结果给出的图像形象验证了空载和轻载时磁致伸缩是铁芯振动的主要原因,满载和过载情况下绕组洛伦兹力对变压器振动的贡献不能忽视,为后续的如何降振、降噪的研究提供了借鉴。