一種間調(diào)式變壓器的設(shè)計(jì)研究

周曉宇

寧夏發(fā)電集團(tuán)有限責(zé)任公司馬蓮臺(tái)電廠，寧夏 靈武 750411

0 引言

隨著電化學(xué)、電冶金等用整流裝置的不斷增多和單機(jī)容量的不斷增大，間調(diào)式變壓器因其具有降低開關(guān)容量和較大的調(diào)壓范圍等諸多優(yōu)點(diǎn)，而得到了較為廣泛的應(yīng)用。在理論上，串壓變壓器調(diào)變壓的原理屬于間接調(diào)整變壓器電壓的方式，因而也往往簡(jiǎn)稱為“間調(diào)式”變壓器。間調(diào)式變壓器一般情況下由主變壓器和串聯(lián)變壓器兩個(gè)重要的部件所構(gòu)成的，且將它們置于同一機(jī)械箱內(nèi)。

間調(diào)式變壓器結(jié)構(gòu)中的直降式有載分接整流變壓器隨著科技發(fā)展逐漸成為大中型變壓器的發(fā)展樣式。早在上個(gè)世紀(jì)60年代中期，一些國(guó)家就開始將間調(diào)式變壓器應(yīng)用于電化學(xué)、電冶金等中要的電力部門，國(guó)產(chǎn)的60kV間調(diào)式變壓器也已有二十余年的運(yùn)行史。2001年，從日本引進(jìn)的220kV間調(diào)式變壓器也已在貴陽(yáng)某鋁廠投入運(yùn)行，并獲得了較好的運(yùn)行結(jié)果。

1 設(shè)計(jì)方法

一般情況下，間調(diào)式變壓器由主變和串變的低壓繞組兩部分相串聯(lián)組成，在結(jié)構(gòu)上做成“8字”形。在調(diào)壓過程中，串變從主變的三次繞組勵(lì)磁，保持串變一、二次繞組的匝數(shù)比固定不變，當(dāng)一次勵(lì)磁電壓發(fā)生變化時(shí)，其二次電壓也隨之變化，所以主變屬于恒磁通調(diào)壓。而串變高壓繞組匝數(shù)固定不變，通過調(diào)節(jié)分接選擇器的位置改變串變勵(lì)磁電壓的幅值，因而施加于串變高壓繞組的電壓是變化的，所以串變屬于變磁通調(diào)壓。使主變的二次電壓與串變感應(yīng)的二次電壓相減或相加，便可使變壓器輸出端電壓得到范圍較寬的調(diào)整。要想調(diào)壓范圍增加一倍時(shí)，只需通過轉(zhuǎn)換選擇器而不必增加調(diào)壓匝數(shù)就可辦到，通過轉(zhuǎn)換選擇器的變化還可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓的正負(fù)。

但一些電工、電子愛好者甚至電子線路設(shè)計(jì)人員往往會(huì)碰到設(shè)計(jì)好的變壓器，繞制時(shí)卻繞不下；或者，變壓器設(shè)計(jì)時(shí)能滿足要求，但在帶足負(fù)載后往往達(dá)不到設(shè)定的電壓；或者，能夠設(shè)計(jì)出性能良好的變壓器，但制作成本較高而沒有商業(yè)價(jià)值。

一般情況下，主變?nèi)位芈冯妷涸?5kV～25kV 之間，但要是一次電壓在15kV～35kV之間時(shí)，可選定使用三次回路電壓設(shè)計(jì)更為合適，不但能夠效的降低相應(yīng)損耗和材料消耗，還能充分體現(xiàn)間調(diào)試變壓器的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果。在談到變壓器的設(shè)計(jì)方法與技巧時(shí)，應(yīng)該注意一下的幾個(gè)方面的問題。

1.1 變壓器截面積確定

一般情況下，要根據(jù)變壓器使用時(shí)的總功率“P”來確定的鐵芯的截面積。在使用時(shí)，負(fù)載能夠保持恒定不變的，則可按照計(jì)算的理論值來選取鐵芯所設(shè)計(jì)的變壓器截面積。但如果負(fù)載，如功放電源、音頻等變壓器設(shè)備時(shí)，經(jīng)常發(fā)生比較大的變化，則截面積的設(shè)定值應(yīng)適當(dāng)大于理論值，這樣才能確保有足夠的輸出功率。

那么如何確定變壓器的“P”值呢。首先，計(jì)算出使用時(shí)負(fù)荷的最大功率，然后根據(jù)使用情況估算出變壓器在使用中需要輸出的最大功率。特別是功放電路、音頻變壓器的電源變壓器等。這些最大功率就是這些變壓器的“P”值了。

1.2 每伏匝數(shù)的確定

變壓器的匝數(shù)是由硅鋼片的質(zhì)量和鐵芯截面積等兩大重要因素決定的，通常從理論上計(jì)算出的每伏匝數(shù)是有較大余量的。但實(shí)際應(yīng)用表明，將每伏匝數(shù)從理論設(shè)計(jì)的數(shù)值上減少5%～10%是更為合理的。如，一只額定功率為30W 的電源變壓器，根據(jù)理論計(jì)算（采用8700高斯的中矽鋼片）每伏匝數(shù)為7.0 匝，而實(shí)際使用時(shí)只需6.5匝/V就足夠了了，且這樣繞制的變壓器空載電流也就在24m左右。

1.3 漆包線的線徑確定

在不同的情況下，漆包線通載電流有著較大的差距，故線徑的變化幅度也較大。一般根據(jù)負(fù)載電流來確定線徑大小，變壓器在額定的電流下連續(xù)工作時(shí)，其工作電流一般保持不變，當(dāng)環(huán)境溫度不是很高且變壓器本身散熱條件較好時(shí)，應(yīng)按電流密度為2.5A/mm2選取漆包線的線經(jīng)；但在環(huán)境溫度比較高且散熱條件不理想時(shí)，漆包線按電流密度2.0A/mm2選取線徑。如果變壓器連續(xù)工作時(shí)負(fù)載電流基本不變，但一般時(shí)段工作電流只有最大電流的1/2左右時(shí)，只需按照漆包線電流密度為2.5 A/mm2～3.0A/mm2來選取線徑就可以了。

這樣，既可保證變壓器質(zhì)量又可提高電流的利用效率，大大降低運(yùn)行成本，達(dá)到理想的設(shè)計(jì)效果。

2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

間調(diào)式變壓器的設(shè)計(jì)研究之所以引起人們的普遍關(guān)注，是因?yàn)榫哂幸韵嘛@著優(yōu)點(diǎn)：

1）該變壓器較適用于一次電壓為10kV～25kV、容量為20MVA及以下的變壓器，當(dāng)單機(jī)組容量大致15kV～35kV及以上時(shí)，可采用超高壓一次直降至所需電壓，就能大量節(jié)約變壓器的型式容量及投資成本；

2）間調(diào)式變壓器由于減少了變壓層次，充分利用變壓器的優(yōu)點(diǎn)，一次電壓應(yīng)在35kV及以下，總的變電效率可提高2.2%～3.5%，同時(shí)可改善功率因數(shù)，三次回路電壓的設(shè)計(jì)很好的體現(xiàn)了節(jié)能效果和節(jié)材；

3）該變壓器在設(shè)計(jì)是添加了有載分接開關(guān)置于第三線圈，其額定電流、電壓在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不受電網(wǎng)電壓的限制，再加上，第三線圈的最大通過容量只有額定輸出容量的1/2，與采用獨(dú)立的調(diào)壓變壓器相比，采用較小容量的有載分接開關(guān)，可大大減少其負(fù)擔(dān)，具有更大的靈活性；

4）由于采用了同芯式線圈配置方式，在選擇了合理設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，即使變壓器的調(diào)壓范圍大于了最高的40%，其阻抗電壓仍維持合理的范圍內(nèi)；

5）電壓通過等差級(jí)數(shù)調(diào)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。總得來說，這種間調(diào)式變壓器中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大大減小，將使漏磁通量減小，即使匝數(shù)不變，也將使電抗減小，從而短路電壓也減小。這很好的減少了高頻系統(tǒng)中的電壓損失，此外，因?yàn)槁┐磐繙p小，也使變壓器周圍空間寄生磁電流場(chǎng)的強(qiáng)度大大降低，減小了維護(hù)工作量，降低了維護(hù)費(fèi)用。

3 結(jié)論

將傳統(tǒng)的主變高壓繞組和調(diào)壓繞組式自耦變壓器改為由獨(dú)立繞組回路組成的間調(diào)式變壓器時(shí)，可大大降低相應(yīng)損耗和有效減少材料消耗。要想設(shè)計(jì)出性價(jià)比較高的間調(diào)式變壓器，只能選取截面積較大的鐵芯而千萬不能設(shè)計(jì)鐵芯面積小的，但可適當(dāng)減少每伏匝數(shù)，在選用漆包線規(guī)格時(shí)可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的具體情況進(jìn)行合理選擇。最后根據(jù)實(shí)際應(yīng)用和實(shí)踐狀況進(jìn)行反復(fù)推敲、推算得出較為合理的設(shè)計(jì)結(jié)果。相信只有掌握變壓器的設(shè)計(jì)方法和技巧，才能真正增加社會(huì)效益和企業(yè)效益。

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