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高阻抗變壓器
高阻抗變壓器
來源: 未知 發布日期:2017-07-22 08:58 點擊數:未知
    由于漏磁場的大小及分布規律決定變壓器的漏抗,而變壓器的漏抗大小又決定了變壓器的阻抗。因此,分析高阻抗變壓器的附加損耗,應從漏磁場分析入手。漏磁場在繞組中產生渦流損耗,在油箱及結構件中產生雜散損耗,下面重點分析阻抗電壓、漏磁場和損耗三者間的關系。
 
    1 導線中渦流損耗的計算
 
    為了便于分析渦流損耗,首先討論在均勻縱向漏磁場中單根導線情況。在導線上截取長度為L,厚度為a,軸向寬度為b(L>>a,)至少L≥10 a)的一段,并假設縱向均勻漏磁通密度為Bx,如圖1所示。
 
    當磁通的頻率為f時,在a的中點取一個縱剖面作為x=0位置,則在長L,寬2x的矩形內產生的感應電動勢有效值為
 
    Ex=2√2πfxLBx.
 
    式中 Ex———導體內產生的感應電動勢,V;
 
    f———磁通的頻率,Hz;
 
    L———截取導線的長度,m;
 
    Bx———漏磁通密度,T。
 
    因為L≥10a,可不考慮兩個2 x長度上的電阻。厚度為d x矩框回路沿L方向的電阻為
 
    式中 Px———渦流損耗,W;
 
    ρ———導線的電阻率,Ω·m;
 
    a———截取導線的厚度,m;
 
    b———截取導線的寬度,m。
 
    若導線的密度為γ,則導線質量m=abLγ。將m代入上式,則有
 
    式中 P———雙繞組變壓器渦流損耗,W;
 
    Bm———最大漏磁通密度,T。
 
    對高阻抗變壓器,最大漏磁通密度為
 
    Bm=1.78×10-4 NI/HK,
 
    式中 NI———電流鏈(安匝),A;
 
    HK———繞組電抗高度,cm。
 
    由于UK∝NI/HK較大,因此,渦流損耗較大。這正是高阻抗變壓器渦流損耗增大的原因。
 
    2 雜散損耗的計算
 
    漏磁通穿過鋼結構件,路徑比較復雜,精確計算有一定的困難。下面設想每柱繞組所產生的漏磁通ΦS在走向上分為兩組,穿過繞組后進入油箱壁的一組為Φt,它存在的斷面為Sx1+Sx2,長度為HK+2(R1-Rt),導磁率為μ0的空間里,并通過鋼板油箱壁構成回路,其等值截面為S01+S02,長度為HK,如圖3所示。
 
    其中 Rt———漏磁通Φt的等值半徑;
 
    R0———漏磁通Φ′的等值半徑;
 
    R2———漏磁通ΦS的等值半徑,近似取為主間隙的平均半徑。
 
    式中K3=K1K2(St1+1/2St2)/(S01+1/2S02).變壓器的雜散損耗正比于Φt在箱壁內產生的損耗。根據圖3,在箱壁內d x厚度產生的損耗為d Px,lt′為箱壁上的渦流長度,并使lt′=K4 lt,其中lt為油箱周長。按武漢變壓器廠編寫的《變壓器設計講義》的推導,求出一個鐵心柱上的繞組的Φt產生的損耗為
 
    其中 ΣD為漏磁通等效漏磁斷面,
 
    U′K———折算到原邊的阻抗電壓,V;
 
    Ur———原邊的額定電壓,V;
 
    UK———原邊阻抗電壓與額定電壓之比;
 
    α———漏磁因數,α=ΣD/ΣD1。
 
    將(7)式代入(6)式,得
 
    由上式知Px∝UK2。變壓器的附加損耗和阻抗電壓的平方是正比關系,這正是高阻抗變壓器附加損耗較高的原因。
 
    3 結論
 
    a)對于高阻抗變壓器,要減小渦流損耗,應使繞組導線細化,即將a減小,在設計時可采用組合換位導線,保證渦流損耗不因阻抗的增大而增大。對于橫向渦流損耗,主要是由安匝不平衡造成的,只要在設計時注意安匝平衡的計算即可解決。
 
    b)為了減小雜散損耗,可簡化夾件結構,最好取消漏磁較大的下夾件,采用其他方式固定下軛。另外,油箱采用磁屏蔽結構,即在油箱壁靠近線圈部位放置高導磁材料,使漏磁通沿高導磁材料閉合而不進入箱壁。
 
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