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高阻抗变压器附加损耗增大的原因分析

2017-04-22 09:09:34 水阻柜网 阅读

由于漏磁场的大小及分布规律决定变压器的漏抗,而变压器的漏抗大小又决定了变压器的阻抗。因此,分析高阻抗变压器的附加损耗,应从漏磁场分析入手。漏磁场在绕组中产生涡流损耗,在油箱及结构件中产生杂散损耗,下面重点分析阻抗电压、漏磁场和损耗三者间的关系。


1 导线中涡流损耗的计算

为了便于分析涡流损耗,首先讨论在均匀纵向漏磁场中单根导线情况。在导线上截取长度为L,厚度为a,轴向宽度为b(L>>a,)至少L≥10 a)的一段,并假设纵向均匀漏磁通密度为Bx,如图1所示。

当磁通的频率为f时,在a的中点取一个纵剖面作为x=0位置,则在长L,宽2x的矩形内产生的感应电动势有效值为


      

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Ex=2√2πfxLBx.

式中 Ex———导体内产生的感应电动势,V;

f———磁通的频率,Hz;

L———截取导线的长度,m;

Bx———漏磁通密度,T。

因为L≥10a,可不考虑两个2 x长度上的电阻。厚度为d x矩框回路沿L方向的电阻为


      

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式中 Px———涡流损耗,W;

ρ———导线的电阻率,Ω·m;

a———截取导线的厚度,m;

b———截取导线的宽度,m。

若导线的密度为γ,则导线质量m=abLγ。将m代入上式,则有


      

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式中 P———双绕组变压器涡流损耗,W;

Bm———最大漏磁通密度,T。

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对高阻抗变压器,最大漏磁通密度为

Bm=1.78×10-4 NI/HK,

式中 NI———电流链(安匝),A;

HK———绕组电抗高度,cm。

由于UK∝NI/HK较大,因此,涡流损耗较大。这正是高阻抗变压器涡流损耗增大的原因。


2 杂散损耗的计算

漏磁通穿过钢结构件,路径比较复杂,精确计算有一定的困难。下面设想每柱绕组所产生的漏磁通ΦS在走向上分为两组,穿过绕组后进入油箱壁的一组为Φt,它存在的断面为Sx1+Sx2,长度为HK+2(R1-Rt),导磁率为μ0的空间里,并通过钢板油箱壁构成回路,其等值截面为S01+S02,长度为HK,如图3所示。


      

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其中 Rt———漏磁通Φt的等值半径;

R0———漏磁通Φ′的等值半径;

R2———漏磁通ΦS的等值半径,近似取为主间隙的平均半径。


      

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式中K3=K1K2(St1+1/2St2)/(S01+1/2S02).变压器的杂散损耗正比于Φt在箱壁内产生的损耗。根据图3,在箱壁内d x厚度产生的损耗为d Px,lt′为箱壁上的涡流长度,并使lt′=K4 lt,其中lt为油箱周长。按武汉变压器厂编写的《变压器设计讲义》的推导,求出一个铁心柱上的绕组的Φt产生的损耗为


      

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其中 ΣD为漏磁通等效漏磁断面,


      

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U′K———折算到原边的阻抗电压,V;

Ur———原边的额定电压,V;

UK———原边阻抗电压与额定电压之比;

α———漏磁因数,α=ΣD/ΣD1。

将(7)式代入(6)式,得


      

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由上式知Px∝UK2。变压器的附加损耗和阻抗电压的平方是正比关系,这正是高阻抗变压器附加损耗较高的原因。


3 结论

a)对于高阻抗变压器,要减小涡流损耗,应使绕组导线细化,即将a减小,在设计时可采用组合换位导线,保证涡流损耗不因阻抗的增大而增大。对于横向涡流损耗,主要是由安匝不平衡造成的,只要在设计时注意安匝平衡的计算即可解决。  

b)为了减小杂散损耗,可简化夹件结构,最好取消漏磁较大的下夹件,采用其他方式固定下轭。另外,油箱采用磁屏蔽结构,即在油箱壁靠近线圈部位放置高导磁材料,使漏磁通沿高导磁材料闭合而不进入箱壁。

 


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