高压谐振干式变压器的研究

摘要：论述了谐振干式变压器的原理、设计方法及开发中应注意的几个问题，并通过计算值与实测值的比较，证明了计算公式的准确性和实用性。信息来自：输配电设备网1。前言：随着电力电子技术的发展，利用高压谐振技术对大容量电气设备进行工频耐压试验成为可能，已广泛应用于电缆、电容器、发电机等大电容电力设备的交流试验。其原理是通过调整铁芯磁路的气隙长度，可以得到不断变化的电感L，可以与被测物体的接地电容C产生谐振。以一台150千伏安试验装置为模型，阐述了高压谐振干式变压器的原理及相关参数的计算。

2.谐振干式变压器原理

2.1结构特点：谐振干式变压器的铁芯可以做成两种不同的结构：壳型和芯型。铁心干式变压器在一系列主要指标上不如壳铁心干式变压器，其重量和尺寸更大，调节气隙的传动机构更复杂。因此，我们研制的测试装置采用壳体结构，谐振干式变压器的绕组套在活动中心柱外。

2.2特性曲线：谐振干式变压器的特性曲线如图2所示。从图2可以看出，谐振干式变压器的伏安特性在不同气隙长度下具有良好的线性关系，其电感l与干式变压器上的电压值无关。因此，这种谐振干式变压器用于交流谐振测试时，可以在低电压阈值下进行调谐(通过传动机构改变动铁芯与下轭铁芯之间的气隙长度)，调谐到谐振时，测试电压再次升高，系统调谐非常方便。

2.3回路电感l与铁芯气隙长度的关系：气隙可调的谐振干式变压器，无论是串联还是并联，都是通过调节铁芯气隙长度，改变回路电感l来谐振，这就是谐振干式变压器对于对地有一定电容的主体，通过改变铁芯气隙长度来谐振的机理。但是需要注意的是，气隙长度不能太大，这样会破坏既定的共振阈值。

2.4调谐原理：(1)串联调谐：串联谐振干式变压器的等效电路如图3所示。当工频电压US=220V，f=50Hz IS施加到谐振干式变压器时，当手动或自动调节L=1/C或XL=XC时，回路串联谐振，其中回路电流较大=Us/(RL RC)，因为当调谐到谐振时，RC RL，Then IsUS/Rc (1)测试对象上的电压UC和调谐电抗器上的电压UL为Uc=(1/c)Is=XcIs UL=LIs=XLIs因此，电源容量Ps=UsIs=(Uc/Q)Is=Pc/Q (4)。从公式(4)可以看出，当谐振干式变压器被调谐到谐振时，电源电压和容量是被测产品的相应电压和容量的1/Q。因此，与一般测试干式变压器相比，谐振干式变压器具有重量轻、体积小的优点。(2)并联调谐并联谐振干式变压器的等效电路如图4所示。当RLL，Rc1/c时，并联谐振的谐振频率fo为：并联电路的品质因数Q为：Q=(0L)/(RL Rc)=1(RL Rc)0C (6)，其中RL、RC——电感和电容()L ——调谐电抗器电感(h)的等效串联电阻当回路的振荡频率等于外加电源的频率时，回路的阻抗较大(且为纯阻性)， 但是L1和C1上的电流i1和I2C都是回路电流i1的Q倍，即IL=IC=QI。 #p#分页标题#e#

3谐振干式变压器主要参数的计算

3.1电感l的计算：(1)漏电感LS=[(4n2ss10-9)/LS](h)(7)ss ——等效漏磁截面积(cm2) lS——等效漏磁长度(cm)N——绕组匝数(2)主电感LO l0的计算=[其中——气隙长度(cm)S——气隙磁路等效截面积(cm2)(3)总电感l l l的计算

3.2铁心尺寸计算：(1)阶梯铁心外圆直径D=K(根数4次方)(cm) (10 kVA)公式(10)中S——铁心比例系数K——，4.5 ~ 5.5(选用冷轧硅钢片时取较小者)(2)铁心有效截面积SGSG=(D2/4)KyKd(11)Ky=0.9——铁心系列利用系数Kd=0.9——220V或380V，f——电源频率，50Hz B——铁芯磁通密度，(1.5 ~ 1.8) 104 gs，二次线圈匝数N2计算方法同上，只是用二次线圈电压代替U1。

3.4较小气隙min和较大气隙max的计算：(1)min的计算：公式中的KL——电感调整系数，6.5 ~ 7.0(2)maxKKLKmin(14)K=2.2 ~ 2.5公式中的计算，谐振干式变压器的其他参数与普通电抗器相似。信息源：

4.4上述计算公式用于150千伏安谐振试验干式变压器的设计

对一台电源电压U1=0.22kV，输出电压U2=15kV，输出功率P2=150kVA，且能对较大计算电容为2μF的试品进行工频高压试验的谐振干式变压器进行设计。干式变压器动铁心柱及套装在外面的一、二次绕组如图5所示，其中主要参数的计算结果如下： D=12cm，动铁心外接园直径 ， D1=13.5cm，一次绕组内径，D2=18cm，二次绕组内径 ，D3=25.5cm，二次绕组外径， H=37cm，绕组高度 ，N1=66匝，一次绕组匝数 ，N2=4464匝，二次绕组匝数，谐振干式变压器调谐电感参数的计算值与实测值如表1所示。

表1 调谐电感参数的计算值与实测值 δ(cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 L计算值(H) 31.61 18.96 14.47 12.64 11.37 10.53 9.92 9.47 L测量值(H) 29.93 18.12 15.3 13.2 11.8 10.7 10.3 8.95 误差(%) 5.6 4.6 -5.4 -4.3 -3.6 -1.6 -3.7 5.8

  5 结论 信息请登陆:输配电设备网

(1)由表1可知，计算值与实测值较大误差不超过6%，说明上述计算公式具有较高精度，足以满足工程计算的要求。(2)当试验接近于试品的较大电容计算值时，试品上的电压可能超过按变压比决定的数值，为了降低电压谐振的效应，应使干式变压器二次线圈的漏抗尽可能小，同时应在输出回路加装防过压装置。(3)因电压与气隙δ无关，因而应先在较低电压下进行调谐，当谐振发生后，再将输出电压升高到试品的试验值。(4)在气隙调节过程中，干式变压器的铁心和机械传动机构受到很大的电磁力作用，造成较强的振动、噪声，严重时会损坏谐振干式变压器的部件。因此这种装置的机械结构应特殊设计。