24脉波移相整流变压器设计摘要：为了减少整流装置对电网产生的谐波污染，设计一种新型共轭式24脉波移相整流变压器，从而达到消除低次谐波的目的，同时采用该结构可大大降低变压器的材料成本。
本文结合设计实例以供参考。
关键词：整流变压器；设计；24脉波；共轭式一、前言随着社会的发展，各种用电设备的不断增加，交流电网中谐波污染问题也日益突出。
为了建造绿色电网的目标，国家制定了专门的标准GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》，供电部门正按照这一标准对各用电客户的谐波限制措施提出了严格的要求。
特别是高能耗用电企业如氯碱化工、铝镁电解、电解铜等更是重中之重，其整流装置是主要的谐波污染源。
当前对谐波的抑制措施主要有两种方式，一种是增加整流所的等效相数；另一种是安装滤波装置。
本文只探讨与前者密切相关的单机组24脉波（两机组构成等效48脉波）移相整流变压器设计问题。
二、整流变压器设计实例我公司2012年初接得山东某化工公司的食盐电解整流变压器合同，有两个系列，每个系列有两台ZHSFPT-21500/110整流变压器，单台24脉波，两台构成等效48脉波。
整流方式为三相桥式整流，同相逆并联，冷却方式为强油风冷，变压器为主调合一免吊心结构。
(一)基本参数：网侧电压：U1=110kV±10%，50Hz±1%单机额定直流输出电压：Udn=550V单机额定直流输出电流：Idn=4×8.1kA调压范围：65~105%Udn27级等差调压，M型开关短路阻抗：10%，变压器效率：98.7%高压中性点绝缘水平按60kＶ级考虑补偿绕组容量:4000kV AR, 电压10kV额定直流空载电压:Udo=1.14×550=627V阀侧额定相电压(角接)U2=627÷1.35=464.4V阀侧额定相电压(星接)U2=627÷2.34=267.9V每支路额定相电流（角接）：I2φ=0.471×8100/2=1908A每支路额定相电流（星接）：I2φ=0.816×8100/2=3305A每支路额定臂电流：Ib=0.577×8100/2=2337A变压器额定容量: SN=1.047×627×4×8100/1000=21270kV A一次额定电流：I1N=21270/110/√3=111.6A整变高低电压比:k12=110000/√3/0.85/464.4=160.887整变高压额定相压：U1φ= k12×464.4=74715V调压线圈额定相电压：Ut=74715-110000/√3=14943V调压线圈额定相电流：It=0.85×21270/110/√3=94.9A调变高压绕组额定电流：IG=111.6-94.9=16.7A±3.75°移相时：整变基本线圈电压：Ujφ=74715×sin(60°-3.75°)/sin(120°)=71735V 整变移相线圈电压：Uyφ=74715×sin(3.75°)/sin(120°)=5643V±11.25°移相时：整变基本线圈电压：Ujφ=74715×sin(60°-11.25°)/sin(120°)=64865V 整变移相线圈电压：Uyφ=74715×sin(11.25°)/sin(120°)=16831V流过整流基本、移相绕组额定电流：Iy= Ij =94.9/4=23.7A三、设计方案的选择目前24脉波移相整流变压器有多种实现方式，其中比较流行有两种：1）.一台自耦变加两台共轭式铁心整流变压器，每台共轭式铁心整流变压器实现12脉波移相，两台实现24脉波。
2）.一台自耦变加四台独立铁心整流变压器，每台整流变实现6脉波移相，四台实现24脉波。
本案选择第1种方式。
由于是110kV分级绝缘变压器，故本案例调压变选择比较流行的中性点正反调压接线方式，调压变本身不移相，移相功能集中到整流变上。
这时整流变一次侧采用曲折形移相方式。
为了使移相角度较小些节省材料，故整流变二次侧再配以星角接线输出。
这时整流变一次侧移相角为±3.75°和±11.25°，每种移相角度（包含正负，共4种）再配以二次星角接线，最终形成移相角度：一台（-3.75°，+26.25°；+11.25°，-18.75°），另一台（+3.75°，-26.25°；-11.25°，+18.75°）。
这样每台共轭的整流变输出12脉波电源，两台则能输出24脉波（即单机组24脉波），最终一个系列两台24脉波移相整流变压器输出等效48脉波。
(二)调压变压器方案确定由于调压变为中性点正反自耦调压，只有星形接线方式，故调压变中没有三次谐波电流的通路；同时为了减小星形联结的零序阻抗而特设一三角形联结的稳定绕组，其容量约占变压器容量的25%左右。
这样的绕组不接到外部电路时，可作稳定绕组用；若与外部电路联结时，可作补偿绕组用，达到一举多能的功效。
这种中性点自耦调压接线方式是一种比较常见的接线方式，也就是通常说的主调合一结构变压器，它不仅有计算容量小的特点，而且对有载开关的绝缘水平要求较低，通常比线端低一个等级，还有因没有移相功能，其引线结构布置较为简单，适用于调压范围较大的110kV及以下的大中型整流机组。
中性点自耦调压接线原理如图1a）图中A、B、C 、O为调变输入电压端子，Am、Bm、Cm为稳定绕组输出端子(三)整流变压器设计确定根据整流电路知道，不管是三相桥式，还是双反星带平衡电抗器，每种最多可以得到6脉波，要想得到更多的脉波数就必须采用移相后多支路整流并联方式。
为此本案采用单机组四个三相桥式整流电路并联，两机组八个三相桥式整流电路并联方式。
其一次侧有四个移相角度：即±3.75°和±11.25°，每个角度再分别配以一个星接和一个角接的绕组作为二次绕组，这样整个系列就由八个移相角构成，也就达到P=8×6=48脉波的要求。
同时根据理论和实践可知，采用二次星角接线是一种比较简单的移相方式，同时又受诸多因素限制。
星角联结的两个二次绕组的匝数比理论要求为1：√3。
实际上当二次电压较低时，二次匝数较少只有1~2匝时，是无法满足这个理论值的。
只有二次电压较高时，星角绕组的匝数比才可能接近1：√3。
这种理论值与实际情况存在的差异性，必然在二组整流器间产生环流。
要消除这些环流，可以采用相控调压方法及增加母线电抗的办法。
这些措施可使二整流器输出电压相等，改善二整流器的电流分配，但都将使整流设备的功率因数降低。
根据本案例的实际情况，为了使产品设计达到结构紧凑、经济实用、性能可靠，我们选择了共轭式铁心结构。
传统的星角移相放在整流变的一次侧，二次侧同为星接或角接，其铁心结构示意图及磁通相量图如图2。
这时通过中轭的磁通为：当Φy=Φd时，△Φ=0.518Φy=0.518Φd，也就是说中轭的截面积仅为心柱的0.518倍，由此可以见共轭式铁心结构与两个独立铁心结构相比，可以节省约1.5个轭的硅钢片。
本案例的二次电压大小适中，因此二次绕组可以采用星角接法。
二次星接绕组为7匝，角接绕组为7√3=12.12≈12匝。
为了使流过中轭的磁通△Φ最小，本例采用一次绕组移相角（包括正负）完全一样，这样理论上流过中轭的磁通△Φ可以为零，但实际工艺是做不到的。
为了使星、角接两个二次绕组输出电压相等，以弥补二次角接绕组实际匝数与理论匝数的差别，实际上设计成：配二次角接绕组的一次绕组匝数比星接的较少一些，本例约为少1%。
这样不仅星、角接两个二次绕组输出电压相等，而且中轭的截面积理论上仅为心柱的1%。
实际上考虑加工、夹持等诸多因素，通常按心柱截面积的8%左右选取。
即便如此采用本法比传统的做法还是节省许多硅钢片。
这是本设计方案的一大优势。
另外，本案例的中轭设计与传统方法相比，在加工、装配等环节上都大大简化了。
具体见图3，图3（b）为我们推荐采用的新结构。
采用新型中轭结构的优势：铁心边片、中柱片均不需冲V型缺口，且在器身绝缘装配时，不需把铁心翻转过来套装线圈，也就是在装好下半部线圈后把中轭装上，然后直接套装上部线圈，大大降低了施工难度。
整流变接线原理见图1 b)四、设计计算过程(一)调压变压器1.调变器身技术数据铁心ΦD =365 ,叠片系数0.97 , 有效截面积At = 954.286 cm2, G△=471.6硅钢片型号30Q130 ,磁密 B = 1.64T , et = 34.8333 V 铁心重量: 5078 kg 空载损耗:6.6 kW柱中心距M0 = 745；窗高Hw = 1110稳定线圈稳定线圈为内线圈，287匝，连续式，60段，5匝/段。
59个2mm 油道，单根并联。
沿圆周12垫块均布,垫块宽30mm。
左绕向。
ZB-0.452.65×11.8/3.15×12.3，S=30.72 mm2 , j = 4.34H= 60×12.3 + 0.9×59×2= 845，B =1.02×5×3.15= 16 L =370 M/ G =310kg电阻（75℃时）R = 0.252568 ΩPr = 0 kW调压线圈调压线圈为次内线圈，每调压段匝数为33匝，13个调压段，1个过渡段，双螺旋式，63个2 mm油道，4个4 mm油道,单根并联，辐向7根并绕。
沿圆周12垫块均布,垫块宽30mm。
左绕向。
ZB-1.352.8×9.5/ 4.2×10.76 ，S = 26.05 mm2 , j = 3.64H = 2×(33+1)×10.76+ 0.9×（4×4+63×2）= 860，B =1.02×7×4.2 = 30 每调压段L =54.6 M/G =563kg每调压段电阻（75℃时）R = 4.395×10-2 Ω电阻损耗（75℃时）第4级(额定档) Pr = 11.9 kW第14级Pr = 0 kW 第27级Pr = 15.4 kW高压线圈高压线圈为外线圈，1823匝，纠结连续式，共102段。
前14段普纠，13匝/段；余88段为连续段，19匝/段。
9个6mm油道，92个3mm油道，单根并联。
沿圆周12垫块均布,垫块宽40mm。