交流参数稳压器 篇1
随着我国电力事业的快速发展,人民生活水平的不断提高,用电的需求也快速增加。由于电网电压的波动,影响了设备的正常运转,给设备带来了安全隐患,也给生产、生活带来不便。因此,常常需要配置交流稳压器以改善电源质量,保证用电设备的安全运行。JB/T 10089—2001《接触自动调压器》标准,是当前执行的稳压器产品标准,标准规定的稳压器负载特性随着输入电压的降低,输出能力线性下降,在单相输入电源电压为150 V的情况下,其输出只能达到50%额定输出功率,这样可能会给用户带来不便,甚至会造成稳压器损坏,因此功率稍大一些的稳压器基本都设计为补偿式,这种稳压器在输入电压允许的范围内输出功率均能达到100%额定输出功率。但补偿式稳压器的设计到目前为止,却没有现成的文献,文中通过对单相5 k V·A补偿式交流稳压器的设计,提出了补偿式交流稳压器一般设计方法,对从事稳压电源设计的工程技术人员有一定的借鉴意义。
1 补偿式交流稳压器的工作原理
补偿式稳压器方式1、方式2的工作原理见图1、图2。图中T1为补偿变压器,其二次绕组串联在输入电源回路中。T2为接触式调压器,其抽头2和滑动触点构成调压器的输出,接于补偿变压器的一次绕组。M为伺服电机,电子控制器检测输出电压与额定值的偏差,从而驱动伺服电机,伺服电机带动调压器的电刷转动,以改变调压器抽头2和滑动触点间的输出电压,即补偿变压器T1的一次绕组的输入电压,也就改变了T1的二次绕组的输出电压,实现电压补偿从而达到稳压的目的。
当输入电压低于额定电压220 V时,调压器的滑动触点在抽头2和3之间滑动,输入电压越低,滑动触点越向3移动,调压器的输出电压越高,补偿电压u2也越大,由于此时补偿变压器T1的二次绕组的补偿电压u2与输入电压uin同相,输出电压uout=uin+u2,u2对输入电压进行了同相补偿。当输入电压高于额定电压220 V时,调压器的滑动触点在抽头1和2之间滑动,输入电压越高,滑动触点越向1移动,反相补偿电压u2也越大,由于此时补偿变压器T1的二次绕组的补偿电压u2与输入电压uin反相,输出电压uout=uin-u2;u2对输入电压进行了反相补偿,使输出电压降低,达到稳压输出的目的。
图1和图2是目前常用的两种接线方式,不同之处是图1把调压器接在补偿变压器的后面,调压器始终工作在额定输出电压220 V状态下,其电能的供给,一部分由输入电源提供,另一部分由补偿变压器提供,设计时也就增加了补偿变压器的功率;图2把调压器接在补偿变压器的前面,调压器工作在输入电压允许范围内,即调压器的输入电压是不确定的,设计时要考虑输入电源的最高和最低电压,但其工作电能由输入电源供给,减轻了补偿变压器的负担。
2 补偿式交流稳压器的设计方法
以5 k V·A的稳压器为例,设计要求:输入电压范围AC 160~250 V;输出电压为220 V;输出功率为5 k V·A。
2.1 按原理图1的设计
2.1.1 补偿电压的确定
当输入电压低于220 V时,补偿变压器的补偿电压应和输入电源电压同相,此为同相补偿,调压器的滑动触点(碳刷)应在2、3之间。考虑输入电压在允许的最低极限160 V情况下,T1的补偿电压u2=220-160=60 V;当输入电压高于220 V时,补偿变压器的补偿电压应和输入电源电压反相,此为反相补偿,调压器的滑动触点(碳刷)应在1、2之间。考虑输入电压在允许的最高极限250 V情况下,T1的补偿电压u2=250-220=30 V。
2.1.2 调压器T2的2端(抽头处)电压的确定
因为稳压器的补偿电压与调压器的输出电压成正比,所以2、3之间电压U23,1、2之间电压U12为:
或者1、2之间电压U12=220-147=73 V,亦即同相补偿时调压器2、3之间最大输出电压为147 V;反相补偿时调压器1、2之间的最大输出电压为73 V。
2.1.3 补偿变压器T1的设计
由于同相补偿电压最大为60 V,大于反相补偿电压30 V,同相补偿的功率为反相补偿功率的2倍,功率计算以正相补偿功率为准。
已知稳压器输出功率为5 000 V·A;输出电压uout=220 V,即额定输出电流Iout=5 000/220=22.7 A。
忽略损耗,调压器功率PT2=补偿的最大功率Pmax,e=60I1,可列出方程:,
得
视调压器的输入功率等于输出功率,即220I2=147×I3,得:
其中PT1为补偿变压器T1的功率,PT2为调压器的功率。
补偿变压器的铁心截面积,KT1为系数,一般取1~1.4,这里取1;PT1为补偿变压器的功率,根据式(6)得
补偿变压器的每伏匝数为:
n=10 000/(4.44f BSC1)=0.8匝。
式中f=50 Hz,B=1.3 T。
根据式(1),补偿变压器的一次绕组匝数n1=147×0.8=118匝。补偿变压器二次绕组匝数n2=60×0.8=48匝。
补偿变压器一次绕组线径:根据式(4),I3=12.7 A,电流密度取为3 A/mm2,则一次绕组导线的截面S1=12.7/3=4.23 mm2,导线直径
补偿变压器二次绕组线径:根据式(3)电流I1=31.2 A,电流密度取3.5 A/mm2,则二次绕组导线截面S2=31.2/3.5=8.9 mm2,导线直径
2.1.4 调压器的设计
已知调压器的输入电压uin=220 V,根据式(6),补偿功率PT1=1 872 V·A。根据式(1),抽头处2的电压U23=147 V,按降压自耦减压器的计算公式,铁心计算功率系数K=(220-147)/220=0.33。
调压器铁心的计算功率P=KPT1=0.33×1 872=618 V·A,调压器铁心截面积,KT2为系数,这里取1。
调压器的每伏匝数n为:
式中f=50 Hz,B=1.3 T。
根据式(1)、(2)、(7)可得:
调压器1、2端匝数n12=73×1.4=102匝;
调压器2、3端匝数n23=147×1.4=206匝;
调压器1、3端总匝数n13=102+206=308匝,或220×1.4=308匝。
调压器线径的确定:根据式(3)线圈电流I2=8.5A,所以线圈导线截面S3=8.5/4=2.125 mm2,电流密度取4 A/mm2,线径
2.2 按原理图2的设计
2.2.1 补偿电压的确定
同2.1.1中方法。
2.2.2 调压器T2的2端(抽头处)电压的确定
由于同相补偿最大电压为60 V,反相补偿最大电压为30 V,且同相补偿时最低输入电压为160 V,反相补偿时最高输入电压为250 V。这就要求当输入电压为160 V时,调压器T2的输出电压应为当输入电压为250 V时调压器输出电压的2倍。
设调压器1、2端与2、3端匝数之比为1:x,则160×x/(x+1)=250×2/(x+1),解得x=3.125,即1:x=1:3.125。
当输入电压为160 V时2、3端的电压为:
1、2端电压U12=160-121=39 V。
当输入电压为250 V时1、2端电压为:
即同相补偿时T1的最大一次电压U1=121 V,二次电压U2=60 V;反相补偿时T1的最大一次电压U1=61 V,二次电压U2=30 V。
2.2.3 补偿变压器T1的设计
由于同相补偿电压最大为60 V,大于反相补偿电压30 V,功率计算以同相补偿时的功率为准。已知稳压器输出功率为5 000 V·A,输出电压uout=220 V,所以额定输出电流为:
T1的补偿功率PT1、调压器T2的输出功率PT2为:
补偿变压器的铁心截面,KT1为系数,这里取1,所以
补偿变压器每伏匝数为:
n=10 000/(4.44f BSC1)=0.94匝。
补偿变压器二次线圈匝数n2=60×0.94=57匝;
根据式(8),补偿变压器一次线圈匝数n1=121×0.94=114匝。
补偿变压器二次线圈线径的确定:根据式(10),电流Iout=22.7 A,电流密度取3.5 A/mm2,则二次绕组导线截面S2=22.7/3.5=6.49 mm2,导线直径
补偿变压器一次线圈线径的确定:根据式(11)、式(8),由于一次电流为:
一次线圈线导线截面S1=11.26/3=3.75 mm2,所以一次线圈线径
2.2.4 调压器的设计
根据式(11),调压器最大输出的功率Pmax,T2=补偿变压器的功率PT1=1 362 V·A;
根据式(8),当电源电压为160 V时,调压器2、3端电压U23=121V,铁心的计算功率系数:K1=(160-121)/160=0.244,此时铁心的计算功率:P1=K1PT1=0.244×1 362=332 V·A。
当电源电压为250 V时,根据式(9),调压器1、2端电压U12=61 V,铁心的计算功率系数K2=(250-61)/250=0.756,由于此时调压器的输出功率与输入电压为160 V时相比减少一半,铁心的计算功率P2=0.5K2PT1=0.5×0.756×1 362=515 V·A。
调压器铁心截面,KT2为系数,这里取1。调压器线圈每伏匝数n=10 000/(4.44f BSC2)=1.53匝。
调压器线圈匝数按250 V电压计算,总匝数n=250×1.53=383匝;
1、2端匝数n12=61×1.53=93匝;
2、3端匝数n23=383-93=290匝。
当输入电压为160 V时,根据式(12)、(11),I3=11.26 A;I2=1 362/160=8.5 A;I4=I3-I2=11.26-8.5=2.76 A。
当输入电压uin为250 V时,见图3,其中补偿电压为u2,额定电流为Iout,根据式(9)、(10),调压器输出电压u1=61 V。
补偿功率P=u2×Iout=30×22.7=681 V·A。I3=P/u1=681/61=11.16 A,I2=P/uin=681/250=2.72 A,I4=I3-I2=11.16-2.72=8.44 A。由此可见调压器线圈电流按8.5 A确定。线圈导线截面S=8.5/4=2.125 mm2,电流密度取4 A/mm2,线圈导线直径
至此,两种方式的补偿式交流稳压器的补偿变压器,调压器的铁心截面积、线圈匝数、线径等参数设计已基本完成。
3 两种方式的比较
对方式1(原理图1)和方式2(原理图2)的计算结果进行比较,见下表1。
从上表可以看出,方式2与方式1相比,补偿变压器的功率方式2是方式1的73%;调压器的铁心功率方式2是方式1的83%,特别是补偿变压器的铜、硅钢片用量,方式2比方式1有较大幅度的降低,可见按方式2设计有较好的性价比。但是目前市场上流行的补偿式交流稳压器大多为方式1,原因是可把取样电压线圈直接绕在调压器T2的内层,省掉了取样变压器,但却忽略了这样会大大增加补偿变压器的设计容量,增加了产品的材料成本,降低了产品的性价比。
4 结语
以单相220 V、5 k V·A为例,从理论上阐述了补偿式交流稳压器两种工作方式的设计方法,解决了补偿式交流稳压器的设计尚无文献资料可查,基本靠经验设计的现状。为设计人员提供了该类产品设计的参考资料。
对补偿式稳压器的设计仅是从理论上提供一种设计方法。单、三相及不同功率的稳压器设计可借鉴此方法。具体产品设计时,还要考虑补偿变压器、调压器的损耗,阻抗压降等因素,适当调整设计参数。
对调压器、补偿变压器的几何尺寸,根据线圈匝数、线径确定环形铁心的内径、外径,再由计算的铁心截面确定铁心的高度。
参考文献
交流参数稳压器 篇2
【关键词】电缆交流；耐压试验；变压器；实践应用
随着我国社会经济的不断发展，电力企业也随之蒸蒸日上，取得了一定的成就，受到人们的广泛关注。近年來，人们的生活水平逐渐提高，为了满足人们对现代生活所提出的更高要求，则必须从各个方面来着手，特别是人们生活中不可或缺的供电系统。在这种情况下，电力企业迎来了新的发展机遇，但是与此同时也面临着一系列的挑战，为此其必须加强对电力供电系统的管理和控制，重视电缆交流耐压试验工作的开展，并且要保障电缆交流耐压试验工作的安全型。在电缆交流耐压试验过程中充分应用小型试验变压器，发挥其作用，以确保电缆交流耐压试验的顺利开展。加强对电缆交流耐压试验中小型试验变压器作用的研究显得尤为重要，有利于促进我国电力系统的稳定运行，推动我国电力企业的可持续发展。
一、检测电力电缆的相关知识
在对电力电缆的检测过程中，主要是考察电缆的电性能，以确保电力系统应用中所使用的电缆质量符合标准要求。对电缆电性能进行测试的方式主要有四中，一种是直流电阻试验，一种是耐压试验，一种则是冲击电压试验，而最后一种则是冲击电压试验。这几种电缆试验都是检测电力电缆中的重要组成部分，必须予以高度重视。电缆交流耐压试验的作用在对交联聚乙烯电缆的检测中更为突出，这是因为此种电缆具有其特殊性，若是采用直流耐压试验方法将难以得到正确的结果。交联聚乙烯电缆在直流电压和交流电压中的电场是存在差异的。这种类型的电缆不会受到外界温度的影响，也不会被湿度所干扰，若是在直流电压中则会导致电阻率分布的不均匀，所使用的材质中存在杂质；若是在交流电压中则不会出现上述情况，电阻率将会均匀分布，具有较好的稳定性，如此一来便不会对电缆耐压试验结果造成负面影响。除此之外，在直流电压的影响下，交联聚乙烯这种材质的绝缘电缆，将会出现累计单极性电荷的现象，而这一现象则会直接导致电缆耐压实验的不成功，很难将其在短时间内完全释放。无法释放所累计而成的单极性电荷，则会导致直流电压的不断上升，影响了电压的峰值，使其所增加的电压超过标准额定，从而为电缆耐压试验工作带来较大的安全风险，不利于电缆耐压实验的正常开展。而且对电力电缆的破坏程度也比较大，将加速电力电缆的老化，减少了电力电缆的使用时间，以致于电力电缆在供电过程中很容易被击穿，影响了供电质量。
二、电缆交流耐压试验中小型试验变压器的应用分析
（一）电缆交流耐压试验中小型试验变压器的应用方式
根据对国内外的电缆交流耐压试验信息进行分析，我们发现当所被进行交流耐压电缆的电压不足于六十千伏的时候，交流加压的电压值可以是电缆基准测试电压的两倍。在电缆交流耐压实际试验过程中，应当充分应用小型试验变压器。例如，试验中所使用的电缆电压为十千伏，那么此电缆的额定电压应当至少为十七千伏以上。因而，在使用小型变压器的时候，可以将其比率定在二百二十千伏比上五十千伏，所应用的调压器应该为三千伏安。除此之外，在电缆交流耐压试验中还应当配备两台低压滤波电抗器，根据实际情况来设计其电流，通过计算可将其设置为六十毫安。由于所采用的电缆电压较小，完全依赖于一台变电器是无法完成整个耐压测试的，因而在变电站可控制的范围之内，应当使用多台变电器，确保电缆交流耐压试验的容量达到要求，能够满足试验需求。
（二）小型试验变压器在电缆交流耐压试验中的应用要点
在开展电缆交流耐压试验过程中，应当对试验中的各项参数进行分析和评估，可以通过计算来获得相关试验数据，并且对这些数据进行详细的剖析，以获取现场试验结果。所需要获得的参数数据主要有试验中交流电缆的相对电容量；试验中所使用的变电器台数；高压和低压过程中电缆所通过的电流值等等。在实施电缆交流耐压试验活动中，应当注意以下几点：第一，电缆交流电压试验过程中可能会出现容升状况，应当对此种情况进行相应的处理，可以利用分压器来对其高压部分进行测量；第二，字电缆交流耐压试验过程中，若是发生击穿现象，则应当对电压进行相应的控制，以避免因电压而带来的不良影响，要做好接地工作，设置有效的保护设备；第三，在试验过程中应当合理安排电流容量，要避免变压器的过度负荷，以确保电缆交流耐压试验的结果具有可信性。
结束语
实施电缆交流耐压试验活动，是确保我国电力系统正常运行的重要环节，顺应了我国现代电力企业发展的必然趋势，突出了电力企业对安全的重视程度，有利于为人们提供更为优质的电网服务。在电缆耐压试验活动开展的过程中，通常有两种模式可供选择，一种是电缆直流耐压试验模式，另一种则是交流耐压试验模式。这两种加压模式都可以进行电缆耐压试验但是对于交联聚乙烯这种电缆来说，若是用直流加压电缆耐压试验模式，则容易出现一些消极影响，不利于电缆耐压试验的正常进行。为此，通常而言我们选择的是交流加压电缆耐压模式。在电缆交流耐压试验过程中，仅仅只是使用一台小型变压器是远远不够的，必须使用多台变压器和调压器，要将电力设备进行并联，以保障电缆交流耐压试验的效果。
参考文献
[1]陈小勇.电缆交流耐压试验中小型试验变压器的作用与实践[J].科技与企业，2012，（18）：111.
[2]温定筠，吕景顺，范迪铭等.交联聚乙烯（XLPE）电缆交流耐压试验时间参数探讨[J].电网与清洁能源，2010，26（8）：15-17，33.
[3]骆慧.串联变频谐振补偿法在35KV长电缆交流耐压试验中的应用——利用有限试验设备对1.5km35KV电缆进行交流耐压试验[J].环球市场信息导，2012，（16）：70-71.
交流参数稳压器 篇3
新晨阳
电阻器
电阻器的分析
电阻器参数：变压器的电阻测量及分析
对配电变压器的电阻测量及分析，尤其是对低压电阻的测量与分析是各生产厂的一个难题，应妥善解决。
GB／T6451-1999[1]中规定：“对于1600kVA及以下的变压器，直流电阻不平衡率相为4％，线为2％；2000kVA及以上的变压器，直流电阻不平衡率相(有中性点引出时)为2％，线(无中性点引出时)为1％。如果由于线材及引线结构等原因而使直流电阻不平衡率超过上述规定时，除应在生产记录中记录实测值外，尚应写明引起这一偏差的原因。使用单位应与同温度下的出厂实测值进行比较，其偏差应不大于2％。”
众所周知，测景直流电阻的目的是验证绕组和引线的材质及焊点质量的好坏，而三相电阻的不平衡率主要是检验引线焊接的质量和开关、套管等载流组部件联结和接触是否良好。GB6451-1999中做了严格的规定，标准中规定的直流电阻三相偏差是在三相绕组电阻应基本相等的情况下(即图
1、图2中，Ra-Rb=Rc)，制造偏差的限值。下面我们就分析一相引线电阻对三相电阻(线电阻ab、bc、ca和相电阻如ao、bo、co)的影响，从中得到正确的测量方法及如何评价测量结果，判断产品的质量。
JB／T501-1991[2]中规定：对于低压400伏中性点引线电阻所占比重较大的yn联结的配电变压器，应测量其线电阻(ab,bc,ca)及中性点对一个线端的电压，如ao。这在实施GB/T645l-1999中对于1600kVA及以下的变压器可以执行，因为GB/T6451-1999中规定了相、线电阻的合格标准。
对小型配电变压器，例如500kVA及以下的产品，低压为圆筒式绕组，y接线在绕组的上部(见图1)。中性点引线很短，虽然设计规定引线设计按25％额定电流设计，但在实际制变压器
新晨阳
电阻器
电阻器的分析
造中，有的与其它引线相同，有的截面略小，因此中性点引线电阻所占比例不大，测线电阻、相电阻能满足标准要求。
图1圆筒式绕组的低压引线图
但对于630kVA及以上的配电变压器，低压多为螺旋式绕组，y接线在绕组的下部(如图2所示)。中性点引线较长，按25％额定电流设计。这样，中性点引线电阻随着容量的增大，所占的比重越来越大。执行JB／T501-1991时，就会出现Rca＞Rab=Rbc，这一规律完全是产品结构造成的。
图2螺旋式绕组低压引线图
从图2中可见：
Rab=Rbc(两者相差一般不超过0.5％)
Rca>Rab=Rbc
Rca与Rab和Rbc差Rybc+Rs
一般情况下，10kV级800kVA及以下的变压器，Rca与Rab和Rbc的偏差在2％以下。变压器
新晨阳
电阻器
电阻器的分析
1000kVA～1250kVA的变压器，Rca较Rab或Rbc大2.4％以下为正常；
1600kVA～2000kVA的变压器，Rca较Rab或Rbc大2.7％以下为正常；
2500kVA以上的变压器，Rca较Rab或Rbc大3.0％以下为正常。
如果是35kV的变压器，其三相线电阻的不平衡率较10kV升一个档次。但是，对2000kVA及以上的变压器，按照GB／T6451-1999的规定，只能测量相电阻，而且标准规定相电阻的不平衡率应小于2％。从图2中我们可以看出：
Rao=Ra+0.5Ryab+Rs
Rbo=Rb+0.5Ryab
Rco=Rc+0.5Ryab+Rybc+Rs，Ryab=Rybc
Rco=Rc+1.5Rybc+Rs
因为Ra=Rb=Rc，所以不难看出：Rbo最小；Rao比Rbo略大，多了Rs引线的电阻；Rco比Rbo多了Rybc+Rs的引线的电阻。
因此，在结构上Rco>Rao>Rbo,这完全是产品结构造成的。有的用户刻意地要求三相电阻的不平衡率小于2％，这是不客观的。如果配电变压器的三相电阻不平衡率小于2％，则该产品有可能存在问题，因为应该小的电阻没有小，可能是多根导线并绕时，其中的一根或几根没焊好，那么，这样本来是有故障的产品，会当成好产品出厂或参与运行。
由于标准规定，用户有要求，有的制造厂为了满足标准要求，满足用户要求，采用如下办法：①增大B相引线电阻(缩小面积)。这样做极不可取，缩小面积的后果可能导致引线过热。②减小Rs和Rybc的电阻，即增大截面，如何增大截面呢?就是在Rs引线部分和1.5Rybc部分上再焊上铜排，有时补焊一块不够再焊一块。这样做既浪费了铜排，也不美观，而且对产品毫无好处，对运行就更无好处。那么目前应如何执行标准呢?无论是测量线电阻还是测量相电阻，都应符合规律，即Rac>Rab=Rbc或Rco>Rao>Rbo，然后在出厂报告中注明其原因，使用单位参照出厂数据进行比较，而不要片面地追求小于2％的标准。
参考文献：
[1]GB6415l-1999，三相油浸式电力变压器技术参数和要求[S]． 变压器
新晨阳
电阻器
电阻器的分析