专利名称：：一种调容变压器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种电力变压器，尤其是一种调容变压器。它属于电力变压装置，广泛应用于国民经济中的各行各业，尤其是油田，自备电网的工业系统及广大农村目前，众所周知的调容变压器都是通过调容开关的机械切换或增加较复杂的辅助机构来实现的，如申请号为96214480．8公开的无载调容电力变压器是在一台变压器上有两个固定的容量，用两个无励磁分接开关切换来完成，体积大，价格高，不能自动和任意调容。申请号为90214528．2公开的双容量变压器，是通过变换调容开关来改变各绕阻的连接，从而改变铁芯的磁通密度，达到变容目的。同样存在体积大，价格高，操作不便的缺点，而且空载、负载损耗大。申请号为92222230．4公开的自动调节容量的变压器，也存在结构复杂，操作繁琐，价格高，空载、负载损耗大的缺点。申请号92112643．3，公告日940504的变压器容量自动调解装置，不但存在上述缺点，而且应用仅局限于两台以上变压器并联运行。上述发明虽然解决了“大马拉小车”现象，但均存在体积大，结构复杂，价格高，操作，维修不方便，空载、负载损耗大，而造成大量的闲置容量和能源浪费等缺点，尤其不能在像油田这样频繁变换容量的现场使用。本发明的目的在于提供一种自动调容变压器，其容量可随电流的变化自动调节即可实现启动瞬间的大电流大容量，而正常运行时仍然是一个小容量，具有结构简单，体积小，成本低，易操作，自动调容，能耗低的优点。本发明上述目的是通过以下技术手段实现的。一、发明原理根据变压器原理，由于变压器的空载电流很小，而其铁芯阻抗很大，因此，可以得到一个变压器负载运行时的简化的串联等值电路图。如图1所示。其电压、电流、阻抗关系如下I′2•=I1•=U1•/(ZK-Z′L)---[1]]]>[1]式中I1•]]>为输入电流，Zk为变压器的总阻抗，U1•]]>为输入电压，ZL′]]>为负载阻抗，I′2•]]>为负载电流。可以看作不变量，所以，要想得到更大的负载电流，只有降低变压器的阻抗。可见，要想提高变压器的过载能力，设法降低变压器的阻抗，无疑是一种行之有效的办法。在变压器的性能指标中，用阻抗压降百分数Uk％来表示变压器阻抗的大小，通常为Uk％=4％。如果想使变压器的负载电流提高一倍，那么只要将变压器阻抗压降下调为Uk％=2％即可实现双倍容量的功率。使阻抗压降指标Uk％≤2％，实现了输送功率的增加，那么如何实现正常运行时是额定小容量功率若从额定小容量入手设计。假定Uk％—2％，空载损耗Po是按小容量指标设计的，其空载损耗和空载电流都不会超标，另外，负载损耗Pk与负载电流I2的平方成正比，那么按额定小容量的负载电流计算时，其负载电流仅为双倍容量的二分之一，其负载损耗仅为双倍容量的四分之一，这个损耗比额定小容量的规定还要小。反过来，再分析一下阻抗压降指标的变化。通常Uk%=U2p%+U2a%---[2]]]>式中Up为无功分量，Ua为有功分量，式中，I为线圈中电流，T为相应线圈匝数，∑D为总漏磁间隙，ρ]]>为罗斯系数，Et为每匝电势，H12为平均电抗高度。Ua%=n(R1I12+R2I22)/10Pe---[4]]]>式中n为相数，R1为一次线圈电阻，R2为二次线圈电阻I1，I2分别为输入、输出电流，Pe为额定容量，[4]式中n(R1I21+R2I22)=Pk为负载损耗由[3]可见，无功分量与电流大小成正比，由[4]式可见，有功分量与电流平方成正比，所以，用额定小容量的负载电流计算时，无功分量小一半，有功分量仅为原来的四分之一。不难看出，当Uk％≤2％时，变压器的负载电流就可以提高一倍左右即变压器容量可以提高一倍左右。二、调容变压器的特性参数的确定为了满足变压器的阻抗压降指标Uk％≤2％的要求，对变压器的特性指标做逐项研究和确定。可以从变压器的额定容量入手，也可以从双倍容量入手，下边从双倍额定容量入手确定有关参数。1、铁芯直径参数K的确定铁芯直径φD-K×2×Pe/34---[5]]]>式中K为铁芯直径参数，Pe为额定容量从[5]式中可以看出，为了要按双倍容量计算出铁芯损耗不超过额定容量变压器空载损耗指标，除了要选择优质高导磁硅钢片做铁芯外，还要适当选定铁芯直径参数K，使其K≤50，比正常计算时要小，这是区别额定容量和双倍容量变压器的重要标记，其它指标如负载损耗、空载电流等在正常小容量运行时，比正常指标要低得多。2、铁芯磁通密度Bc的确定线圈每匝电势为Et=Bc×Ac/450---[6]]]>式中Bc为铁芯磁通密度，Ac为铁芯截面[6]式中铁芯磁通密度Bc是保证铁损不超标的重要参数。实际上，再优质的硅钢片做铁芯，也不能保证铁芯损耗在规定指标之内，尤其是S9系列规定的指标范围，所以要适当降低铁芯磁通密度，确定Bc≤15KGS。3、电流密度的确定由于磁通密度选择得较低，计算出的线圈匝数就较高，这样势必造成无功分量和有功分量(式[3]、[4])有所增加，从而导致阻抗压降Uk％有所增加，在线圈匝数一定时，为确保Uk≤2％必须适当选定电流密度，经大量验算确定线圈电流密度Δ=2．0—3．0为宜。三、动稳定性变压器有时会发生短路，从而引发了强大的短路电流。根据电磁感应原理，在一、二次线圈之间就要产生很大的电磁力，会使线圈受到损坏，所以标准短路电流倍数Ki≤25。短路电流倍数Ki=100／UK％，从双倍容量计算时Uk=4％，所以短路电流倍数Ki=25，正符合规定要求，另外，结构设计是以满足双倍容量要求强度考虑的，所以，该产品产生的机械力，不会超过该容量允许的强度，也不会对产品造成损坏。当恢复到额定容量时，虽然Uk≤2％，此时的短路电流倍数Ki=100／2=50，但是，由于额定容量的额定电流，比双倍容量的额定电流小一半，所以，总的短路电流没有超过双倍容量时的短路电流强度，因此，动稳定计算正常。四、热稳定性变压器短路时所产生的强大电流，不仅会产生强大的机械力，同时，也会使线圈温度急剧升高。计算2秒内，油浸自冷变压器铜线圈最高温度θ2≤250C。短路时线圈温度θ1=θ0+a×J×t／103≤θ2，线圈起始温度θ0=105C，另外，a是1／2(θ2+θ)的函数。选定a=8．2，所以J≤(θ2—θ0)×103／a×t计算结果线圈短路电流密度J≤94。因为，J=K1×Δ其中，短路电流倍数Ki=25，所以，线圈电流密度Δ≤3．76。也就是说，要想达到短路时线圈温度θ2≤250C，线圈电流密度必须Δ≤3．76，而实际上，我们前面取过的电流密度(2．0—3．0)，远远小于允许值。当恢复到额定容量计算时，由于额定电流小一半，短路温度依然不超标。所以，热稳定计算正常。本发明提供的调容变压器的容量可以随负载电流的增减而增减，合理地解决了电力变压器“大马拉小车”，浪费大量能源的问题，且结构简单，造价低，自动调节容量，节能更显著等优点，节能效果见表[1]、表[2]。<tablesid="table1"num="001"><table>损耗PO(W)规格KVARS9S7RS9／S7下降％S9RS9／S9下降％备注40150110—2011．161500050170190—2010．531700063200220—209．12000080270—12044．44250—10040100320—15046．88290—12041．38125370—17045．95340—14041．18</table></tables>[表2]<tablesid="table2"num="002"><table>损耗Pk(W)(RS9的负载损耗PK的计算值)规格KVARS9S7RS9／S7下降％S9RS9／S9下降％备注40354980—52663．9740—38652．2504471150—70361．1870—42348．6635251400—87562．51040—51549．5801650—129678．51250—89671．71002000—155377．71500—105370．21252450—192578．61800—127570．8</table></tables>从表[1]，表[2]中可以看出(1)根据降低一半容量与S7系列损耗比较，空载损耗PO平均下降45．76％，负载损耗PK平均下降78．27；(2)根据降低一半容量与S9系列损耗相比较，空载损耗PO平均下降40．85％，负载损耗PK平均下降70．9％；(3)与S7系列同容量的损耗相比，空载损耗PO平均下降10．46％，负载损耗PK平均下降62．52％；(4)与S9系列同容量的损耗相比，负载损耗PK平均下降50．9％。下面结合实施例，对本发明做进一步论证。见表[3]在本实施例中，变压器的参数Uk=2％，k=50，Bc=15KGS，Δ=2．5[表3]<tablesid="table3"num="003"><table>产品型号额定容量KVA电压组合PO(W)PK(W)UK(％)IO(％)RS9405±％5／0．41504102．071．4设备名称设备功率(KW)额定电压(V)额定电流(A)启动电压(V)启动电流(A)抽油机械3738078304300运行测试启动瞬间电压(V)启动电流(A)运行电压(V)运行电(A)电源电压(V)两参数394．9235396．149．58403．6</table></tables>权利要求1．一种调容变压器，其特征在于变压器的阻抗压降指标Uk％=(1．8—2．2)％。2．根据权利要求1所述的调容变压器，其特征在于该变压器的特性参数如下铁芯直径参数K=48—52铁芯磁通密度Bc=(14．8—15．2)KGS线圈的电流密度Δ=2．0—3．0全文摘要本发明涉及一种调容变压器,其特征在于变压器的阻抗压降指标U文档编号H01F41/00GK1279488SQ9911305公开日2001年1月10日申请日期1999年6月24日优先权日1999年6月24日发明者张宇菁,瞿兆有申请人:张宇菁,瞿兆有