桥式整流电路与双反星整流电路对比系统研究本科设计(论文)(编辑修改稿)

桥式整流电路与双反星整流电路对比系统研究本科设计(论文)(编辑修改稿)内容摘要：

工频试验电压和局放试验电压）可得到降低，即试验电压与额定电压的比值可降低。 电压等级越高，比值降低越多。 因此对于特高压和超高压产而言，更要注意的是设备处于长期最高工作电压下的运行可靠性。 因而应以设备长期最高工作电压下的作用场强低于绝缘结构的许用场强作为研发特高压和超压绝缘结构的原则。 要十分注意设备长期最高工作电压对绝缘强度的影响。 采用局部放电无损探伤的试验方法来考核绝缘结构的可靠性是绝缘技术的发展趋势，因此不但要对特高压、超高压及高压变压器进行局部放电试验，而且对配电变压器也要进行局部放电试验。 根据运行经验，能通过局部放电试验的设备往往具有较高的绝缘可靠性。 所以控制场强的技术是 设计技术的发展趋势，对变压器的安全、可靠运行十分重要。 2） 提高热性能的技术 现在大家关心的是变压器绕组的平均温升，因为在温升试验中可用电阻法测定各个绕组的平均温升。 但是绕组平均温升只是一种考核变压器热性能的试验指标，它不代表在各种运行方式下的绕组的实际温升。 变压器选用的各种耐热等级的绝缘材料都有热老化寿命的温度指标。 以油浸式变压器而言，当绕组热点温度为 98℃ 时具有额定预期寿命。 在变压器内的导线附近埋光纤式温度传感器，从多个传感器探测绕组温度是将来的发展趋势。 3) 提高耐受机械力性能的技术 2. 满足 环保性能的技术 1） 运行时的噪声 2） 附加空载噪声 在直流输电系统接地极附近，高压中点接地的变压器中还会有因直流输电单极运行而引起的直流偏磁所产生的附加空载噪声。 故运行中应设法消除直流偏磁的影响。 3. 配套主要组件 （ 1） 套管。 应具备低介 质损耗 、低介质增量、低局放、低无线电干扰，少维护等性能。 （ 2） 有载调压分接开关。 应具备级电压高、开断电流大、能开断接近方波的电流、电寿命与机械寿命长、能连续切换、少维护、能在真空泡内熄弧等性能。 北华大 学毕业设计（论文） 6 （ 3） 金属膨胀式储油柜。 应具备已脱氢处理、能语言报警、全密封式、耐负压力等性能。 4. 节能技术 综上所述， 随着国内交直流输电系统的发展，国产变压器类设备会向低局放、低损耗、低噪声、低振动及高可靠性方向发展。 本课题的提出及其意义 随着生活水平的不断上升，人们对用电的要求不断加强，这就要求用电设备的安全和可靠性的进一步的提高，能源的节约，环保的重要性成了人们日益关注的问题。 变压器就是被人们特别关注的地方，对于不同的要求，设计不同需要的变压器可以进一步提高资源的合理利用。 特种变压器就是在电力变压器的基础上发展起来的，具有特殊功能的变压器。 它几乎遍布国民经济的各个领域。 在电力、冶 金、矿山、石油、化工、铁路、和环保等领域都有着广泛的应用。 其中工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流器所组成的整流设备而得到的。 在高度现代化的今天，几乎在每一个领域都能直接地或间接地看到它的巨大用途。 整流电路工业上 常用的电联结方式是双反星形带平衡电抗器联结和三相桥式联结。 双反星形带平衡电抗器整流电路多用在低压、大电流的电源中 ,因为在同样输出电流情况下 ,它比桥式整流少用一半整流器件 ,在同等功率情况下 ,变压器容量比三相桥式整流变压器高 20％左右 ； 在电压较高的整流电路中 ,一般采用三相桥式整 流电路 ,该电路的变压器利用率高 ,在同等直流功率情况下 ,可以使用最小容量的整流变压器 ,从而使整个设备的造价降低。 由于电化学整流电源的最大特点是低电压、大电流、大容量 ,所以合理地设计整流装置的电联结形式有助于降低电磁干扰、提高器件的均流度和整流设备的电效率。 在大功率设备中，整流变压器的二次电流很大，致使二次引线电抗及电抗压降增大，功率因数降低，并可能引起引线及出线端子周围产生局部过热现象。 与此同时，整流元件之间的电流分配也可能出现不平衡现象。 为了克服上述缺点通常采用同相逆并联的方法。 所谓同相逆并联是将同相的 整流元件分成两个电流相反的并联支路，这二个支路的引线相邻布置。 这样一来，这二个支路的引线的电流在任何瞬间都是大小相等方向相反的。 这样就大大降低的引线电抗，从而使整流设备的功率因数的提高，并使整流元件的电流分配趋于平衡。 在众多整流电路中，双反星形带平衡电抗器的整流电路装置结构简单、需要的冷却功率较低，然而，整流装置的这一优势却带来了 变 压器部分的复杂性，其归根到底就是北华大 学毕业设计（论文） 7 由于平衡电抗器的存在。 平衡电抗器设置在变压器的外部，增加了土建面积，不仅对老厂改造有困难，就是新建工厂，一般也不可取。 若设置在变压器内部，不仅增 加了变压器的造价，而且大大的增加了设备的制造难度，使产品的可靠性受到影响。 因此常采用五柱式铁心，不仅可以取消平衡电抗器，同时又可达到两组三相半波整流电路的顺利实现并联工作的目的。 整流变压器也随着科技的发展采用的方法也不断的改进用以满足现在发展的需要，针对目前的 不同的整流电路需要不同的整流变压器设计，双反星带平衡电抗器整流电路和桥式整流电路相比，在同样负载直流电流下因其臂电流平均值是桥式整流电路的一半，且管压降也是后者的一半，因而被广泛用在低电压大电流系统中，如铜电解，铝电解行业中。 但由于增加了平衡电抗器也 增加了变压器复杂性和很多隐患，取消平衡电抗器三相五柱 式 整流变压器恰恰克服了平衡电抗器的缺点，有着广泛的应用前景。 北华大 学毕业设计（论文） 8 2 整流方案的选择 引言 目前整流电路的分类很多： 按组成的器件可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种。 按电路结构可分为零式电路和桥式电路。 按电网交流输入相数分为单相电路、三相电路和多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分为单拍电路和双拍电路。 其中所有半波整流电路都是单拍电路，所有全波整流电路都是双拍电路。 按控制方式 可分为相控式电路和斩波式电路（斩波器）。 按引出方式的不同分中点引出整流电路，桥式整流电路，带平衡电抗器整流电路，环形整流电路，十二相整流电路。 但应用最广泛的还是桥式 整流电路 和双反星 整流电路。 常用三相整流电路的比较和选择 常用整流电路的比较 三相半波整流电路的装置结构最简单。 工作时，电流只通过一个整流臂，每个整流臂上并联的元件数按通过。 这种电路是研究复杂整流电路的基础。 三相桥式整流电路是两组三相半波整流电路的串联组合。 整流器工作时，负载电流依次通过两个整流臂，在一个周波内，负 载电流依次通过六个整流臂为三相半波整流电路的两倍，所以使用的元件数也为三相半波整流电路的 2倍。 然而，三相桥式整流电路所用的变压器，在相同的技术参数条件下，有效材料的消耗量是三相半波整流电路的 1/，是双反星带平衡电抗器整流电路的 1/。 双反星带平衡电抗器整流电路为两组三相半波整流电路的并联组合。 虽然整流臂数同三相桥式，但整流电路为三相半波整流电路的 2 倍，而每个整流臂上的并联元件数，由于通过的电流也少一半，因此所使用的元件数与三相半波整流电路是完全相同的。 由于臂电流数减少，则责每个整流臂上的汇流 母线的用量也减少一半，冷却器冷却到 1/4即可。 但这种结构的致命弱点就是由于平衡电抗器的存在，使变压器的结构非常复杂，不仅有效材料为三相桥式的 ，而且加工难度也较大。 在考虑平衡电抗器的成本，造价增加 25%左右。 北华大 学毕业设计（论文） 9 常用三相整流电路的选择 整流电路的选择原则有 5条 10字，即所谓的“ 10字原则”。 能用包括两个含义，一个是符合用户提出的基本电量参数；一个是满足当地供电部门关于谐波电流和功率因数的要求。 两者缺一则不能用。 对于第二个条件。 容易被一些制造厂和订购部门忽略，造成设备安装好了而供电部门不让用的 后果。 可靠是指在双方认可的标准规范内，根据这种整流电路选择整流设备有足够的电气稳定、动稳定和无渗漏现象。 方便设计、制造、验收和维护。 省钱即经济性，这要兼顾购置设备和容量时的一次成本，也要注意到基本用电费和节约能源的长期经济效益。 这是近年来研究的课题。 包括整流设备的造型和表面处理，所谓艺术设计。 根据以上原则三相半波整流电路只是理论分析的工具。 对于三相桥式电路和双反星电路对比便可知道。 桥式电路的整流器造价为双反星形电路的 2倍左右；而变压器的造价后者为前 者的。 变压器的造价为整流的 1～ 7倍，容量越大，倍数越大。 结合硅管反峰电压，当 P≤ 6300KVA时，应优先选用双反星电路。 特别是三相五柱式双反星形电路的研制，为它的应用开辟了更广阔的前景。 北华大 学毕业设计（论文） 10 类型选择 桥式 图 桥式（ a） 桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。 这种电路，只要增加两只二极管口连接成 桥 式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。 桥式整流电路的 工作原理如下： E2 为正半周时，对 D1 、 D3 和方向电压，Dl， D3 导通；对 D2 、 D4 加反向电压， D2 、 D4 截止。 电路中构成 E2 、 Dl、Rfz 、 D3 通电回路，在 Rfz ，上形成上正下负的半波整 流 电压， E2 为负半周时，对 D2 、 D4 加正向电压， D2 、 D4 导通；对 D1 、 D3 加反向电压， D1 、 D3 截止。 电路中构成 E2 、 D2 Rfz 、 D4 通电回路，同样在 Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。 图 桥式（ b） 北华大 学毕业设计（论文） 11 如此重复下去，结果在 Rfz ，上便得到全波整流电压。 其波形图和全波整流波形图是一样的。 从图 中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电 压的最大值，比全波整 流 电路小一半。 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。 如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。 双反星 双反星 形的 整流电路 实际上是由两组三相半波 整流电路 并联而成，每组只供给总负载电流的一半，这样晶闸管并联的数量可比单纯的三相半 波 电路少一半，但是还存在两组电流平衡问题。 我们采用低电压、大电流情况下带平衡电抗器的 双反星 形晶闸管 整流电路。 带平衡电抗器的 双反星 形晶闸管 整流电路 ： 整流变压器的次级每相有两个相同匝数的绕组，分别接 成两组三相半波 整流电路 ，即 a、 b、 c 一组和 a′ 、 b′ 、 c′ 一组。 a与 a′ 绕在同一个铁芯上，其极性相反，或者说电压的相位差 180176。 同样 b 与 b′ 同绕在一个铁芯柱上， c 与 c′ 同绕在一个铁芯柱上，故得名 双反星 形电路，如图 所示。 设两组的控制角 α=0 ，两组整流电压，电流波形如图 所示。 在图中，两组相电压在相位上差 180176。 ，因而两组相电流在相位上也差 180176。 ，它们的高度相等，都是1/2Id，以 a 相而言，相电流 i0 与 i′ 0 出现的时刻虽然不同，但是它们的平均值都是1/3(1/2Id)=1/6Id，既然平均电 流相等而绕组的极性是相反的，因此直流安匝互相抵消。 图 双反星 形 整流电路 北华大 学毕业设计（论文） 12 同理，其它两相的直流安匝也是互相抵消的，利用绕组的极性相反来消除直流磁势。 图 α=0176。 时电流电压波形 在这种并联线路中，两个星形的中点联接着具有电感量为 LP 的电抗器。 这是为了限制交变的环流。 当电感量 LP 足够大， ip 就可以减少，就可以使负载电流的分配比较平均。 这个电抗器就叫平衡电抗器。 在结构上，平均电抗器分成两半，每组 整流电路 各占有一半。 电抗器的两个绕组都绕在同一铁芯上，由于 两组共同向负载供电，使这两个绕组的极性形成相反方向，因此直流磁势互相抵消，电抗器的铁芯也就不会产生直流磁化和饱和的问题，因而电抗器的体积就可以做得比较小。 反星形整流电路 的固有缺点是：当负载电流 Id很小时，其外特性较差，如当 Id＜ Idmin 时，特性按图 中曲线 2 变化。 这样的外特性在使用中应尽量避开，不使负载电流小于规定的最小值。 为了缩小这个范围，就要求平衡电抗器的激磁电流尽量地小，为此应加大 LP的数值，一般设计还是按 Idmin为其负载电流额定值的 1%～ 2%计算。 北华大 学毕业设计（论文） 13 图 双反星 形 整流电路 外特性 双反星 形 整流电路 的特点是： (1) 两相三相半波电路 双反星 形并联工作，得到的整流电压波形与六相整流的波形一样，所以整流电压的脉动情况比三相半波小得多。 (2) 同时有两相导电，变压器磁路平衡，不存在直流磁化问题。 (3) 与六相半 波 整流电路 相比，变压器次级绕组的利用率提高了一倍，所以变压器的设备容量比六相半波整流时要小。 (4) 每一整流元件承担负载电流 Id的 50%，当负载电流为 Id时，整流元件流过电流的有效值 (电感性负载时 )为 ，所以与其它 整流电路 相比，提高了整流元件的承受负载能力。 选择理由 根据设计要求所给数据： 该课题要。