有關變頻器中整流變壓器的幾個問題

2021-01-08 電子產品世界

1.整流變壓器的冷卻介質有哪幾種?

  要把熱量從變頻器中帶出來,可以藉助的介質一般有三種:空氣、水、油。高壓變頻器的發熱部件主要是兩部分:一是整流變壓器,二是功率元件。變壓器在早期主要採用油冷卻方式,即把變壓器浸泡在油箱中,由於油比空氣的比熱大、絕緣強度高,所以這種散熱方式目前在大功率變壓器上還是主流。

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  但是,由於油品需要維護,引出線處的密封不好解決,隨著絕緣材料的進步,在中小功率等級,乾式變壓器已經佔主導地位。乾式變壓器藉助於空氣進行冷卻。變壓器還可以採用水冷的方式,即將變壓器的線圈做成中空的,內部通純淨水,利用純淨水帶走熱量。

  2.變壓器設計的基本問題是什麼?

  變壓器設計的基本問題是磁通和電流密度。變壓器的電流與容量成正比,電流密度的大小(即導線的粗細)按照導體的發熱量來考慮。對於磁通,電磁學的基本關係式為u=4.44fwΦ,其中u為電壓;f為頻率,在這裡為50Hz,定值;w為線圈的匝數;Φ是磁通量。由於矽鋼片的磁通密度B受到材料的限制,一般僅能設計到1.4-1.8特斯拉,而Φ=,所以,要增大Φ,一般只能增大鐵芯的截面積。

  變壓器的鐵芯一般為三相柱式,鐵芯的截面積按照上述公式可以確定,鐵芯窗口的大小則要考慮把線圈放進去為原則。

  容量越大的變壓器,導線越粗,鐵芯的窗口就需要越大。在變壓器的設計中,銅和鐵的用量可以均衡考慮。因為一旦變壓器的容量確定了,電流就確定了,導線的粗細也就確定了,增大匝數W,磁通Φ就可以小一些,鐵芯的截面積就可以小一些,但是要把這些匝數繞進去,鐵芯的窗口要大一些;相反,減小匝數W,磁通Φ就要大一些,鐵芯的截面積要大一些,但是鐵芯的窗口可以小一些。

3.變壓器的容量和什麼有關?

  由上述第二個問題的分析可以看出,鐵芯的選擇與電壓有關,而導線的選擇與電流有關,即導線的粗細直接與發熱量有關。也就是說,變壓器的容量只與發熱量有關。對於一個設計好的變壓器,如果在散熱不好環境中工作,假如為1000KVA,如果增強散熱能力,則有可能工作在1250KVA。另外,變壓器的標稱容量還與允許的溫升有關,例如,如果一臺1000KVA的變壓器,允許溫升為100K,如果在特殊的情況下,可以允許其工作到120K,則其容量就不止1000KVA。

  由此也可以看出,如果改善變壓器的散熱條件,則可以增大其標稱容量,反過來說,對於相同容量的變頻器,可以減小變壓器櫃的體積。所以在有些投標過程中,競爭對手故意標稱較大的變壓器容量,給用戶設計裕量較大的假象,實際上是沒有意義的,關鍵還要看變壓器的體積和散熱方式。

  4.為什麼電流源型變頻器需要較大的變壓器容量?

  變壓器的設計一般只看額定容量,而不看額定功率,因為其電流只與額定容量有關。對於電壓源型變頻器,由於其輸入功率因數接近於1,所以額定容量與額定功率幾乎相等。電流源型變頻器則不然,其輸入側變壓器功率因數最多等於負載異步電機的功率因數,所以對於相同的負載電機,其額定容量要比電壓源型變頻器的變壓器大一些。

  5.什麼是乾式變壓器的絕緣等級?

  乾式變壓器的絕緣等級,並不是絕緣強度的概念,而是允許的溫升的標準。比如,B級絕緣允許工作到130℃,H級絕緣允許工作到180℃,所以,H級絕緣允許導線選得細一些。

  6.什麼叫「H級絕緣,用B級考核溫升」?

  就是說,變壓器採用H級絕緣材料,但是各個點的工作溫度不允許超過B級絕緣所允許的工作溫度。這實際上是對絕緣材料的一種浪費,但是,變壓器的過載能力會很強。


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