普通隔離變壓器指輸入繞組與輸出繞組帶電氣隔離的變壓器，隔離變壓器用以避免偶然同時觸及帶電體，變壓器的隔離是隔離原副邊繞線圈各自的電流。早期為歐洲國家用在電力行業(yè)，廣泛用于電子工業(yè)或工礦企業(yè)、機(jī)床和機(jī)械設(shè)備中一般電路的控制電源、安全照明及指示燈的電源。
K系數(shù)變壓器
A).介紹(非線性負(fù)戴疫壓器的影向及應(yīng)對錦略)
大量非線性負(fù)載的使用，使那陛伴隨正弦電壓載入供電系舶排正弦波電流很大，并且是持續(xù)快速地增長。這些電流可以描述為基波和高次皆波組成s在電源變壓器中，諧皮電流的結(jié)果是損耗的增加，主要包括因為鼎端導(dǎo)致的題損耗等。更多的損耗意味著變壓器的發(fā)熱,因此會導(dǎo)致變壓器運(yùn)行溫度升高，絕緣老化，以及壽命減短。
因此，有必要減少變壓器的最大負(fù)載，在實際應(yīng)用中附接壓器采聊降額運(yùn)行方式，或進(jìn)行額外的設(shè)計考慮以便降低變壓器的相關(guān)員耗。為方便按壓器的峰額估算，我可以采用8-系數(shù)法。1-系數(shù)的計算可按照負(fù)載的諧皮分布和協(xié)的鍋流損耗計算。它反映 了在傳統(tǒng)繞綁變壓器中的損耗的增加。為降低此部分損耗,現(xiàn)代變壓器采用了變化的線圈設(shè)計方式，如箔式繞組或自式和線繞混合的方式。
B).變壓器的損耗
這里:
PC鐵心或空載損耗，
PLL =負(fù)戴損耗，
PT =總損耗。
鐵心或空載損耗是由于鐵心的勵茲電壓產(chǎn)生，盡管勵麟電流包含諧波，但通常這部分諧玻相對于負(fù)載電流和他們產(chǎn)生的損耗是很小的。負(fù)載損耗是由于直灕損耗，渦流損耗和雜纘損耗組成:
這里:
IR -直流損耗
PEC渦流損耗
PSL =雜散損耗
直流損耗是由于電流流過線圈產(chǎn)生。這也叫歐姆損耗或直流損耗。歐姆損耗正比于負(fù)載電流的平方，晗了諧波部分，當(dāng)它與頻率無關(guān)。它有線圈直流電阻和滿電流決定。沒有則試方法可以明確每個線圈的鍋流員耗，也不能將變壓器的雜散損耗從渦流損耗中分離出來。只能是通過明確總損耗，再將直流損耗從總損耗中減去來得到鍋流損耗和雜散損耗的總和~但咼流損耗可以假定跟隨額定電流的平方和頻率的平於化o
這里:
h=波次序。.
hmax -最高次諧波。
Ih = h次的諧皮電流，安培，
IR =顴定電流。安培，
PEC.R =額定電流和頻率下的咼流損耗。
渦流損耗取決于與昴茲正交的導(dǎo)體尺寸的平方。在圈的端部，磁場彎曲，因此更大的方形導(dǎo)體則與漏琳的矢里正交。實現(xiàn)初級和欠級線圈的等高設(shè)計，能夠喊少集中在線圈端部的鍋流損耗。采用箔式繞組或多股并繞的餞圈方式可以因此減少渦流損耗。
雜散損耗是由于雜散磁場在鐵心，夾件，油罐以及其他鋼鐵零部件中產(chǎn)生的損耗。雜散損耗將導(dǎo)致變壓器的金屬結(jié)構(gòu)件的溫度升高。對于干式變壓器，這部分增加的溫度不會影響到珍摑的熱點溫度0雜鵲損耗很難計算，-般是假定此類損耗是電流平方與請波頻次的乘積的變里。如下式: .
C).變壓器和K-系數(shù)的選擇
具體電路環(huán)境下應(yīng)該如何計算K-系值呢?
在選擇變壓器時有不同的方法計算物損耗。這里 我們建議采用變壓器制造商結(jié)合美國UL實驗室標(biāo)準(zhǔn)的方法，即通過計算 由于渦流隕耗的增加系數(shù)來規(guī)劃變壓器的設(shè)計，即熟知的“K系數(shù)”。
這里:
b諧波次數(shù)
Ih . h i諧皮電流的對灝定電澈的分量。
有很多種儀器儀表可以直接讀出負(fù)載的K系數(shù)。-負(fù)載的R系數(shù)已知，那么就可以很簡單地從標(biāo)準(zhǔn)的K-系數(shù)范圍K-4; K-9, K-13; K-20, K30, K40和K-50中規(guī)劃采用較高-檔的K系數(shù)變壓器了。值得注意的是，純粹的線性負(fù)載-即正弦皮電流是K-系數(shù)為“1"的負(fù)載。大的K-系數(shù)指標(biāo)表明變壓器的渦流損耗將是正�；で橄碌腻伭鲹p耗的B倍。
D) .變壓器設(shè)計時拍考慮
很多變壓器制造商開發(fā)了應(yīng)用于非正弦波并優(yōu)化制造成本的設(shè)計，這種設(shè)計工藝考劇了諧波在線圈中的分布并計算了熱點溫升o渦流損耗的分析可以采用有限元或其它計算機(jī)程序。發(fā)熱的研究則采用在樣品機(jī)中植入熱電藕來測里熱點溫度以精化計算熱點溫度的數(shù)學(xué)模型。.
干式變壓器的熱點溫度有時是個有爭議的話題，熱點，即最高溫度點，源于非均衡的熱效并且向環(huán)境的熱傳導(dǎo)也不是均衡的。
E).選擇實例:是K-13還是K-20變壓器?
在 的50/60Hz的定基波電流并附加諧波的情況下，變壓器應(yīng)該能夠在要的溫升范圍內(nèi)安全運(yùn)行，選擇那種K-系數(shù)變壓器更適合您的工程應(yīng)用,則可以參考如下建議:
(A)當(dāng)100的線性負(fù)載加上50%的排線性負(fù)朝時，建議采用-4變壓器(B)當(dāng) 日的線性負(fù)載加上75*的排線性負(fù)朝時，建議采用K-9變壓器(C)當(dāng)10帕的線性負(fù)載加上 的非線性負(fù)翰時，建議采用K-13變壓器(D)當(dāng)100的線性負(fù)戟加上125%的非線性負(fù)朝時，建議采用K-20變壓器⑧)當(dāng) 的戰(zhàn)性負(fù)載加上150%的非線性負(fù)朝時，建議采用K-30變壓器從保守的角度，郁有必要采用如上表建議的更高-檔的K-系數(shù)變壓器。..... 2020\8\19 星期三 14:01:20
K系數(shù)是一一個通用的諧波發(fā)熱效應(yīng)特殊度量,尤其適用于變壓器上的諧波，它不僅強(qiáng)調(diào)諧波頻率，還強(qiáng)調(diào)諧波次數(shù)、諧波頻譜分布和頻譜比例，K 系數(shù)變壓器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格有K-4.,K-13,K-20,K-30 等等; K-13 是辦公室負(fù)荷和普通機(jī)房負(fù)荷的一個常用額定值，K 20趨向于專用計算機(jī)負(fù)荷(精密空調(diào)和精密電機(jī))和電力質(zhì)量敏感設(shè)備PDU (電力分配單元)。
K系數(shù)隔離變壓器,主要用于交流50- -60Hz, 電壓不超過800V的各種供電場所、產(chǎn)品的各種輸入、輸出電壓、聯(lián)接組別、抽頭線組容量的分配，均可根據(jù)用戶要求進(jìn)行精心設(shè)計與制造。
常規(guī)的使用條件:
工作環(huán)境溫度: -15~+50°C;
工作環(huán)境濕度: 20~90%RH ;
工作環(huán)境大氣.壓力: 860 hPa ~ 1060 hPa;
儲藏/運(yùn)輸溫度: -20°C ~ +55°C。
主要技術(shù)特征:
額定容量: 0.5kVA ~ 1000kVA;
輸入電壓:額定電壓+10%;
輸出電壓:額定電壓+5% (容載) ;
聯(lián)接方式: o/Y (或其它) ;
頻率: 50Hz/60Hz;
絕緣電阻: 250MQ;
絕緣等級: H級;
噪
音: <55dB (A 計權(quán));
溫
升:≤80K;
阻抗壓降:≤4%;
結(jié)構(gòu):干式自然風(fēng)冷;
抗干擾方式:雙屏蔽接地;
波形失真:無附加波形失真;
電氣強(qiáng)度:工頻正弦電壓3000V歷時一分鐘無擊穿及閃絡(luò)現(xiàn)象;
絕緣電阻(輸入、輸出對地) :測試電壓至少1000VDC，絕緣電阻大于2M2;功能:具有輸入電壓、輸出電壓、電流等指示(此項功能需要配置機(jī)柜實現(xiàn));保護(hù):具有過流保護(hù)(此項功能需要配置機(jī)柜實現(xiàn)) ;
過載能力:二倍的額定電流，維持一-分鐘。
K11, K13， K20 隔離變壓器主要用途
隔高變壓器是英施丹多年來采用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的工藝技術(shù)而生產(chǎn),具有防潮、維護(hù)方便等優(yōu)點，能深入負(fù)荷中心，可用于地鐵、 高層建筑、機(jī)場、車站、碼頭、企業(yè)及隧道等輸配電場所。
K11I, K13, K20隔離變壓器主要用于交流50- 60Hz，,電壓不超過500vV的各種供電場所、產(chǎn)品的各種輸入、輸出電壓、聯(lián)接組別、抽頭線組容量的分配，均可根據(jù)用戶要求進(jìn)行精心設(shè)計與制造。
K11,K13,K20隔高變壓器加裝在穩(wěn)壓電源的典型應(yīng)用
一、在電源輸入端接入K11 K13 K20隔離變壓器(三角/星形)
1、 若電網(wǎng)三次諧波和干擾信號比較嚴(yán)重，采用O/9o隔高變壓器，可以去掉三次諧波和減少干擾信號。
2.可以采用0/70隔離變壓器產(chǎn)生新的中性線，使設(shè)備與電網(wǎng)中性線無關(guān),避免由于電網(wǎng)中性線不良造成設(shè)備運(yùn)行不正常。
3、非線性負(fù)載引起的電流波形畸變(如三次諧波)可被隔離而不污染電網(wǎng)。
二、在電源輸出端接入隔離變壓器(星形/三角)
1.防止非線性負(fù)載的電流畸變,影響到穩(wěn)壓電源的正常工作及反回到電網(wǎng)，起到凈化電網(wǎng)的作用。2、非線性負(fù)載電流的畸變影響取樣的準(zhǔn)確性，可以在ro/0高變壓器輸入端采樣，得到能反應(yīng)實際情況的控制信號，使穩(wěn)壓電源控制正常。
3、若負(fù)載不平衡，采用Yo/ △也不影響穩(wěn)壓電源的正常工作。
三、K11, K13, K20隔離變壓器技術(shù)指標(biāo)1輸入額定電壓: 三相380V或單相2202工作頻率: 50Hz-60Hz
3效率: >98%
二、在電源輸出端接入隔離變壓器(星形/三角)
1.防止非線性負(fù)載的電流畸變,影響到穩(wěn)壓電源的正常工作及反回到電網(wǎng)，起到凈化電網(wǎng)的作用。2、非線性負(fù)載電流的畸變影響取樣的準(zhǔn)確性，可以在ro/0高變壓器輸入端采樣，得到能反應(yīng)實際情況的控制信號，使穩(wěn)壓電源控制正常。
3、若負(fù)載不平衡，采用Yo/ △也不影響穩(wěn)壓電源的正常工作。
三、K11, K13, K20隔離變壓器技術(shù)指標(biāo)1輸入額定電壓: 三相380V或單相2202工作頻率: 50Hz-60Hz
3效率: >98%
4溫升: <85c
4溫升: <85c
5波形畸變: <0. 1%
6絕緣強(qiáng)度: 3000V，
1分鐘無擊穿
7絕緣電阻:繞阻對地絕緣電阻三相:>3.8M歐米茄;
單相>2. 2M歐米茄
四，使用條件
1適用海拔高度: < 5000m2環(huán)境溫度: -15C~+40C
3相對濕度:≤85%
4安裝 場所應(yīng)無嚴(yán)重影響穩(wěn)壓器絕緣強(qiáng)度的氣體，蒸汽，化學(xué)性沉積，污垢，導(dǎo)電塵埃及無其他易爆易燃易腐蝕的物質(zhì)。
5凡不符合上述使用條件的，應(yīng)與我們協(xié)商確定。
隔離變壓器濾波能力和諧波耐受力的分析
1、隔離變壓器分類
1.1、按輸入輸出接線方式分類:
通常隔離變壓器根據(jù)輸出輸入接線方式不同可以分類為: Dyn, Dd， Ynyn, YNd， Dzn, ZNd, Ynzn,Znyn八大類，D或d表示三角接線，Y或y代表星形接線，Z或z代表曲折接線(英文表示: Zig/Zag聯(lián)接)，大寫表示輸入，小寫表示輸出，N或n表示中性點，通常隔離變壓器，尤其是UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房變壓器接線方式主要是: Dyn11， Dzn0 兩種。
1.2、按輸出數(shù)量分類:單輸出，雙輸出，多輸出等等，通常隔離變壓器，尤其是UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房變壓器是單輸出變壓器,對于十二脈整流變壓器或濾波變壓器是雙輸出變壓器，其接線方式是Dyn11d0,也就是說，輸出有獨立隔離的兩組輸出，一組接線方式是Dyn11,另-組是Dd0,兩組輸出相位差為30度，對于雙輸出或多輸出變壓器，實際應(yīng)用中必須盡可能保證各組負(fù)載盡量相等，否則其濾波效用大大降低，但實際運(yùn)行中要保證各組輸出負(fù)載相等又很困難，基于這個原因，多組輸出隔離變壓器很少在實際中應(yīng)用。
2、K系數(shù)的涵義:
2.1、K系數(shù)是諧波熱損耗的一個折算系數(shù)，通常從1到50，常選用: 1、4、7、9、11、13、20、30,最經(jīng)常選用的是: 1、4、13、20。
2.2、對于供電和用電網(wǎng)絡(luò)的涵義:
K系數(shù)代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中諧波的惡劣程度，K系數(shù)越高，代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中諧波越惡劣，K=1代表供電和用電網(wǎng)絡(luò)中不含有任何諧波，全部為基波分量，UPS 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房的供電和用電網(wǎng)絡(luò)為:13和20，K系數(shù)不隨負(fù)載率變化而變化，只和網(wǎng)絡(luò)諧波頻譜有關(guān)。
2.3、 對于用電、供電和送電設(shè)備的涵義: K系數(shù)代表設(shè)備耐受諧波的能力，K系數(shù)越高，設(shè)備耐受諧波能力越強(qiáng)，K=1代表設(shè)備沒有設(shè)計耐受任何諧波的附加熱損耗的能力，只能在基波工況中才能安全運(yùn)行，設(shè)備耐受諧波的能力隨負(fù)載率提高而降低，因此，在供電網(wǎng)絡(luò)容量不受限制時，可以選用較大容
量的設(shè)備，通過降低負(fù)載率有限度地提高K系數(shù)耐受諧波能力，但這只是一方面，許多生產(chǎn)廠家和用戶誤以為只要增大容量就可以，這是一種對K系數(shù)耐受諧波能力的片面理解。
3、K系數(shù)引用到變壓器中的目的:
通常對K系數(shù)在任何供電、用電、送電網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備均可加于引用，因而對于各不同類型變壓器，各不同溫度等級變壓器，各不同絕緣等級變壓器中均可以加于引用，目的是為了提高變壓器的可靠性，當(dāng)然，各不同類型變壓器，各不同溫度等級變壓器，各不同絕緣等級變壓器在同樣諧波工說中的耐受諧波能力是不同的，最終確定該變壓器是否具有合適的抗諧波能力取決于該變壓器在設(shè)計諧波工況下運(yùn)行的平均溫升和變壓器內(nèi)部最高溫度點，如果要在同樣的諧波工說下達(dá)到同樣的耐受諧波能力，設(shè)計和制造成本差別也是非常大，對于干式變壓器，有些溫度、絕緣等級(如130度等級以下和B級絕緣等級以下)的變壓器和有些材料(低密度絕緣絲包線)制造的變壓器是K系數(shù)耐受能力無法達(dá)到7以上，因而，UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房變壓器是不能選擇以上的變壓器。
4、提高變壓器K系數(shù)耐受能力的主要辦法:
4.1、變壓器特殊設(shè)計，降低或消除變壓器自身對諧波敏感的因數(shù);
4.2、選擇高溫等級的高密度絕緣漆包銅線(H級180度以上) ;
4.3、降低變壓器自身損耗，提高變壓器效率;
4.4、選擇具有濾波能力的變壓器，如Dzn0變壓器,和雙輸出變壓器Dyn11d0;
4.5、在供電容量允許時適當(dāng)增大變壓器容量，降低設(shè)備使用負(fù)載率。5、Dyn11， Dzn0，Dyn11d0 隔離變壓器消除諧波的能力分析和比較
5. 1、Dyn11變壓器:
5.1. 1、輸入電源的三次諧波被封閉在輸入三角繞組內(nèi)部，不會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端，但三次諧波會對輸入繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，降低變壓器的K系數(shù)耐受能力。
5.1.2、 輸出負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波經(jīng)過輸出繞組，對輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，而且會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸入端，并在輸入繞組產(chǎn)生附加的諧波熱損耗，降低變壓器的K系數(shù)耐受能力。
5.1.3、輸入電源或輸出負(fù)載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有5,7,11，13， 17, 19均會通過電磁感應(yīng)互相傳導(dǎo)，并在輸入輸出繞組中產(chǎn)生附加的諧波熱損耗，并反饋到電網(wǎng)，降低變壓器的K系數(shù)耐受能力。5.2、Dzn0 變壓器:
5.2. 1、輸入電源的三次諧波封閉在輸入三角繞組內(nèi)部，不會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端，但三次諧波會對輸入繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，降低變壓器的K系數(shù)耐受能力。
5.2.2.輸出負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波經(jīng)過輸出繞組，對輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，但由于輸出繞組是曲折聯(lián)接，變壓器輸出繞組每柱(相)均有兩組方向相反數(shù)量基本相等的三次諧波電流通過,電磁感應(yīng)得以基本抵消，因而不會感應(yīng)到輸入端，輸入繞組也不會產(chǎn)生附加的諧波熱損耗，由于UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機(jī)房的負(fù)載產(chǎn)生的諧波主要為三次諧波(約百分四十以上)，因此大大提高變壓器的K系數(shù)耐受能力;如負(fù)載平衡和三相電壓基本平衡時，變壓器零線上檢測到的零序電流比Dyn11變壓器零線檢測的零序電流小很多，因而，同樣設(shè)計截面的零線銅排，Dzn0 變壓器零線銅排損耗小很多，同樣大大提高變壓器的K系數(shù)耐受能力。
5. 2. 3、Dzn0 變壓器的零序阻抗很小，三次諧波電流是零序電流，因為負(fù)載不平衡和三相電壓不平衡，將會降低濾除三次諧波的比例，因而產(chǎn)生的三次諧波零序電流很容易通過輸出繞組中性點流入大地5.2.4、輸入電源或輸出負(fù)載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有5,7，17,19， 其中5，17為負(fù)序電流，7,19為正序電流，均會通過電磁感應(yīng)互相傳導(dǎo)，并反饋到電網(wǎng)，但變壓器輸出繞組每柱(相)均有兩組相位差為120*n-180度，數(shù)量只有Dyn11變壓器百分五十八的諧波電流通過，電磁感應(yīng)矢量疊加后只有
Dyn11變壓器的百分八十二，因此和Dyn11變壓器相比，這類型變壓器的5, 7, 17, 19次諧波消除約百分二十，從而有效提高壓器的K系數(shù)耐受能力，經(jīng)驗表明，K=13 Dzn0變壓器可以替代K=20 Dyn11變壓器，變壓器成本可降低百分十以上。
5.3、Dyn11d0雙輸出變壓器: .
5.3.1.輸入電源的三次諧波封閉在輸入三角繞組內(nèi)部，不會通過電磁感應(yīng)傳導(dǎo)到輸出端，但三次諧波會對輸入繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，降低變壓器的K系數(shù)耐受能力。
5. 3.2、輸出負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波經(jīng)過輸出繞組，對輸出繞組產(chǎn)生附加的三次諧波熱損耗，但由于輸出繞組是雙繞組輸出，其中一組是三角接線，三次諧波被封閉在線圈內(nèi)部，不會感應(yīng)到輸入端;另- -組星形接線的輸出繞組,由于負(fù)載再有一半,感應(yīng)到輸入線圈的三次諧波也降低一半，因此，對于Dyn11d0雙輸出變壓器在兩組輸出負(fù)載相等時，可以消除一半的三次諧波。
5.3.3、輸入電源或輸出負(fù)載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有5,7，17,19， 其中5，17 為負(fù)序電流，7,19為正序電流，由于變壓器輸出為雙繞組輸出，在兩組負(fù)載相等情況下，5,17 負(fù)序諧波電流:每柱(相)均有兩組相位差為30*n(諧波次數(shù))+30度=180度的奇次倍數(shù)(矢量方向相反)，數(shù)量相等諧波電流通過，電磁感應(yīng)矢量疊加抵消; 7,19 負(fù)序諧波電流:每柱(相)均有兩組相位差為30*n (諧波次數(shù))-30.度=180度的奇次倍數(shù)(矢量方向相反)，數(shù)量相等諧波電流通過，電磁感應(yīng)矢量疊加抵消;因此，對于Dyn11d0雙輸出變壓器在兩組輸出負(fù)載相等時，可以完全濾除5, 7, 17, 19次諧波，隨著兩組負(fù)載不平衡度的增加，濾波效果急劇下降，因而這種變壓器尤其適合十二脈整流電路中。
|
