变频调速用移相整流干式变压器强迫风冷的设计

变频调速用移相整流干式变压器强迫风冷的设计

张如兵

中电电气（江苏）变压器制造有限公司

摘要：提升变压器的通风量，提高移相整流变压器的过载能力，变频变冷却系统的改进是产品改进的一个主要方向。通过调整不同风机型号，风机送风方式，风机送风角度等，来改善和增强移相整流干式变压器的通风效果。

关键词：移相整流变压器；变频器；风机；冷却效果。

1变频调速用移相整流干式变压器工作系统简介

移相整流变压器二次侧线圈采用延边三角形移相原理，通过多个不同的移相角绕二次组，可以组成等效相数为9相、12相、15相、18相、24相、27相、30相等整流变压器。变压器一次侧直接接入高压电网，二次侧所对应的各移相角端子通过电缆与变频器的功率单元相连接，一方面起到电气隔离作用，使变频器各个功率单元相互独立，从而实现电压叠加串联；另一方面可以消除高次及以下的谐波。

高压变频器的结构系统图如下图所示。由移相整流变压器、功率单元和控制器组成（如图1）。

图1

2 移相整流变压器的运行环境

移相整流变压器过载能力比较强，与常规同容量干式变压器相比，能过载100%的长期运行。如此强大的过负荷能力主要依托改产品自身的结构设计和特殊的通风系统科学配合。设备的风道特性是指风在风道内流动时，风道产生的风阻与风量之间的关系。通风系统由安装在变压器上的风道隔板、变压器柜体和安装在柜顶的离心式大功率风机组成（因各变频器厂家的设计理念不同，其风道的通风量也有所不同，所以变压器的负荷能力也有所不同。）。

变压器运行时散发出来的热量通过风道被柜顶的三只（或四只两只，具体数量则根据变压器的不同容量而定。）大功率的离心式风机抽出柜内排到室外，由变压器柜体或变频器机柜的进风口不断补充冷风，对系统进行冷却。

为了进一步提高变压器的过载能力，提升变压器的通风量，变频变冷却系统的改进是产品改进的一个主要方向，在变压器的本体的底脚上每边加3只轴流风机（两侧共6只风机）。通过调节轴流风机与变压器高低压线圈的气道口的距离;风机风量出口处与线圈气道口的角度、风机风量、风机送风方式（顶吹与侧吹）和不同厂家的风机等来测试验证，从而实现变压器底部风量最大化，进一步提高产品的散热性能的目标。

3 移相整流变压器的温度测量

选用ZPSG-1000/10(产品敞开，不带保护外壳)，重新调整GFD 470-155N（侧吹）、GFD 470-185（侧吹）、GFDD 470-185（顶吹）、CEN130离心风机的安装位置，达到最佳温升的效果。利用预埋在高低压线饼上的Pt100铂热电阻来检测变压器线圈的温升。高压线圈在内侧，高压线圈均采用连续式结构。高压线圈有54饼，分别在高压线圈A、B、C相的第18饼（此处是高压线圈的最热点处）埋下3只测温探头PT100箔热电阻。低压线圈在外侧，低压线圈采用连续式结构。低压线圈分三大组，每大组有16饼，整个低压线圈共计48饼。在低压线圈a、b、c相的第一大组的第1饼相间埋下3只测温探头PT100箔热电阻；在低压线圈a、b、c相的第一大组的第8饼埋下3只测温探头PT100箔热电阻；在低压线圈a、b、c相的第二大组的第8饼埋下3只测温探头PT100箔热电阻。

用红外测温仪测量每组的温度(每组四点：高低压侧正面，侧面和相间)，并做相应的记录。首先通过风速仪或其他事物调整风机的最佳位置（包括前后的距离与角度），用记号笔做下标记和相应的记录，从而推算风机的最佳方案。最后进行温升试验。其次调整风机离下夹件前后方向，以20mm为步进；角度方向以10度为步进。共测量三个位置，工程部记录风机放置的具体位置，试验站记录温升试验数据。通过以上方法，测出产品的相关温升数据，详见下表。

数据分析：

1.通过以上测量数据，风机在风量为670m3/n，而其它风机的风量是2300m3/n，条件下，产品各测量点的温升相接近，说明意大利的泰狮离心式风机（CEN130）的通风效果是相当好的，而且泰狮的风机的风压大，体积小，重量轻，安装方便，可直接安装与线圈下方提高气流的利用效率，其性价比比较高。

2.其次侧吹风机通风效果要比顶吹风机的好。现在很多变压器用轴流横流风机厂商只是一味追求风机的风量，简单的认为风机的冷却效果只与风量有关，其实风机的冷却效果取决于风量与风压两种参数。

关于风机的选型指导：Q=50×H/△T

Q—代表所选风机的最大风量；

H—系统或设备的发热量；

△T—期望系统温度下降的数值。

图3

图4

3. 风压的重要性：只有斜上吹入的风具有较好的风压，才能做到气流在狭窄的变压器撒热气道中，强力碰壁折返，盘旋上升，从而达到“龙卷风”的效果，将热量从变压器内部带走。实现变压器有效的冷却效果（如图4）。

4设计后试验

4.1样机选用ZPSG-2630/10(带保护外壳)

4.1.1变频变在柜体内（顶部带风机，变压器底部不带风机）做温升试验；

4.1.2变频变在柜体内（顶部带风机，变压器底部带风机）做温升试验；

4.1.3变频变在柜体内（顶部带风机（换风机型号与数量），变压器底部带风机）做温升试验。

4.2温控探头埋点（测量点）方法同4.1试验内容。

4.3风机型：CE号N130（泰狮）。

通过以上方法，测出产品的相关温升数据，详见下表2。

表2

表3

4.4数据分析

由以上数据分析（见表2），得出以下结论：

A在带柜体冷却情况下，变压器底部加装横流式轴流风的整体散热效果要比变压器底部不加风机的好（变压器外侧低压线圈运行温度能降低10～20℃）；

B在带柜体冷却情况下，在保证柜顶离心式风机总风量不变的情况下（见表3数据），变压器的整体冷却效果差不多。

5结结语

干式移相整流变压器是高压变频器不可缺少的重要组成部分，变压器通风系统的改善，大大提高了产品的冷却效果，改善了产品的运行环境，还有利于产品的优化设计，进一步提高产品的经济性，增强产品的市场竞争优势。

参考文献：

【1】崔立君，特种变压器理论和设计【M】.北京：科学技术文献出版社，1996。