文档介绍：第八章主变压器及平波电抗器
主变压器(又称为牵引变压器),是交-直流传动电力机车中的重要电器设备,用来将接触网上取得的单相工频交流25KV高压电降为机车各电路所需的电压。主变压器的工作原理与普通单相降压电力变压器基本相同,但由于其工作条件特殊,特别是为了满足机车调压、整流电路的特殊要求,故在主变压器的设计及结构型式上均有自身的特点。
平波电抗器是串接在电力机车主电路中的电感装置,用来减小整流电路中的电流脉动系数,以改善脉流牵引电动机的换向条件。
本章在讨论主变压器基本结构的基础上,结合国产SS系列电力机车实际,介绍典型主变压器的主要技术数据和结构特点,扼要说明平波电抗器的结构特点。
第一节概述
一、主变压器的特点
主变压器与电力机车其他部件相比较,其特点大致可归纳为:
(1)绕组多
为满足机车调压及辅助设备用电的需要,主变压器除同侧高压绕组外,二次侧低压绕组有:牵引绕组、辅助绕组、励磁绕组及采暖绕组等多个绕组,有的绕组还有多个抽头。为保证各绕组之间耦合程度适当,有些绕组还需交叉布置,这就给绕组的绕制和装配带来一定的难度。
(2)电压波动范围大
我国干线电气化铁道接触网的额定电压为()KV,即允许电网电压在 19-29KV范围内波动,这就要求主变压器的铁心和绕组绝缘结构设计应留有足够的裕量,磁路的磁通密度不能过高,以满足高网压下正常工作的要求。
(3)负载变化大
随着机车运行条件的变化,主变压器的负载变化范围很大,这就要求主变压器应能承受较大的负载变化,并具有一定的过载能力,以保证机车可靠运行。
(4)耐振动
机车运行中产生的冲击和振动将不可避免地传给主变压器,这就要求主变压器各部件应具有足够的机械强度,所有连接紧固件应有防松装置。
(5)对阻抗电压要求高
因主变压器二次侧绕组有较高的短路故障机率,故绕组抽头间的阻抗电压不能太小,以满足机车对调压整流电路和短路保护的要求。
(6)重量轻,体积小,用铜多
为满足机车总体布置及减轻自重的需要,主变压器与同容量的电力变压器相比,应具有较轻的重量和较小的体积。这就要求主变压器在设计上采用钢导线、高导磁率的冷轧电工钢片,强迫油循环冷却;工艺上采用真空干燥、真空注油等措施,来减轻重量和缩小体积。由于变压器绕组多、容量大、故用钢量特别多。通常,一般电力变压器的铜重与铁重之比为1:4左右;而主变压器一般为1:2,有的甚至达到1:1。用钢量多不但使主变压器造价高,而且还使冷却困难,冷却器庞大,这不利于变压器的轻量化。
二、主变压器的型号
国产SS系列电力机车上使用TBQ系列主变压器,其型号其意义为:“T”一“铁”路机车用;“B”一“变”压器;“Q”一“牵”引;数字为设计序号;“一”后为“容量(kV·A)/电压等级(kV)”。例如 SS4改型电力机车主变压器的型号为:TBQ8-4923/25型,即表示其容量为4923kV·A;电压为25 kV。
第二节主变压器的基本结构
主变压器由器身、油箱、保护装置、冷却系统和出线装置等部件组成。图8-1所示为TBQ84923/25型主变压器结构图。
一、器身
器身由铁心、绕组(线圈)、器身绝缘和引线装置等组成。
铁心的作用是构成变压器的闭合磁路,同时也是支撑绕组及引线装置的机械骨架。因此,要求铁心必须具有良好的导磁性能和足够的机械稳定性。
铁心由心柱、铁轭和夹紧装置组成。其中,套装绕组(线圈)的部分称心柱;联接心柱构成闭合磁路的部分称铁轭;夹紧装置用来夹紧心柱和铁轭,以构成坚实的整体,并借以支撑和压紧绕组,固定引线。为了减小铁心中的磁滞和涡流损耗,心柱和铁轭均采用高磁导率的冷轧电工钢片叠装而成。
图8-1 TBQ8型主变压器总图(单位:mm)
1-100蝶阀;2-波纹管;3-油流继电器;4-BJL-25/300套管;5-信号温度计;6-油样活门;7-下油箱;8-出线装置;9-吸湿器;10-上油箱;11-油位表;12-储油柜;13-主变压器铭牌;15-滤波电抗器铭牌;16-潜油泵;17-通风机;18-冷却柜;19-压力释放阀;20-50活门。
主变压器的铁心结构型式有心式和壳式两类。心式铁心通常为垂直放置,圆筒形的高、低压绕组同心地套装在心柱上,使绕组包围心柱[见图 7-2(a)]。为充分利用绕组内圆空间,心柱截面常为外接圆形的多级阶梯形;为使磁通在铁轭中分布均匀,铁轭截面最好与心柱截面相同,但为了使夹紧装置及绝缘零件等结构简化,铁轭截面一般都采用矩形或倒多级梯形。心式铁心结构简单、并具有绕组装配及绝缘处理比较容易,短路时绕组机械稳定性好等优点,因此是目前应用最广泛的结构形式。国产TBQ系列主变压器大多采用单相二柱式心式叠铁心,如图8-2所示。
图8-2 TBQ8型主变压器的单相二柱式心式