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)、機床和機械設(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(非線性負戴疫壓器的影向及應(yīng)對錦略)
大量非線性負載的使用，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載，在實際應(yīng)用中附接壓器采聊降額運行方式，或進行額外的設(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載電流和他們產(chǎn)生的損耗是很小的。負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實驗室標準的方法，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載的K系數(shù)。-負載的R系數(shù)已知，那么就可以很簡單地從標準的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，純粹的線性負載-即正弦皮電流是K-系數(shù)為“1"的負載。大的K-系數(shù)指標表明變壓器的渦流損耗將是正常基皮情下的鍋流損耗的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程序。發(fā)熱的研究則采用在樣品機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的線性負載加上50%的排線性負朝時，建議采用-4變壓器(B)當(dāng) 日的線性負載加上75*的排線性負朝時，建議采用K-9變壓器(C)當(dāng)10帕的線性負載加上 的非線性負翰時，建議采用K-13變壓器(D)當(dāng)100的線性負戟加上125%的非線性負朝時，建議采用K-20變壓器⑧)當(dāng) 的戰(zhàn)性負載加上150%的非線性負朝時，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，它不僅強調(diào)諧波頻率，還強調(diào)諧波次數(shù)、諧波頻譜分布和頻譜比例，K 系數(shù)變壓器標準規(guī)格有K-4.,K-13,K-20,K-30 等等; K-13 是辦公室負荷和普通機房負荷的一個常用額定值，K 20趨向于專用計算機負荷(精密空調(diào)和精密電機)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柜實現(xiàn));保護:具有過流保護(此項功能需要配置機柜實現(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)材料和先進的工藝技術(shù)而生產(chǎn),具有防潮、維護方便等優(yōu)點，能深入負荷中心，可用于地鐵、 高層建筑、機場、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)備運行不正常。
3、非線性負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、非線性負載電流的畸變影響取樣的準確性，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、非線性負載電流的畸變影響取樣的準確性，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)無嚴重影響穩(wěn)壓器絕緣強度的氣體，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載盡量相等，否則其濾波效用大大降低，但實際運行中要保證各組輸出負載相等又很困難，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)機房的供電和用電網(wǎng)絡(luò)為:13和20，K系數(shù)不隨負載率變化而變化，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，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行，設(shè)備耐受諧波的能力隨負載率提高而降低，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)耐受能力無法達到7以上，因而，UPS系統(tǒng)和數(shù)據(jù)機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)機房的負載產(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、輸入電源或輸出負載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有5,7，17,19， 其中5，17為負序電流，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、輸入電源或輸出負載產(chǎn)生的其他次諧波，主要有5,7，17,19， 其中5，17 為負序電流，7,19為正序電流，由于變壓器輸出為雙繞組輸出，在兩組負載相等情況下，5,17 負序諧波電流: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載相等時，可以完全濾除5, 7, 17, 19次諧波，隨著兩組負載不平衡度的增加，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。
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