好的，整流变压器容量的计算和选择需要考虑其特定的负载特性（与交流负载不同）和应用场景。以下是详细的步骤和要点：

核心原则： 整流变压器的额定容量必须能满足直流侧负载的需求，并补偿交流侧整流过程中产生的谐波和无功功率，同时留有一定安全裕度。

一、 整流变压器容量的计算方法

整流变压器容量主要由其二次侧（阀侧）的负载电流和电压决定，计算时需要结合特定的整流电路拓扑（如单相全波、三相桥式等）。最常用和基础的计算公式是：

额定视在功率 S = K Ud Id / η (单位：kVA)

其中：

1. Ud: 整流器直流侧额定输出电压 (V)
2. Id: 整流器直流侧额定输出电流 (A)
3. η: 整流器的额定效率 (约为0.85~0.99，根据整流器件类型、功率等级和冷却方式不同而异，精确值需查规格书或估算，经验值0.95比较常用)。 注意：此处的η是整流器（含晶闸管/二极管损耗、压降等）的效率，不是变压器效率。
4. K： 计算系数 (至关重要！) 这个系数 K 考虑了以下因素：
   • 整流电路形式： 不同的接线方式（如单相双半波、三相半波、三相桥式、六脉波、十二脉波等）决定了二次侧电压、电流的波形和谐波含量。每种电路都有其特定的理论计算系数。
   • 电流波形系数 (Kf)： 由于整流负载电流是脉动的（非正弦），交流侧的电流有效值(IRMS)会大于直流侧电流的平均值(Id)乘以相位数后的值。Kf = IRMS / Id。
   • 换相重叠角的影响 (μ)： 实际工作中，由于变压器存在漏抗，电流从一相切换到另一相（换相）需要时间（重叠角μ），这段时间内两相同时导通，使得等效的输出直流电压有所降低，实际需要的交流电压会更高些。
   • 移相控制角 (α)： 对于可控整流（晶闸管），触发延迟角α会影响直流输出电压Ud，进而影响所需变压器的容量。计算时应考虑全电压输出（α=0）或最大可能触发延迟角对应的电压输出情况。
   • 功率因数的影响： 整流负载会在网侧产生滞后的基波无功功率和大量谐波电流，降低了系统的功率因数。变压器容量需要“覆盖”这部分需求，而不仅仅是直流负载功率（P = Ud * Id）。这是K系数远大于1的主要原因。

常用整流电路K系数经验值 (仅作参考，精确计算需依据电路理论或仿真)：

• 单相双半波/单相桥式： K ≈ 1.21 - 1.35 (功率因数较低，谐波大)
• 三相半波： K ≈ 1.35 - 1.40 (常用)
• 三相桥式 (6脉波)： K ≈ 1.05 - 1.15 (最常用，相对较好)
• 双反星形带平衡电抗器： K ≈ 1.20 - 1.30 (电解常用)
• 12脉波： K ≈ 1.00 - 1.05 (接近1，谐波小、功率因数高)

计算步骤简化：

1. 确定直流负载： 明确你的应用需要多大直流电压Ud和电流Id。
2. 选定整流电路： 根据功率等级、成本、谐波要求选择电路拓扑（如三相桥式最常见）。
3. 估算或确定K系数： 查阅电路设计手册、供应商资料或根据电路形式使用经验值（选择保守值偏大一点）。
4. 估算整流器效率η： 参考器件数据手册或使用0.90~0.98之间的值（大功率IGBT效率高，晶闸管相对低一点）。
5. 计算S： 代入公式 S = K Ud Id / η。 此即为整流变压器所需的最小额定视在功率 (kVA)。

实际工程中更精确的做法

• 使用专业的电力电子仿真软件（如PSCAD/EMTDC, PLECS, Simulink等）搭建整流系统模型，包含精确的变压器参数、负载和控制系统。仿真获得网侧电流电压波形，然后计算基波有功功率、无功功率、视在功率和THD。
• 整流变压器容量S应不小于仿真得到的网侧最大视在功率。

二、 整流变压器选型要点

计算出容量S是基础，实际选型还需综合考虑以下关键因素：

1. 额定电压：
   • 一次侧（网侧）： 必须匹配接入电网的额定电压等级（如10kV, 35kV, 110kV等）。
   • 二次侧（阀侧）： 由所需直流输出电压Ud和整流电路形式决定，必须精确计算（需考虑变压器阻抗压降、移相角、换相角等）。阀侧电压通常高于根据Ud直接除以整流电路变换比得出的理论值。
   • 电压调节范围： 如果需要调节直流输出电压，需要确认变压器是否带调压分接头（无励磁调压或有载调压）及其范围能否满足要求。
2. 额定电流：
   • 一次侧： 由计算的视在功率S和网侧电压决定。
   • 二次侧： 不仅要满足平均值Id，更要满足其电流有效值 (IRMS)。整流电流波形畸变严重，IRMS > Id * (相数/波形系数)。绕组设计需考虑电流有效值引起的铜损。
3. 负载类型和工作制：
   • 连续负载 VS 间断负载 VS 冲击负载： 电解铝要求长时持续大电流，轧钢电机要求过载能力强，电镀可能间断运行。选容量和冷却方式时要匹配负载的工作周期和峰值。
   • 过载能力： 确认变压器允许的短时过载能力和持续时间（如150%负载1小时，120%负载2小时），是否满足负载动态要求（如电机启动、冲击电流）。
4. 短路阻抗 (Uk%)：
   • 限制短路电流： 整流变压器的Uk%通常比普通电力变压器高（一般在6% - 12%，甚至更高），这是为了限制整流桥臂短路或直流侧短路的故障电流，保护晶闸管/二极管。
   • 影响换相： Uk%决定了漏抗大小，直接影响换相重叠角μ。过大可能引起过电压问题或动态响应变差；过小则限流能力不足。需根据系统要求和器件特性选择。
   • 影响谐波： 一定范围内，较高的Uk%有助于抑制网侧谐波电流。
5. 绝缘水平和耐受过电压能力： 整流系统开关操作和换相过程会产生操作过电压，变压器应具备相应的绝缘水平和耐受能力。特别是可控硅整流系统，由于存在换相尖峰电压，要求更高。BIL（基本冲击绝缘水平）的选择很重要。
6. 冷却方式： 根据容量大小和温升要求选择：
   • ONAN： 油浸自冷（小功率）
   • ONAF： 油浸风冷（中等功率）
   • OFAF / OFWF： 强迫油循环风冷/水冷（大功率整流，如电解、电化学）
7. 谐波特性与损耗：
   • 绕组涡流损耗和杂散损耗： 整流电流富含谐波（特别是低次谐波），会在绕组导线和变压器结构件中引起显著的涡流损耗和杂散损耗。大容量整流变压器设计必须考虑谐波附加损耗（往往需特殊设计如换位导线、磁屏蔽、绕组特殊排列）。
   • 铁芯损耗： 相对影响较小，主要是基波损耗。
8. 联结组别：
   • 影响网侧和阀侧电压、电流的相位关系。
   • 对于多脉波整流（如12脉波、24脉波），需要特定的联结组别组合（如Yd + Dy）来产生所需的相位差（如30°）。
9. 网侧短路容量：
   • 电网的短路容量大小会影响整流系统运行时网侧电压畸变程度。在弱电网（短路容量小）场合，谐波和电压波动问题会更严重，对变压器设计选型提出更高要求。
10. 防护等级 (IP)： 根据安装环境（户内/户外、环境粉尘、湿度）选择。
11. 标准与认证： 符合国家或行业标准（如GB/T, IEC）。大型或重要设备可能需要型式试验。
12. 成本与交期： 在满足技术性能的前提下，考虑经济性和项目时间要求。定制特殊设计的整流变压器通常成本更高、周期更长。

选型原则总结

1. 容量是基础： 确保计算容量（含安全裕量）满足负荷需求。
2. 电压电流是关键： 精确匹配网侧和阀侧电压电流（尤其注意阀侧电流有效值）。
3. 阻抗要适配： 选择合适的Uk%以平衡短路电流限制、换相、谐波及动态响应。
4. 散热要可靠： 选对冷却方式，确保温升在允许范围内。
5. 损耗需考量： 特别重视谐波引起的额外损耗，结构设计要应对。
6. 安全需保障： 绝缘水平、耐受过电压能力要足够。
7. 系统要协调： 考虑负载特性、电网条件、与其他设备（如整流柜、电抗器、滤波器）的配合。

三、 安全裕量与实例

• 在理论计算或仿真得出的容量 S 上，通常需要增加 10% - 20% 的安全裕量 (考虑估算误差、负载波动、未来扩容、损耗增加等因素)，作为最终订货容量。
• 实例（简化）： 某直流传动系统，采用三相桥式整流电路（6脉波），直流侧额定参数：Ud = 800V DC, Id = 1500A。整流器效率估算 η = 0.95。
  • 选取 K = 1.10 (保守选择)。
  • S = 1.10 800V 1500A / 0.95 ≈ 1, 110, 000 VA ≈ 1110 kVA。
  • 考虑安全裕量 15%：1110 kVA * 1.15 ≈ 1275 kVA。
  • 最终选型： 通常选择最接近的标准容量等级且不小于1275 kVA的变压器，如1300 kVA。同时需要满足网侧电压（如10kV）、阀侧电压（通过Ud和α=0计算）、电流（考虑有效值）、Uk%等要求。

通过以上详细的步骤和考量因素，你就可以相对科学地计算和选择满足需求的整流变压器了。对于复杂或大功率应用，强烈建议咨询专业的变压器制造商或设计院进行详细设计和选型。