電磁裝置設(shè)計(jì)原理變壓器設(shè)計(jì)華中科技大學(xué)原

1、Huazboog Universitv Of Science & Tchndogy電磁裝置設(shè)計(jì)原理變壓器設(shè)計(jì)業(yè)級(jí)者口、專 班 設(shè) 學(xué)華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院變壓器設(shè)計(jì)綜述及其基本原理變壓器是一種靜止電機(jī)， 由繞在共同鐵芯上的兩個(gè)或者兩個(gè)以上的繞組通過 交變的磁場(chǎng)而聯(lián)系著。 用以把某一種等級(jí)的電壓與電流轉(zhuǎn)換成另外一種等級(jí)的電 壓與電流。 其用途是多方面的， 十分廣泛的應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。 在電力 系統(tǒng)中，通常要將大功率的電能輸送到很遠(yuǎn)的地方去， 利用低電壓大電流的傳輸 是有困難的，一方面，電流大引起的輸電線損耗很大；另一方面，電壓的下降也 會(huì)使電能無法傳送出去。 因此需要用升壓變壓器

2、將發(fā)電機(jī)端電壓升高， 而經(jīng)過高 壓傳輸線到達(dá)用戶端所在城市后， 再利用降壓變壓器將電壓降低， 方便用戶使用。設(shè)計(jì)步驟1、根據(jù)設(shè)計(jì)仟?jiǎng)?wù)書確定各原始技術(shù)數(shù)據(jù)；2、計(jì)算鐵心柱直徑、鐵芯柱和鐵軛截面；3、繞組尺寸計(jì)算；4、繞組的確定及相關(guān)計(jì)算；5、繞組的絕緣設(shè)計(jì)；6、絕緣半徑計(jì)算；7、鐵芯重量計(jì)算；8、性能計(jì)算；9、溫升計(jì)算；10、主要部件價(jià)格計(jì)算。、設(shè)計(jì)內(nèi)容已知參數(shù)有:額定容量& =500kVA ；額定電壓10kV/0.4kV （高壓繞組5%分接頭）;額定頻率f = 50HzDy11連接模式;咼壓側(cè)：UjN=% =10kV ；I 1N=500廠=28.8675A（線電流）; 10X J3二拐=16.

3、6667（相電流）低壓側(cè)：U 2N= 0.4kV（線電壓）U=230.94V（相電壓）J3= ,00=721.6878AJ3X0.4（1）技術(shù)條件名稱：變壓器絕緣材料耐熱等級(jí):H 級(jí)（145 C ）容量：500kVA電壓比：10 5%/0.4kV頻率：50Hz硅鋼片型號(hào)：DQ122G-30導(dǎo)線材料：銅導(dǎo)線連接組：Dy11短路阻抗：4%負(fù)載損耗（145C） : 9350W空載損耗：1500W空載電流：1.8%(2)鐵心計(jì)算鐵心直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式D=K (PJ/4=60x(500)1/4=215mm可得。疊片系數(shù)3選取0.97，硅鋼片牌號(hào)DQ122G-30預(yù)取磁密為Bm =1.6T，則U 2qN40

4、0/73W2 = =20.13 匝VKBm fA 屆 X 1.6x50x322.81x10故取游20匝，得實(shí)際磁密Bm=WB亠等“心&皈匝電勢(shì)：e心吐=4必L11.547VW220高壓繞組匝數(shù)： W1 =匕佟02 =20 =866匝U 2qN0.73分接頭匝數(shù)： 5%X 866= 43匝。當(dāng)磁密1.6106T時(shí)，查表得鐵心毛截面為 A=339.8 cm，凈截面為A=322.81cm,角重G=112.18kg，單位損耗為0.995W/kg，勵(lì)磁功率為1.28VA/kg，單位勵(lì)磁功率為 0.219VA/ cm2。鐵心重量:心柱重：GZ =3HwAX7.65X10 =3x1010x322.81x7.

5、65x10 丄=748.26kg鐵軛重：Ge =4MoAX7.65X10 =4天465.6322.81咒7.6510=459.92 kg角重 GA=112.18kg總重 GFGz +Ge+ GA = 1320.36kg空載損耗 P。= KpopoGFe =1.12X0.995X1320.36 =1471.41W 1500W空載電流:無功分量：IoT1.28320.6 后 322.819219)=0.59%5000有功分量：loa =空29%500x10500空載電流：Io =JlOr +lOa = J0.592 +0.292 = 0.66%1.8%(3)繞組計(jì)算高壓繞組容量：500kVA聯(lián)結(jié)組

6、：D額定電壓：UjN= 10kV額定電流：I 1NSN=28.8675AV3U1nJ3XI0相電流：I仲=拐=16.6667 A繞組匝數(shù)：909/866/823匝預(yù)取電密為J高=2.62A/mm2，則S高 =皿=16.667A61mm2高 J高 n 2.62A/mm2查表，選取線包扁銅線 気=6.41mm2，知a=1.25mm,b=3.50mm得實(shí)際電密：高= 16.666號(hào)=2.600A/mm21.25x5.301.58x5.63S高 n 6.41mm采用N-0.33的Nomef紙紙包絕緣，所以導(dǎo)線線規(guī)是:繞組的形式采用連續(xù)式：4AX8 =32 3BX9 =27 1CX10 =10 70EX

7、12 =840所以高壓繞組一共有78段，909匝。幅向尺寸計(jì)算:A段的幅向尺寸為:(1.58x8 +2+4.32)x1.045 = 20mm (期中內(nèi)墊 4.32mm、統(tǒng)包2mm)4.74mmB段的幅向尺寸為:(1.58x9+4.74)x1.045 =20mm (其中內(nèi)墊段的幅向尺寸為:(1.58x10+3.16)x1.045 =20mm (其中內(nèi)墊E段的幅向尺寸為:(1.58X12)X1.045 =20mm3.16mm)軸向尺寸計(jì)算:線段軸向：78% 5.63 = 439.14mm一共 78 段，462.54mm 墊塊軸向：70x5= 350mm1 咒12= 12mm 6x8 =48mm一共

8、有77塊，410mm所以高壓繞組軸向尺寸，即繞組高為 439.14 + 410 + 0.86 = 850mm窗高為 850+160 =1010mm(Hw)低壓繞組容量：500kVA聯(lián)結(jié)組：y額定電流：ISN額定電壓：U2N =0.4kV2N = - p00=721.6878A2N V3U2NJ3X0.4相電流：I(N -I2 -721.6878A繞組匝數(shù)：20匝預(yù)取電密為J低=2.16A/mm2，則721.6878A =41.76mm2J低n 2.16A/mm 咒8查表，選取線包扁銅線 3氐=41.85mm2,知a=2.65mm,b=16.00mm得實(shí)際電密：低=黔m需=2.16A/mm2其中

9、公式中的” 8”表示繞組是軸向2根并聯(lián)，幅向4根并聯(lián)，因此每一匝由8根導(dǎo)線并繞而成。采用N-0.33的Nomef紙紙包絕緣,所以導(dǎo)線線規(guī)是:2.65% 16.002.98X16.33繞組的形式采用雙螺旋式，中間預(yù)留12mn氣 道。幅向尺寸計(jì)算:氣道一側(cè)幅向尺寸為:2.98X2X1.16 = 6.9mm軸向尺寸計(jì)算:故低壓繞組幅向尺寸為：6.9 + 12 + 6.9 = 25.8mm16.33x2x(20 +1)x1.035 =709.9mm (軸向 2 根并繞，共有 20 匝)故低壓繞組電抗高度為：709.9 - 2 X 16.33 = 677.24mm為配合高壓繞組，故低壓繞組窗高為 677

10、.24 + 332.76 = 1010mm（ H w）（4）絕緣半徑計(jì)算（單位mm107.5( 107.5 :鐵心直徑 /2 )15（15+5:鐵心到低壓繞組距離，其中 5mm是 H級(jí)玻璃鋼筒）122.5127.5（低壓繞組內(nèi)半徑）25.8 (25.8mm:低壓繞組輻向尺寸a2）153.3(127.5+12.9=140.4 :低壓繞組輻向半徑r2）23.5176.84 (4mm:H級(jí)玻璃鋼筒）180.8(153.3+19=172.3mm高低壓線圈間漏磁通道平均半徑12 ）10.5(23.5+4+10.5=38mm高低壓繞組之間的距離a12）2191.320(20mm:高壓繞組幅向尺寸aj211

11、.3（191.3+10=201.3mm高壓繞組幅向半徑r1 ）422.643(43mm:2個(gè)鐵心所屬高壓繞組之間的距離）465.6 (M)蠱5/低 壓 線/Rirn.HR1如 RB153.3Rig】3高4 10. 6 Hse圈高 壓 線 圈(5)短路阻抗計(jì)算(1.38-0.033)X 14.04/3=6.3040入=13.8+38+20+12-0.33=83.47mm(3.8+0.033)X 17.23=66.0426(2.0-0.033)X 20.13/3=13.1986(1.2+0.033)X 14.04/4=4.3278漏磁面積：刀 D=6.3049+66.0426+13.1986+4.

12、3278=89.873平均電抗高度：Hk85咤=76.362cm2x10洛氏系數(shù)：P =1-83.47一1 3.1415X763.62 O.965電抗修正系數(shù):K=1.03電抗分量:Ux49.6X f 咒 I2p咒 20XFD 咒 P咒 KqXHkX10649.6X 50X 721.6878咒 20咒89.873咒 0.965咒 1.0311.54776.362天106電阻分量:Ua靂=1.596%短路阻抗:Uk=Ju； +U2 = J(3.63)2 + (1.596)2 = 3.965%= 3.63%折算到 145C： 397920590%=1.562W1.2262空竺嗎.226234.5+

13、75(6)損耗計(jì)算(145C)高壓繞組平均匝長(zhǎng)：l 高=2時(shí)1 =2x3.14159x201.3=1265mm = 1.265m總長(zhǎng)：li =Nil 高=909x1.265 =1149.885m導(dǎo)線重：G高=3x8.92x6.41x1149.88500=197.24kg145C 電阻：R高=卩密度 旦=0.0175x10% Z34.545冥 “49.88： = 4.7750Q 高 密度気234.5 + 156.41x10電阻損耗:陽(yáng)=3I1 卩2只高=3x16.66672x 4.7750 = 3979W1000000075C下渦流損耗：31竺輕4竺込竺匚0.0590%141將 1.226低壓繞

14、組平均匝長(zhǎng)：1低=2盯2 =2X3.14159 咒 145.4 =913.57mm = 0.9136m總長(zhǎng)：lN2l 低=20X0.9136 =18.272m導(dǎo)線重：G低=3x8.92x8x41.85x18.272x10 = 163.34kg145匸電阻：R氐叫度St O.01751代簽需X諾爲(wèi)= 0.001453電阻損耗：口氐=312 p2Rf = 3x721.68782x 0.001453= 2270.3W21000000075C下渦流損耗：3護(hù)阿22碎41.85沖O.96577.24) =0.607%折算到 145C：絲703豎07% =9.17W1.2262負(fù)載損耗：(3979 +1.

15、562 + 2270.3+9.17) 1.04 = 6510.43W空載損耗：1471.41W總損耗：6510.43+1471.41 =7981.84W（7）溫升計(jì)算低壓繞組（400V）內(nèi)層散熱面：（繞組繞在5mm骨架筒上不計(jì)散熱面）S, =0繞組氣道內(nèi)層散熱面：S21 =3x(2兀 X 134.4-12x10) x677.24x10 = 1.4710m2繞組氣道外層散熱面：S22 =3咒(2兀X146.4-12咒10)咒677.24X10- = 1.6241m2繞組外層散熱面：S3 =3x(2兀 x153.3)x 677.24x10- =1.9560m2總散熱面：S = S + Sj +S2

16、2 + S3 = 0 +1.4710 +1.6241 +1.9560 = 5.0511 m2低壓溫升：Tlv6叫迦3需1嚴(yán)=87.86K高壓繞組（10000V）10 51.6內(nèi)層軸向氣道修正系數(shù)：a “.樸奇）0,2656水平軸向氣道修正系數(shù)：P =1.73叫1+2 -1+(2)21/2 =0.379320 20里段：內(nèi)層軸向有效散熱高度（除去內(nèi)墊8餅線匝）（78-8）咒5.63 = 394.1外段：外層軸向有效散熱高度（除去統(tǒng)包2餅線匝）（78-2）x5.63 = 427.88S:內(nèi)層有效散熱面:6 23x(2兀咒 191.3 8咒 18)x 394.1% 0.2656 咒 10= 0.33

17、20m2水平有效散熱面:3X (2兀 X 201.3 -8x40)X 20 咒 76 2咒 0.3793 10厘=3.2661 m2外層有效散熱面:3x2兀 x211.3X427.88X10=1.7033m2總有效散熱面:S = 0.3320 + 3.2661 +1.7033= 5.3014高壓溫升：（8）重量計(jì)算鐵心重=1320.36 kg電磁線重=(197.24 +163.34) = 360.58kg總重=(1320.36 +360.58)x1.15 =1933.08kg四、總結(jié)額定容量Sn =500kVA ；額定電壓10kV/0.4kV （高壓繞組5%分接頭）;額定頻率f = 50Hz;Dy11連接模式；心柱直徑 D = 215mm ；中心距440mm；窗高 1010mm；磁密Bm=1.6106T ；空載損耗Po =1471.41w 1500W ;空載電流I。=0.66% 1.8%;低壓匝數(shù)W2 = 20 ;高壓匝數(shù)W1=866 （主抽頭）;W1 = 909（高壓抽頭）；W- =823 （低壓抽頭）；2.65x16.002.98x16.33