變壓器-課程設(shè)計(jì)

1、電氣與電子工程學(xué)院電磁裝置設(shè)計(jì)原理作業(yè)SG10-800/10型號(hào)變壓器設(shè)計(jì)姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 電氣 班 型號(hào)為SG-800/10的變壓器設(shè)計(jì)過程一.給定型號(hào)為SG-800/10的變壓器設(shè)計(jì)初始技術(shù)條件：容量：800kVA，電壓比：10±5%/0.4kV，頻率：50Hz，組I通過查表4-1可得到如下技術(shù)條件：聯(lián)接組：Yyn0短路阻抗：6%負(fù)載損耗(145)：13600w空載損耗：2120w空載電流：1.6%其他：符合GB1094，GB6450二根據(jù)這些技術(shù)條件展開計(jì)算：1.鐵心部分計(jì)算：鐵心直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式D=K×P柱14，對(duì)于三相雙繞組變壓器，每柱容量P柱=SN/3取K

2、=（5560），代入D=（5560）×4800/3230mm.此時(shí)有K=56.916。疊片系數(shù)取0.97；查表4-8，計(jì)算鐵心凈截面積得Az=388.8×0.97cm2=377.14cm2，計(jì)算角重得G1=136.11kg。硅鋼片牌號(hào)DQ147-30，磁密預(yù)取Bm=1.61T，則W2=U2p2fBmAz=2312×3.14×50×1.61×377.14=17.12，將W2取整得W2=17，即得到低壓繞組匝數(shù)，而實(shí)際磁密為：Bm=U2p2fW2Az=1.62。查表4-9得：單位鐵損為p0,=1.121W/kg，勵(lì)磁功率為qc=2.00V

3、A/kg,單位勵(lì)磁功率為qj=0.238VA/cm2。2.繞組計(jì)算：(1)匝電壓：et=U2pW2=400/317V=13.588V/匝(2)計(jì)算高壓繞組匝數(shù)：W1=U1pet=10000/313.58471=425，高壓繞組帶有無載調(diào)壓分接，故有：正分接的匝數(shù)為W1+=U1p+et=10000×1.053=446.負(fù)分接的匝數(shù)為W1-=U1p-et=10000×0.953=404.(3)繞組線電流：高壓側(cè)I1=SN3U1p=8003×10A=46.19A.低壓側(cè)I2=SN3U2p=8003×0.4=1154.7A(4) 段號(hào)段數(shù)：高壓側(cè)采用連續(xù)式繞組，

4、計(jì)算如下,5A×8=402B×9=182C×8=1631E×12=372如此得到一種共39段446W1+匝的高壓連續(xù)式繞組；低壓側(cè)采用雙螺旋式繞組，共17匝，中間氣道12mm。(5)電流密度J相關(guān)計(jì)算：高壓側(cè)電密估算為J1=2.61A/mm2，并繞根數(shù)n=1，則導(dǎo)線面積估算為：S1=I1nJ1=17.69mm2；低壓側(cè)電密估算為J1=2.18A/mm2，并繞根數(shù)n=5，則導(dǎo)線面積估算為：S2=I2nJ2=530.(6)線規(guī)：高壓繞組采用N-0.33（NomexR紙包絕緣），據(jù)S1=15.84mm2，查表4-12可選得裸導(dǎo)線軸向厚度為a11=1.9mm，軸

5、向?qū)挾葹閎11=9.0mm，于是包絕緣后相應(yīng)變?yōu)閍1=a11+0.33=2.23mm，b1=b11+0.33=9.83mm低壓繞組亦采用N-0.33（NomexR紙包絕緣），據(jù)S2=530mm2，查表4-12可選得裸導(dǎo)線軸向厚度為a22=3.15mm，軸向?qū)挾葹閎11=17mm，于是包絕緣后相應(yīng)變?yōu)閍2=a22+0.33=3.48mm，b2=b22+0.33=17.33mm(7)繞組的尺寸：1）幅向：高壓繞組：E：2.23×12×1.095=28，取整，再計(jì)算：A：（2.23×8+2+7）×1.095=28（此處仍是湊整，亦即內(nèi)墊7mm，統(tǒng)包2mm）同理

6、可得：B：（2.23×9+6.5）×1.095=28（內(nèi)墊6.5mm）C：（2.23×8+9）×1.095=28（內(nèi)墊9mm）故高壓繞組的幅向厚度取為28mm低壓繞組：3.48×2×1.16=8，取整得8mm；8+12+8=28mm，于是可得高壓繞組的幅向厚度為28mm。（注：12mm為中間氣道厚度）2）軸向:高壓繞組：線段:A:5×(9.83+2)=49.15；B+C+E）:35×9.83=344.05；得到繞組40段的純軸向高度：49.15+344.05=393.2mm墊塊：E：31×5=165；C：

7、2×12=12；（A+B）：6×8=48；幾類墊塊高度求和：227mm；據(jù)此計(jì)算繞組高: Hd1=393.2+227+0.8=621mm；窗高: Ho=621+144=765Hw低壓繞組：2b2×W2+1K=2×17.33×17+1×1.035=646 mm；電抗高度：Hd2=646-17.33*2=611.34mm窗高：Ho=646+114=760Hw，湊數(shù)保證和高壓繞組窗高相同。3.絕緣半徑計(jì)算鐵心半徑 r0=D2=115mm鐵心對(duì)繞組絕緣距離取為s1=15+5=20mm低壓繞組內(nèi)半徑 r1=r0+s1=115+20=135mm低

8、壓繞組幅向厚度 BL=28mm低壓繞組外半徑 r2=r1+BL=135+28=163mm高低壓繞組之間的氣道寬度取為23=23.5+4+10.5=38mm高壓繞組內(nèi)半徑 r3=r2+23=163+38=201mm高壓繞組幅向厚度 BH=28mm高壓繞組外半徑 r4=r3+BH=201+28=229mm高壓繞組外徑 DH=2r4=229×2=458mm兩鐵心的中心距離 Mo=DH+b3=458+43=501mm低壓繞平均半徑 r12=r2+r12=135+1632=149mm低壓繞平均半徑 r34=r3+r42=201+2292=215mm高低壓間漏磁空道平均半徑Y(jié)HL=r3+r22=

9、201+1632=182mm4.回去計(jì)算鐵心計(jì)算未完部分：鐵心重量：心柱重Gz=3AzHo×7.65×10-4=3×377.14×765×7.65×10-4=662.1kg.鐵軛重Ge=4AzHe×7.65×10-4=4×501×377.14×7.65×10-4=578.2kg. 角重G=136.11kg.總重GFe=Gz+Ge+G=622.1+578.2+136.11=1376kg空載損耗p0=1.12×GFep0,=1.12×1376×1.1

10、21=1727.6W<2120W，符合要求?？蛰d電流：無功分量：Ior=KoqcGFe+qjCAc10SN=1.3×2×1376+6×212×377.14×0.238800×10=0.44%.有功分量：Ioa=p010SN%=1728.1/(10*800)=0.22%.空載電流：Io=Ior2+Ioa2=0.442+0.222=0.49%.5.返回繞組計(jì)算未完部分：(1)平均匝長：高壓繞組lH0=2r34=2×3.14×0.215=1.351m.低壓繞組lL0=2r12=2×3.14×0.

11、149=0.936 (2)總長：高壓繞組l1=W1lH0=574.18(602.5+2)m低壓繞組l2=W2lL0=0.936*17+0.5=16.41m(3)145電阻：高壓繞組 R1=l1S1×1.226=0.02135×574.18/17.69×1.226=0.8496.低壓繞組R2=l2S2×1.226=0.02135×16.41/530×1.226=0.000810.（注：1.226為溫度折算系數(shù)=234.5+145234.5+75，將75折算為145時(shí)的電阻）.(4)導(dǎo)線重：高壓繞組G導(dǎo)1=密l1S1×10.42

12、=270×574.18×17.69×10.42=285.7（300.8）kg（密=2700g）.低壓繞組G導(dǎo)2=密l2S2×10.42=229.5kg(236.7kg)(密=2700g）6.短路阻抗計(jì)算：漏磁面積的計(jì)算：低壓線圈: (1.6-0.033) ×14.9/3=7.7828cm2(3.8+0.033) ×18.2=69.7606cm2 高壓線圈：(2.8-0.033) ×21.5/3=19.8302cm2(1.2+0.033) ×14.9×0.25=4.7471cm2所以漏磁面積:D=7.782

13、8+69.7606+19.8302+4.7471=102.1205cm2=16+38+28+12-0.33=93.67mm平均電抗高度Hk=Hd1+Hd22=621+611.34210=61.62cm.洛氏系數(shù)計(jì)算：由于=Hk=3.1415*616.2/59.667>3，故有 =1-Hk=1-93.673.1415616.2=0.952 電抗修正系數(shù)：K=1.03電抗分量： Ux=49.6I2W2KetHk×106D=49.6×50×1154.7×17×102.1205×0.952×1.0313.588×61

14、.62×106=5.82%.7.損耗計(jì)算（145）：1）電阻損耗：高壓：PR1=3I12R1=3×46.192×0.8496=5437.9W 低壓：PR2=3I22R2=3×1154.72×0.000810=3240.0W2）渦流計(jì)算：高壓：75下渦流損耗：Pw10=3.8×fW1a11S1Hd1210000000=3.8×50×425×1.9×17.69×0.952621210000000=0.45%折算到145： Pw1=PR1Pw01.2262=5437.9×0.38%

15、11.2262=16.6W低壓：75下渦流損耗：Pw20=3.8×2×5fW2a22S2Hd2210000000=3.8×(50×17×3.15×53×2×5×0.952611.34)210000000=1.86%折算到145： Pw2=PR2Pw201.2262=3240×1.86%1.2262=40.09W負(fù)載損耗：pf=PR1+PR2+Pw1+Pw2K=5437.9+3240+16.6+40.09×1.04=8734.59W空載損耗：p0=1727.6W總損耗： p=pf+p0=

16、8734.59+1727.6=10462.2W注：1.226為溫度折算系數(shù),234.5+145234.5+75=1.226.8.折回短路阻抗計(jì)算未完部分：電阻分量： Ua=pfSN=8734.598000=1.39%短路阻抗：Ua=Ux2+Ua2=5.82%2+1.39%2=5.98%由于5.85%<5.98%<6.15%，故前述計(jì)算無誤。9.溫升計(jì)算：1）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）S1=0繞組氣道內(nèi)層散熱面：S21=mHd2×10-62(r1+8)-Nbt=3×2×3.14×143-12×

17、;10×611.34×10-6=1.4269m2繞組氣道外層散熱面：S22=mHd2×10-62(r1+8+12)-Nbt=3×2×3.14×155-12×10×611.34×10-6=1.5651m2繞組外層散熱面： S3=mHd2×10-6×2r1+28=3×2×3.14×163×611.34×10-6=1.8773m2總散熱面： SL=S1+S21+S22+S3=0+1.4269+1.5651+1.8773=4.8693m2低壓溫

18、升：Tlv=0.66×PR2+Pw2SL0.8=0.66×(3280.094.8693)0.8K=120.8K<125K，沒有超標(biāo)。（注：m為相數(shù)，其他量在上面過程中已給出，不再贅述）2）高壓繞組（10000V）內(nèi)層軸向氣道修正系數(shù)：=0.5641.6Hd1=0.56×(10.51.6621)1/4=0.2873式中，為軸向氣道寬度。水平幅向氣道修正系數(shù)：=1.73×1+hpHBH-1+hpHBH2=1.73*1+528-1+5/28)21/2=0.2816.式中，hpH為高壓繞組段間氣道平均高度，前面計(jì)算已取為579mm；高壓繞組幅向厚度BH=2

19、8mm。里段：內(nèi)層軸向有效散熱高度（除去內(nèi)墊8餅線匝）H內(nèi)=39-8b1=40-8×9.83=306.28mm式中，40為總段數(shù)，b1為高壓繞組包了絕緣的導(dǎo)線高度。外段：外層軸向有效散熱高度（除去統(tǒng)包2餅線匝）H外=40-2b1=40-2*9.83=375.44mmS：（內(nèi)層有效散熱面）：S內(nèi)=m2r3-8×18H內(nèi)×10-6=3×2×3.14×201-8×18×306.28×0.2873×10-6=0.2952m2 （水平有效散熱面）：S水平=38×2m2r34-8×40B

20、H×10-6=3×2×3.14×215-8×40×28×37×2×0.2816×10-6=1.853m2（外層有效散熱面）：S外=2mr4H外×10-6=2×3.14×3×119.5×375.44×10-6=1.62m2（總有效散熱面）：SH=S內(nèi)+S水平+S外=0.2952+1.853+1.62=3.7682m20.8高壓溫升：THV=0.3×PR1+Pw1SH0.8= 3.76823.76820.8×0.3=10

21、1.3K<125K，沒有超標(biāo)。（8）重量計(jì)算鐵心重GFe=1376kg電磁線重G導(dǎo)=G導(dǎo)1+G導(dǎo)2=300.8+236.7=537.5kg器身及附件重G=1.15×GFe+G導(dǎo)=1.15×1376+537.5=2200.5kg總重=2200kg。結(jié)果：(1)技術(shù)條件容量：800kVA電壓比：10±5%/0.4kV頻率：50Hz聯(lián)接組：Yyn0短路阻抗：6%負(fù)載損耗(145°C)：13600w空載損耗：2120w空載電流：1.6%其他：符合GB1094,GB6450(2)鐵心計(jì)算鐵心直徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式D=K×(P) 0.25計(jì)算可得D=230

22、mm。疊片系數(shù)取0.97，鐵心凈截面為377.14cm2,角重G1=136.11kg ,硅鋼片牌號(hào)為DQ147-30，磁密為1.61，單位損耗為1.121W/kg,勵(lì)磁功率為qc=2.00VA/kg,單位勵(lì)磁功率為qj=0.238VA/cm2 鐵心重量：心柱重= GFe=662.1kg 鐵軛重= 578.2kg. 角重=136.11kg 總重=1476kg空載損耗=1727.6W空載電流： 無功分量：Ior=0.44% 有功分量：Ioa=0.22% 空載電流：I0=0.49%（3）繞組計(jì)算 高壓 低壓容量（kVA） 800 800聯(lián)結(jié)組 Y y匝電壓（V/匝） 電壓（V） 電流（A） 46.1

23、9 1154.7 繞組匝數(shù) 446 (24) 425 (24) 404 17 段號(hào)數(shù) 5A×8= 24 2B×9=18 (連續(xù)式) 2C×8=16 雙螺旋式 31E×12=372 中間氣道12mm 40段 446匝線規(guī)（NomexR紙紙包絕緣）N-0.33 1.9×9.52.23×9.3 N-0.33 3.15×173.48×17.33截面（mm2） 17.69530 電密（A/ mm2） 2.612.18平均匝長（m） 1.351 0.936總長（m） 574.18/（602.5+2）16.07+0.5=16.5

24、7 145°C電阻（歐姆） 0.8496 0.000810導(dǎo)線重（kg） 285.7/300.8239.6/247.1 （高壓） （低壓）幅相 幅向 A: 2.23×12×1.095=28，(內(nèi)墊7mm、統(tǒng)包2mm) 3.48×2×1.16=8B：（2.23×9+6.4）×1.095=28，（內(nèi)墊6.5mm） 8+12+8=28 C:（2.23×8+8.5）×1.095=28 ，(內(nèi)墊9mm) E: 2.23×12×1.045=28.軸向 輻向線段： 5×（9.83+2）=4

25、9.15；墊塊：31×5=155 2×17.33×18×1.035=649 35×9.83=344.05 2×12=24 6×8=48 40 3993.2 39 227繞組高：579mm窗高：760Hw(4)絕緣半徑計(jì)算 115 （鐵心直徑/2） 15 130 5 13528 149（低壓繞組幅向） 163 23.5 186.54 （38） 182（38低壓到高壓繞組距離） 190.5 10.5 20128 215（高壓繞組幅向） 229 2 45843 50（5）短路阻抗計(jì)算(1.6-0.033 ×14.9/3=

26、7.7828 =16+38+28+12-0.33=93.67mm(3.8+0.033) ×18.2=69.7606(2.8-0.033) ×21.5/3=19.8302(1.2+0.033) ×14.9×0.25=4.7471 漏磁面子：D=102.1205cm2 平均電抗高度：Hk=61.62cm. 洛氏系數(shù)：=1-1-Hk=1-93.673.1415596.67=0.952 電抗修正系數(shù)：K=1.03電抗分量: Ux=49.6×50×1154.7×17×102.1205×0.952×1.03

27、13.588×61.62×106=5.82%. 電阻分量：Ua=1.39%短路分量：Ua=Ux2+Ua2=5.82%2+1.39%2=5.98% (6)損耗計(jì)算（145°C）電阻損耗：高壓： I2 R=5437.9W 低壓：I2 R=3240.0W 渦流損耗：高壓： 75°C下渦流損耗：0.38% 折算到145°C：16.6W （234.5+145）/（234.5+75）=1.226低壓：75°C下渦流損耗：1.83% 折算到145°C：40.09W （234.5+145）/（234.5+75）=1.226負(fù)載損耗： 873

28、4.59W空載損耗： 1727.6W總損耗 ：pf+p0=10462.2W (7）溫升計(jì)算 低壓繞組（400V） 繞組氣道內(nèi)層散熱面：S21=mHd2×10-62(r1+8)-Nbt=3×2×3.14×143-12×10×611.34×10-6=1.4269m2繞組氣道外層散熱面：S22=mHd2×10-62(r1+8+12)-Nbt=3×2×3.14×155-12×10×611.34×10-6=1.5651m2繞組外層散熱面： S3=mHd2×10-6×2r1+28=3×2×3.14×163