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、電磁裝置設(shè)計(jì)原理變壓器設(shè)計(jì) - 華中科技大學(xué)原率屮科技人專(zhuān)/Hu a zhong Urwvenity Of Science & Tschnology電磁裝置設(shè)計(jì)原理變壓器設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)：班 級(jí)：_設(shè)計(jì)者：_學(xué) 號(hào)：_華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院一、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(guò)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

2、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(wú)法傳送出去。因此需要用升壓變壓器將發(fā)電機(jī)端電壓升 高， 而經(jīng)過(guò)高壓傳輸線到達(dá)用戶(hù)端所在城市后，再利用降壓變壓器將電壓降低, 方便用戶(hù)使用。1、 設(shè)計(jì)步驟1根據(jù)設(shè)計(jì)仟?jiǎng)?wù)書(shū)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)算二、設(shè)計(jì)內(nèi)容已知參數(shù)有：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=50HzDy11連接模式；高壓側(cè)：SN=6N=10kV；

3、l1N二一500L-28.8675A（線電流）；10liN=身-16.6667（相電流）低壓側(cè)：U2N=0.4kV（線電壓）U=Uj=230.94V （相電壓）JN=2N700=721.6878A“3 5.4(1)技術(shù)條件名稱(chēng)：變壓器絕緣材料耐熱等級(jí)：H級(jí)(145 C )容量：500kVA電壓比：105%/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(P主)1/4=60 (500)1/ 215mm可得。疊片系數(shù)3選取0.97，硅鋼

4、片牌號(hào)DQ122G-30預(yù)取磁密為Bm=1.6T，則_ 400/732 1.6 50 322.81 10,W/220 13故取沖匝，得實(shí)際磁密Bm=W2B亠石 阿“610匝電勢(shì)：eJ20JgVW220高壓繞組匝數(shù)：W1yW?二一10沐20 =866匝U2訕 0.4 丁 3分接頭匝數(shù)：土5%0.219)n cno/Ior0.59%500 10有功分量：1471.41loa0.29%500 10空載電流：IoI： I；a 0.5920.292=0.66%1.8%(3)繞組計(jì)算高壓繞組容量：500kVA聯(lián)結(jié)組：D額定電壓：UIN=10kV額定電流：I1N=_/sN =：00 = 28.8675 A

5、V3U1Nv310相電流：1件二捱=16.6667 A繞組匝數(shù)：909/866/823匝預(yù)取電密為J高=2.62A/mm2，則IiN16.667A 2J高n 2.62A/mm=6.361mm查表，選取線包扁銅線S高二6.41mm, 矢口a=1 25mm,b=3 50mm得實(shí)際電密:I1 NS高n16.6667A2-6.41mm= 2.600A/mm2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：1.25 5.301.58 5.634A 8 =323B 9=271C 10=1070E 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：

6、(1.58 8 2 4.32) 1.045 = 20mm(期中內(nèi)墊 4.32mm、統(tǒng)包 2mm）B段的幅向尺寸為：(1.58 9 4.74) 1.045 = 20mm（其中內(nèi)墊4.74mn)C段的幅向尺寸為：(1.58 10 - 3.16) 1.045 =20mm（其中內(nèi)墊3.16mm)E 段的幅向尺寸為：(1.58 12) 1.045 =20mm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：70漢5 = 350mm1 12= 12mm6 8 = 48mm一共有77塊，410mm所以高壓繞組軸向尺寸，即繞組高為439.14 410 0.86

7、= 850mm窗高為850 160=1010mm(Hw)低壓繞組容量：500kVA聯(lián)結(jié)組：y額定電壓：U2N=0 4kV額定電流：I2N=產(chǎn) =721.6878AI3U2N. 3 0.4相電流：丨2N二咕=721.6878A繞組匝數(shù)：20匝預(yù)取電密為J低=2.16A/mm2，則查表，選取線包扁銅線8低=41.85mm2,知a=2 65mm,b=16.00mm得實(shí)際電密：J低2N=721.6878A.2.16A/mm2S氐n 41.85mm2漢8其中公式中的”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Nome)R紙紙包絕緣，所以導(dǎo)線線規(guī)是：2.65

8、 16.002.98X6.33繞組的形式采用雙螺旋式，中間預(yù)留12mm氣道。幅向尺寸計(jì)算：氣道一側(cè)幅向尺寸為：2.98沃2 .16 = 6.9mm故低壓繞組幅向尺寸為：6.9+12 + 6.9 = 25.8mm軸向尺寸計(jì)算:I2NIJ低n721.6878A2.16A/mm282=41.76mm16.33 2 (20 1) 1.035 = 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 16.33二677.24mm為配合高壓繞組，故低壓繞組窗高為677.24 332.76=1010mm（Hw）（4）絕緣半徑計(jì)算（單位mr）107.5（107.5:鐵心直徑/2）

9、15_（15+5：鐵心到低壓繞組距離，其中5mm是H級(jí)玻璃鋼筒）122.55_127.5（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）23.5_176.84 （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r12）10.5（23.5+4+10.5=38mm:高低壓繞組之間的距離a12）191.320 （20mm:高壓繞組幅向尺寸a1）211.3（191.3+10=201.3mm高壓繞組幅向半徑口）2_422.643（43mm:2個(gè)鐵心所屬高壓繞組之間的距離）46

10、5.6（ M ）R19U(5)短路阻抗計(jì)算(1.38-0.033)14.04/3=6.3040入=13.8+38+20+12-0.33=83.47mm (3.8+0.033)17.23=66.0426(2.0-0.033)20.13/3=13.1986(1.2+0.033)14.04/4=4.3278漏磁面積：刀D=6.3049+66.0426+13.1986+4.3278=89.873平均電抗高度：Hk76.362cm2匯10洛氏系數(shù)：1183470.965兀 Hk3.141763.62電抗修正系數(shù):K=1.0349.6f l2P20； :DKe 嚴(yán) Hk0649.650 721.6878

11、20 89.873 0.965 1.0311.547匯76.36206-3.63%7981 84電阻分量：6 =-1.596%5000短路阻抗:Uk= ,U； U；二(3.63)2(1.596)2= 3.965%/1/低壓線圈R15XA.-10.5高壓錢(qián)圈電抗分量:(6)損耗計(jì)算(145C)高壓繞組平均匝長(zhǎng)：I高=2二口=2 3.14159 201.3 =1265mm = 1.265m總長(zhǎng)：IN1I高=909 1.265 =1149.885m導(dǎo)線重：G高二3 8.92 6.41 1149.885 10二197.24kg電阻損耗：1 p高二3I1P2R高二3 16.666724.7750 = 3

12、979W低壓繞組平均匝長(zhǎng)：I低=2二r2=2 3.14159 145.4 =913.57mm =0.9136m總長(zhǎng)：l2二N21低二20 0.9136 =18.272m導(dǎo)線重：G低=3 8.92 8 41.85 18.272 10= 163.34kg145C電阻：R氏密度低0175 102345 145佩272占S氐234.5 15 8 41.85 10= 0.001453電阻損耗：p低=3I2P2R氐=3 721.687820.001453= 2270.3W折 算 到145 C234.5145234.5151149.8856.41 10-6= 4.775075 C下渦流損耗：3.8(50 8

13、66伐641 0.965/ 850)2= 0.0590%100000003979 0.0590%1.2262-1.562W234.5 145234.5 75= 1.22675 C下渦流損耗：3.8(5。2026541.858。加/ 677.24)2=。的100000002270.3 0.607%1.2262145C電阻:= 0.0175 10折 算 到145C-9.17W234.51451.226234.575負(fù)載損耗：(3979 1.5622270.3 9.17) 1.04 = 6510.43W空載損耗：1471.41W總損耗：6510.43 1471.4仁7981.84W(7)溫升計(jì)算低壓

14、繞組(400V)內(nèi)層散熱面：(繞組繞在5mn骨架筒上不計(jì)散熱面)S)=0繞組氣道內(nèi)層散熱面：S21=3 (2二134.4 -12 10) 677.24 10& = 1.4710m2繞組氣道外層散熱面：S22=3 (2二146.4 -12 10) 677.24 10“ = 1.6241m2繞組外層散熱面：S3=3 (2二153.3) 677.24 10 = 1.9560m2總散熱面：SS21- S22S3-0 1.4710 1.6241 1.9560 = 5.0511m20.8= 87.86K高壓繞組（10000V）10 51.6內(nèi)層軸向氣道修正系數(shù)：=0.56（卩一）4= 0.2656

15、850水平軸向氣道修正系數(shù)：-=1.73 V -1（仝）22 =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） 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） 5.63 =427.88S:內(nèi)層有效散熱面：3 （2二191.3 -8 18） 394.1 0.2656 10 = 0.3320m2水平有效散熱面：3 （2二201.3 -8 40） 20 76 2 0.3793 10 = 3.2661m2外層有效散熱面：3 2二211.3 427.88 101.7033m2低壓溫升:總有效散熱面：S =0.3320 3.266

16、1 1.7033 = 5.3014（8）重量計(jì)算鐵心重-1320.36kg電磁線重=（197.24 163.34） = 360.58kg總重二（1320.36 360.58） 1.15 = 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P。=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）；低壓導(dǎo)線尺寸2.65 16.00；2.98