电磁装置设计原理变压器设计-华中科技大学原

1、电磁装置设计原理变压器设计 - 华中科技大学原率屮科技人專/Hu a zhong Urwvenity Of Science & Tschnology电磁装置设计原理变压器设计专 业：班 级：_设计者：_学 号：_华中科技大学电气与电子工程学院一、变压器设计综述及其基本原理变压器是一种静止电机， 由绕在共同铁芯上的两个或者两个以上的绕组通 过交变的磁场而联系着。 用以把某一种等级的电压与电流转换成另外一种等级 的电压与电流。其用途是多方面的，十分广泛的应用在国民经济的各个领域。 在电力系统中，通常要将大功率的电能输送到很远的地方去， 利用低电压大电 流的传输是有困难的， 一方面，电流大引

2、起的输电线损耗很大；另一方面，电 压的下降也会使电能无法传送出去。因此需要用升压变压器将发电机端电压升 高， 而经过高压传输线到达用户端所在城市后，再利用降压变压器将电压降低, 方便用户使用。1、 设计步骤1根据设计仟务书确定各原始技术数据;2、计算铁心柱直径、铁芯柱和铁轭截面;3、绕组尺寸计算;4、绕组的确定及相关计算;5、绕组的绝缘设计；6、绝缘半径计算；7、铁芯重量计算；8性能计算；9、温升计算；10、主要部件价格计算二、设计内容已知参数有：额定容量Sn=500kVA；额定电压10kV/0.4kV（高压绕组5%分接头）；额定频率f=50HzDy11连接模式；高压侧：SN=6N=10kV；

3、l1N二一500L-28.8675A（线电流）；10liN=身-16.6667（相电流）低压侧：U2N=0.4kV（线电压）U=Uj=230.94V （相电压）JN=2N700=721.6878A“3 5.4(1)技术条件名称：变压器绝缘材料耐热等级：H级(145 C )容量：500kVA电压比：105%/0.4kV频率：50Hz硅钢片型号：DQ122G-30导线材料：铜导线连接组：Dy11短路阻抗：4%负载损耗(145C):9350w空载损耗：1500w空载电流：1.8%(2)铁心计算铁心直径根据经验公式D=K(P主)1/4=60 (500)1/ 215mm可得。叠片系数3选取0.97，硅钢

4、片牌号DQ122G-30预取磁密为Bm=1.6T，则_ 400/732 1.6 50 322.81 10,W/220 13故取沖匝，得实际磁密Bm=W2B亠石 阿“610匝电势：eJ20JgVW220高压绕组匝数：W1yW?二一10沐20 =866匝U2讪 0.4 丁 3分接头匝数：土5%0.219)n cno/Ior0.59%500 10有功分量：1471.41loa0.29%500 10空载电流：IoI： I；a 0.5920.292=0.66%1.8%(3)绕组计算高压绕组容量：500kVA联结组：D额定电压：UIN=10kV额定电流：I1N=_/sN =：00 = 28.8675 A

5、V3U1Nv310相电流：1件二捱=16.6667 A绕组匝数：909/866/823匝预取电密为J高=2.62A/mm2，则IiN16.667A 2J高n 2.62A/mm=6.361mm查表，选取线包扁铜线S高二6.41mm, 矢口a=1 25mm,b=3 50mm得实际电密:I1 NS高n16.6667A2-6.41mm= 2.600A/mm2采用N-0.33的Nomef纸纸包绝缘，所以导线线规是: 绕组的形式采用连续式：1.25 5.301.58 5.634A 8 =323B 9=271C 10=1070E 12=840所以高压绕组一共有78段，909匝幅向尺寸计算：A段的幅向尺寸为：

6、(1.58 8 2 4.32) 1.045 = 20mm(期中内垫 4.32mm、统包 2mm）B段的幅向尺寸为：(1.58 9 4.74) 1.045 = 20mm（其中内垫4.74mn)C段的幅向尺寸为：(1.58 10 - 3.16) 1.045 =20mm（其中内垫3.16mm)E 段的幅向尺寸为：(1.58 12) 1.045 =20mm轴向尺寸计算：线段轴向：78 5.63 = 439.14mm一共78段，462.54mm垫块轴向：70汉5 = 350mm1 12= 12mm6 8 = 48mm一共有77块，410mm所以高压绕组轴向尺寸，即绕组高为439.14 410 0.86

7、= 850mm窗高为850 160=1010mm(Hw)低压绕组容量：500kVA联结组：y额定电压：U2N=0 4kV额定电流：I2N=产 =721.6878AI3U2N. 3 0.4相电流：丨2N二咕=721.6878A绕组匝数：20匝预取电密为J低=2.16A/mm2，则查表，选取线包扁铜线8低=41.85mm2,知a=2 65mm,b=16.00mm得实际电密：J低2N=721.6878A.2.16A/mm2S氐n 41.85mm2汉8其中公式中的”8”表示绕组是轴向2根并联，幅向4根并联，因此每一匝由8根导线并绕而成。采用N-0.33的Nome)R纸纸包绝缘，所以导线线规是：2.65

8、 16.002.98X6.33绕组的形式采用双螺旋式，中间预留12mm气道。幅向尺寸计算：气道一侧幅向尺寸为：2.98沃2 .16 = 6.9mm故低压绕组幅向尺寸为：6.9+12 + 6.9 = 25.8mm轴向尺寸计算:I2NIJ低n721.6878A2.16A/mm282=41.76mm16.33 2 (20 1) 1.035 = 709.9mm(轴向2根并绕，共有20匝）故低压绕组电抗高度为：709.9 - 2 16.33二677.24mm为配合高压绕组，故低压绕组窗高为677.24 332.76=1010mm（Hw）（4）绝缘半径计算（单位mr）107.5（107.5:铁心直径/2）

9、15_（15+5：铁心到低压绕组距离，其中5mm是H级玻璃钢筒）122.55_127.5（低压绕组内半径）25.8（25.8mm:低压绕组辐向尺寸a2）153.3（127.5+12.9=140.4:低压绕组辐向半径r2）23.5_176.84 （4mm:H级玻璃钢筒）180.8（153.3+19=172.3mm高低压线圈间漏磁通道平均半径r12）10.5（23.5+4+10.5=38mm:高低压绕组之间的距离a12）191.320 （20mm:高压绕组幅向尺寸a1）211.3（191.3+10=201.3mm高压绕组幅向半径口）2_422.643（43mm:2个铁心所属高压绕组之间的距离）46

10、5.6（ M ）R19U(5)短路阻抗计算(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漏磁面积：刀D=6.3049+66.0426+13.1986+4.3278=89.873平均电抗高度：Hk76.362cm2汇10洛氏系数：1183470.965兀 Hk3.141763.62电抗修正系数:K=1.0349.6f l2P20； :DKe 严 Hk0649.650 721.6878

11、20 89.873 0.965 1.0311.547汇76.36206-3.63%7981 84电阻分量：6 =-1.596%5000短路阻抗:Uk= ,U； U；二(3.63)2(1.596)2= 3.965%/1/低压线圈R15XA.-10.5高压钱圈电抗分量:(6)损耗计算(145C)高压绕组平均匝长：I高=2二口=2 3.14159 201.3 =1265mm = 1.265m总长：IN1I高=909 1.265 =1149.885m导线重：G高二3 8.92 6.41 1149.885 10二197.24kg电阻损耗：1 p高二3I1P2R高二3 16.666724.7750 = 3

12、979W低压绕组平均匝长：I低=2二r2=2 3.14159 145.4 =913.57mm =0.9136m总长：l2二N21低二20 0.9136 =18.272m导线重：G低=3 8.92 8 41.85 18.272 10= 163.34kg145C电阻：R氏密度低0175 102345 145佩272占S氐234.5 15 8 41.85 10= 0.001453电阻损耗：p低=3I2P2R氐=3 721.687820.001453= 2270.3W折 算 到145 C234.5145234.5151149.8856.41 10-6= 4.775075 C下涡流损耗：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下涡流损耗：3.8(5。2026541.858。加/ 677.24)2=。的100000002270.3 0.607%1.2262145C电阻:= 0.0175 10折 算 到145C-9.17W234.51451.226234.575负载损耗：(3979 1.5622270.3 9.17) 1.04 = 6510.43W空载损耗：1471.41W总损耗：6510.43 1471.4仁7981.84W(7)温升计算低压

14、绕组(400V)内层散热面：(绕组绕在5mn骨架筒上不计散热面)S)=0绕组气道内层散热面：S21=3 (2二134.4 -12 10) 677.24 10& = 1.4710m2绕组气道外层散热面：S22=3 (2二146.4 -12 10) 677.24 10“ = 1.6241m2绕组外层散热面：S3=3 (2二153.3) 677.24 10 = 1.9560m2总散热面：SS21- S22S3-0 1.4710 1.6241 1.9560 = 5.0511m20.8= 87.86K高压绕组（10000V）10 51.6内层轴向气道修正系数：=0.56（卩一）4= 0.2656

15、850水平轴向气道修正系数：-=1.73 V -1（仝）22 =0.379320 20里段：内层轴向有效散热高度（除去内垫8饼线匝）（78 -8） 5.63 =394.1外段：外层轴向有效散热高度（除去统包2 饼线匝）（78 - 2） 5.63 =427.88S:内层有效散热面：3 （2二191.3 -8 18） 394.1 0.2656 10 = 0.3320m2水平有效散热面：3 （2二201.3 -8 40） 20 76 2 0.3793 10 = 3.2661m2外层有效散热面：3 2二211.3 427.88 101.7033m2低压温升:总有效散热面：S =0.3320 3.266

16、1 1.7033 = 5.3014（8）重量计算铁心重-1320.36kg电磁线重=（197.24 163.34） = 360.58kg总重二（1320.36 360.58） 1.15 = 1933.08kg四、总结额定容量Sn=500kVA；额定电压10kV/0.4kV（高压绕组_5%分接头）；额定频率f=50Hz;Dy11连接模式；心柱直径D = 215mm;中心距440mm；窗高1010mm；磁密Bm=1.6106T；空载损耗P。=1471.41W : 1500W；空载电流I。=0.66%1.8% ；低压匝数W2= 20；高压匝数W1=866（主抽头）；W1+= 909（高压抽头）；W；=823（低压抽头）；低压导线尺寸2.65 16.00；2.98