华中科技大学电磁装置课设-变压器设计

1、电气与电子工程学院电磁装置设计原理课程大作业 指导老师 孙剑波 班 级 姓 名 徐茂宁 学 号 完成日期 2017 年 4 月 30 日配电变压器电磁设计开展配电变压器SG10-250/10的电磁设计，具体技术条件如下：n 容量：250kVAn 电压比： 105%/0.4kVn 频率：50Hzn 联接组：Dyn11n 绝缘材料耐热等级：H级(145)n 短路阻抗：4%（允许在3.6%4.4%之间）n 负载损耗(145)：3480Wn 空载损耗： 900Wn 空载电流： 2.0%n 绕组平均温升： 125Kn 铁心材料：DQ122G-30，叠压系数0.97n 导线材料：铜导线 145=0.026

2、16mm2/m 一、 设计计算：1、铁心计算铁心直径根据经验公式D=K(P柱)1/4计算可得D=175mm。叠片系数取0.97，铁心净截面为216.407cm2，角重G1 =60.681kg。硅钢片牌号DQ122G-30，磁密为1.716T，单位损耗为0.85W/kg，磁化容量为1VA/kg，接缝磁化容量为0.2VA/cm2。铁心重量：心柱重=3650216.4077.6510-4=322.825kg铁轭重=4382216.4077.6510-4=252.962kg角重=60.681kg总重=636.469kg空载损耗=636.4690.851.12 =605.918W空载电流：无功分量：Io

3、r=1.1(1636.469+621/2216.4070.2 )/（25010）=0.442%有功分量：Ioa=605.918/(10250)=0.242%空载电流：I0 =(0.2422+0.4422)1/2=0.504%(Tip:当取接缝磁化容量为2（未除以10）时，经过计算得空载电流为1.899%，也满足要求。)(Tip:磁密磁密与高低压绕组匝数计算：预取磁密=1.7T低压匝数计算值=231/(2501.7216.407)10000=28.266匝 低压匝数取值=28匝实际磁密=231/(25028216.407)10000=1.716T匝电势=8.25V高压绕组匝数计算值=1212.1

4、21匝 高压绕组匝数取值=1212匝经过验算，虽然磁密略大，会导致磁负荷高，但是成本小，在本例中综合考虑各种指标后最为合适。 )2、绕组计算 高压 低压容量(kVA) 250 250联结组 D y匝电压(V/匝) 8.25电压(V) 10500 10000 9500 40010500 10000 9500 231电流(A) 8.333 360.844绕组匝数(匝) 1272(50) 1212(50) 1152 28段号段数(匝) （分段圆筒式） （双层圆筒式）第十四层 上段 545=225； 下段 545=225第九层 449=196 449=196 214=28第五层 351=153 351

5、=153第一层 254=108 254=108 线规 (NomexR纸纸包绝缘) (2根轴向并联)N-0.33 1.123.55 N-0.33 4.2517 /1.453.88 /4.5817.33 截面(mm2) 3.76 71.392电密(A/mm2) 2.216 2.527平均匝长(m) 0.986 0.65总长(m) 1195.59（1254.777） 280.65=18.209145电阻() 8.318 0.003导线重(kg) 额定匝数导线重量(kg) 裸导线120.028 69.416 带绝缘124.441 69.709 最大匝数导线重量(kg) 裸导线120.028 69.41

6、6 带绝缘130.602 69.709层间电压(V)： 4528.25=742.5 288.25=231 层绝缘用： 4张0.127Nomex纸 2张0.127Nomex纸 辐向厚度(mm) (1.4514+640.127)1.0725 (4.582+20.127)1.04510轴向厚度(mm) 第十四层：3.88461.04=186+83+186=455 第九层：3.88501.04=202+51+202=455 17.332151.02530第五层：3.88521.04=210+35+210=455 第一层：3.88551.04=222+11+222=455绕组电抗高度(mm) 455-1

7、.45=451.12 530-4.582=495.34窗高(mm) 455+195=650 530+120=650 Tip:高压绕组设计3、绝缘半径计算（mm） 87.5（铁心直径/2） 10.5 （10.5+0.5铁心到低压绕组距离） 980.5 （0.5mm Nomex纸筒）98.510 103.5 （低压绕组幅向）108.522.51313 （36） 115（36 低压到高压绕组距离）13410.5144.525 157 （高压绕组幅向）169.52 33943 345（Mo）Tip:变压器尺寸图4、短路阻抗计算a1r1/3=(10-0.33)103.5/(3100)=3.336cm2a

8、12r12=(36+0.33)126.5/100=45.957cm2a2r2/3=(25-0.33)157/(3100)=12.911cm2漏磁面积：D=62.204cm2平均电抗高度：Hk=(451.12+495.34)/2=473.23mm 洛氏系数：=1-70.67/473.23=0.952 电抗修正系数：K=1.01电抗分量：Ux(%)=49.650360.8442862.20452.660.9521.01473.238.25100000 =3.84% 电阻分量：Ua(%)=3168.07/2500=1.27%短路阻抗：Uk(%)=3.842+1.272 =4.04%5、损耗计算 （1

9、45）电阻损耗：高压=38.33328.318=1732.97W低压=3360.84420.003=1303.19W 涡流损耗75：高压=3.85012121.123.760.952451.122/107=0.11W低压=3.850284.25142.780.952495.3342/107=1.014W折算系数(145)=(234.5+145)/(234.5+75)=1.226涡流损耗145： 高压=1732.970.11/(1001.2262)=1.27W 低压=1303.191.014/(1001.2262)=8.79W负载损耗=（1732.97+1303.19+1.27+8.791.03

10、=3168.07W空载损耗=605.92W总损耗=3773.99W6、温升计算低压绕组（400V） 内散热面积：S11=3(298.5-430) 495.34/1000000=0.741m2 外散热面积：S12=3(2108.5)495.341000000=1.013m2 总散热面积：SL=1.171+1.013=1.175m2 温升：TLV=0.661.0861303.19+8.792.1840.8=140.36K 高压绕组（10000V）内散热面积：S21=3(2144.5-810)2222/1000000=1.103m2 外散热面积：S22=3(2169.51.

11、189m2 总散热面积：SH=1.103+1.89=2.291m2 温升：THV=0.461.0861732.97+1.272.2910.8=98.78K平均温升=119.57K7、重量计算 铁心重=636.5kg 电磁线重=200.31kg 器身及附件重=(636.5+200.3)1.15=962.3kg 取965kg 总重=965kg二、Excel界面（1）配电变压器设计技术要求产品型号：SG10-250/10额定容量：250kVA电压比：105/0.4 kV频率：50Hz联接组：Dyn11短路阻抗：4（3.64.4）负载损耗(145) ： 3480 W空载损耗： 900W空载电流： 2.

12、0绝缘材料耐热等级：H级(145)绕组平均温升： 125 K铁心材料：DQ122G-30 叠压系数Kdp0.97导线材料：铜线铜导线 145=0.02616mm2/m （2）铁心计算铜导线容量（kVA）250相数3经验系数K57铁心直径（mm）估算值172.218 实际选取175叠片系数Kdp0.97铁心视在截面(cm2)223.1铁心净截面Az（cm2）216.407角重G1（kg）60.681 硅钢片牌号DQ122G-30磁密（T）1.716 经验算，虽然磁密略大，但是取此值时最合适单位铁损（W/kg）0.85磁化容量（VA/kg）1接缝磁化容量(VA/cm2)0.2表中未除以10时2铁心

13、重量（kg）心柱重322.825 铁轭重252.962 角重60.681 总重636.469 空载损耗（W）605.918 空载电流(%)有功分量0.242 表中未除以10时0.233 无功分量0.442 1.885 空载电流0.504 1.899 空载电流： 2.0Tip：磁密与高低压绕组匝数计算预取磁密(T)1.7低压匝数计算值(匝)28.266 低压匝数取值(匝)28实际磁密(T)1.716 匝电势V8.25高压绕组匝数计算值(匝)1212.121 高压绕组匝数取值(匝)1212（3）绕组计算铜导线高压低压容量（kVA）250250连接组dy绕组型式分段圆筒式双层圆筒式电压（V）线电压1

14、0500，10000，9500400计算电压相电压10500，10000，950123110000电流（A）8.333 360.844 变压器类型干式绝缘等级H级初选电密（A/mm2）2.22.82.22.6预取电密（A/mm2）2.22.6计算截面积（mm2）3.788 69.393 线规N-0.33 1.12*3.55 /1.45*3.88N-0.33 4.25*17 /4.58*17.33双边绝缘厚度(mm)0.330.33a(扁线,mm)1.124.25b(扁线,mm)3.5517导线高度与厚度之比(b/a)3.170 4定截面（mm2）3.76142.78实际电密（A/mm2）2.2

15、16 2.527 绕组匝数(匝)11272(50),1212(50),115228最大匝数计算匝数(匝)1212281272匝电压(V/匝)8.25段号段数(匝)共12层上段；下段214=28第十四层545=225；545=225外匝小于内匝第九层449=196；449=196层数第五层351=153；351=15314第一层254=108；254=108每层共682匝12层682匝；12层682匝平均匝长（m）0.986 0.650 总长(m)额定匝数1195.590 18.209 最大匝数1254.777 145电阻率(mm2/m)0.02616145电阻()8.318 0.003 导线密

16、度(g/cm3)8.9额定匝数导线重量(kg)裸导线120.028 69.416 带绝缘124.441 69.709 最大匝数导线重量(kg)裸导线125.970 69.416 带绝缘130.602 69.709 层间电压(V)742.5231层绝缘用纸(0.127Nomex纸)42辐向厚度(mm)计算值24.982 9.838 实际选取值2510轴向高度(mm)第十四层3.88461.04=186 186+83+186=455 530.298186第九层3.88501.04=202 202+51+202=455实际选取最外层（上）第五层3.88521.04=210 210+35+210=45

17、5530最内层（下）第一层3.88551.04=222 222+11+222=455222绕组电抗高度(mm)451.12495.34窗高(mm)650650TIP:绕组层数及匝数设计545225449196351153总匝数254108682轴向高度计算每层匝数计算匝数实际取值轴向高度绝缘垫块3.8845461.04185.62186372455833.8849501.04201.76202404455513.8851521.04209.83210420455353.8854551.04221.9422244445511(4)绝缘半径计算（mm）87.5铁心直径/210.5铁心到低压绕组距离

18、10.5+0.5mm980.50.5mm Nomex纸筒98.5低压绕组内半径10低压绕组辐向宽度108.5低压绕组外半径103.5低压绕组平均半径22.5131313410.5低压绕组到高压绕组距离36mm144.5高压绕组内半径126.5高低压间漏磁空道平均半径25高压绕组辐向宽度169.5高压绕组外半径157高压绕组平均半径22mm相间隔板33943382M0中心距(5)短路阻抗计算铜导线a1*r1/33.336 a12*r1245.957 a2*r2/312.911 漏磁面积(cm2)62.204 总厚度(mm)70.67平均电抗高度Hk(mm)473.23洛氏系数0.952 电抗修正系数K1.01电抗分量Ux(%)3.84 电阻分量Ua(%)1.27 短路阻抗Uk(%)4.04 短路阻抗符合要求，多次修复后恰好符合短路阻抗：4（3.64.4）(6)损耗计算（145）铜导线电阻损耗(W)高压1732.97 低压1303.19 涡流损耗系数(75，%)高压0.110 低压1.014 折算系数(145)1.226 涡流损耗(145，W)高压1.27 低压8.79 负载损耗(W)3168.07 空载损耗(W)605.92 总损耗(W)3773.99 负载损耗符合要求负载损耗(145)： 3480 W空载损耗符合要求空载损耗：900W(7)温升计算低压内散热面积(m2)0.74