SH15-80010-0.4非晶合金变压器设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 摘 要 本文介绍了非晶合金材料特性以及非晶合金变压器的发展现状、还描述了变压器一般的设计方法，其中着重讨论了变压器的铁芯设计、绝缘设计、绕组结构设计、绕组尺寸计算、阻抗计算、空载损耗及空载电流计算、负载损耗、温升计算等。并通过查询手册，选取合适参数与本设计进行比较，确定运用文中介绍方法设计完成的 式非晶合金变压器，在电气性能、节能效果等各方面性能均符合国家相关规定。文中变压器各部件图形及非晶合金铁心、高低压线圈图形均由 制完成。 关键词： 0;非晶合金；变压器设计；电磁计算。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ n of of of on of by to to of to of in of by 0； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 目 录 摘 要 . 1 . 2 目 录 . 3 1 非晶合金变压器综述 . 6 晶合金材料 . 6 晶合金的主要特点 . 6 晶合金变压器的发展前景 . 10 2 变压器的电磁计算 . 12 压器电磁计算的一般程序 . 12 压器技术参数的确定 . 13 压和电流的计算 . 15 相变压器 . 15 相变压器 . 15 心直径的确定 . 16 响铁心直径选择的主要因素 . 16 择铁心直径的实用方法 . 17 、低压绕组匝数的计算 . 18 算每匝电压 . 19 压绕组匝数计算 . 20 通密度的计算 . 20 压（中压）绕组匝数的计算 . 20 压比校核 . 21 缘设计基础 . 22 压器绝缘的分类及对绝缘设计的要求 . 22 压器运行时各部分所承受电压 . 23 压器的绝缘结构 . 23 压器的铁心与空载参数的计算 . 26 心的功能 . 26 载损耗的计算 . 27 载电流的计算 . 27 压器的绕组及负载损耗计算 . 28 压器绕组的结构型式和特点 . 28 组的要求 . 29 组的型式 . 29 线和电流密度的 选择 . 32 组轴向、辐向尺寸及绝缘半径计算 . 33 路损耗计算 . 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 抗电压计算 . 36 本计算公式 . 37 抗高度计算 . 38 磁面积 D 的计算 . 38 整方法 . 39 压器的温升及油箱尺寸计算 . 39 升计算 . 39 组对油的平均温升 . 42 压器总重 . 42 3 非晶合金变压器的设计 . 43 晶合金变压器基本参数的确定 . 43 通密度的取值 . 43 艺系数的确定 . 43 结组别 . 43 声 . 43 心受力 . 44 晶合金变压器的电磁计算 . 44 心计算 . 44 圈计算 . 45 4 式非晶合金变压器电磁计算 . 47 术参数和标准 . 47 压、电流计算 . 47 压侧线电压 : . 47 、低压侧相电压压分别为 . 47 压相电流 . 48 压侧相电流 . 48 心（迭厚）计算 . 48 组计算 . 49 匝电压： . 49 低压绕组匝数确定 . 49 算电压误差 . 49 组尺寸计算 . 49 缘半径计算 . - 2 - 载损耗 . 47 压绕组 . 47 低压绕 组 . 48 载损耗dP（. 48 抗电压计算 . 48 重 . 49 载损耗计算 . 49 箱及线圈温升计算 . 50 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 箱尺寸及散热计算 . 50 压绕组对油平均温升 . 51 压绕组对油平均温升 . 52 量计算 . 52 结束语 . 54 参考文献 . 55 谢 辞 . 57 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 1 非晶合金 变压器 综述 晶合金材料 在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料 , 一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态合金 ,制备非晶 态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将 1300 的钢水降到 200 以下，形成非晶带材。 非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性 ,非晶态合金材料在 电力、能源、 电子、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如，用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，增加有效载荷。用于民用 电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网晶合金神奇的功效，具有广阔的市场前景。 晶 合金 的主要特点 （ 1） 非晶合金铁心 1）非晶合金铁心片厚度极薄，仅 到常用硅钢片的 1/10；叠片系数较低，只有 材有 142、 170、 213宽度。 2）非晶合金的饱和磁通密度较低，单相变压器一般取 相变压器一般取 此，产品设计受到材料的限制。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 3）非晶合金的硬度较大，是取 向硅钢片的 5 倍，因此，加工剪切很困难，对设备、刀具要求较高。一般是对边缘剪切处进行加温从而获得良好的剪切面，心柱由同一宽度的非晶合金带卷制而成，故铁心截面呈长方形，相应的高、低压绕组均为矩形。 4）非晶合金在成材过程中急速冷却和卷绕铁心时会产生应力，为了获得良好的损耗特性，非晶合金铁心成型后必须在一定的磁场条件下进行退火处理。其退火工艺比较复杂，要求较高。 5）非晶合金铁心材料退火之后的脆性（易产生碎屑）也是设计制造时需关注的问题，需要采取一定的工艺措施。 6）非晶合金铁心材料对机械应力非常敏感，无论是张引 力还是弯曲应力都会影响其磁性能，所以，铁心的损耗会随着压力的增大而增加。这需要在器身结构设计方案中予以充分考虑。 7）单相非晶合金铁心变压器的铁心结构一般为“框”形，如图 三相变压器的结构则由 4个“框”合并成类似的三相五柱式结构，如图 量较大时，则采用 8个铁心框叠放在一起的结构 。 图 相非晶合金铁心结构示意图 图 相非晶合金铁心结构示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ （ 2） 非晶合金铁心变压器运行后的空载损耗 非晶合金片磁滞损耗和涡流损耗都明显低于取向硅钢片，因此非晶合金铁心配电变压器的空载损耗只有 配电变压器空载损耗的 40，甚 至更少。但也有人认为，运行后的非晶合金铁心变压器的空载损耗会呈增加趋势。 此问题早在开发非晶合金变压器期间已经有所考虑。 1982年，第一台非晶合金铁心变压器在美国挂网运行； 1983年，美国电力研究院（ 于 1985 年，将已制成的台、柱上变压器送到个成员单位进行为期年的现场试验。现场试验的测试数据表明，运行 2年后其空载电流和空载损耗与交付试验时的极为接近。 日本东京电力公司、 气公司和日立电气公司对非晶合金变压器的长期可靠性做了深入细致地研究 。他们从 1991 年起对不同容量的 200 台非晶变压器进行了加速老化、现场运行、短路、冲击等试验，还进行了负荷和振动对变压器空载特性的影响测试。研究结果表明，在 30 年寿命期内，其空载特性是稳定的，运行是可靠的。 我国对此问题亦有研究。 1995 年，作为非晶合金配电变压器试运行单位的甘肃省天水市北道区电力局，根据冶金部、电力部关于攻关试验项目试验测试的规定要求，对 10 台挂网运行 2 个月的非晶合金变压器进行了测试，测试结果与运行前的测试值是相一致的。 铁心材料被制作成形铁心后已经过了约 400高温的退火处理，这对于正常运行温度、短路热稳定温度都已是足够高的了，所以不必担心材质会在 30 年寿命期内因温度而发生变化。因此，非晶合金变压器不存在空载损耗在运行中会有所增加的可能。 （ 3） 非晶合金变压器噪声 研究表明，铁心片的磁滞伸缩现象是产生变压器噪声的主要原因，这与铁心的尺寸和磁通密度有关系。在 10%同一磁通密度下的磁滞伸缩程度，非晶合金的这一指标比传统晶粒取向冷轧硅钢片高。但是，冷轧硅钢片的饱和磁通密度较高，约为 非晶合金的饱和磁通密度较低，约为 为非晶合金铁心变压器的额定工作磁通密度（ 比冷轧硅钢片铁心变压器的额定工作磁通密度（ 得多，因而二者的实际磁滞伸缩是接近的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 但是，非晶合金铁心变压器与同规格传统铁心变压器相比，其铁心质量大 40%左右，有效截面积大 50以上，这在一定程度上会使变压器噪声增大。 另外，铁心自身结构和制造工艺对噪声也有一定的影响。非晶合金铁心表面涂覆有环氧树脂，如果树脂涂覆不好或由于树脂质量差或调配比例不当而引起树脂脱落，或者接缝叠装不整齐等都会增加变压器噪声。因此在产品设计中有必要对铁心和器身采取接缝涂漆、加消音垫等减振措施。 所以，非晶 合金铁心变压器的声级很难控制。在行业标准 10088 2004 6 500也指出：“本标准规定的声级限值不适用于非晶合金铁心变压器，非晶合金铁心变压器的声级限值由制造单位与用户协商确定。”然而其噪声并不是不可以控制的，在现有技术条件下，若在非晶合金变压器设计、工艺、制造、使用过程中多加注意，精心控制，则非晶合金铁心变压器也可达到传统铁心变压器的声级水平。但对于噪声要求较严格的场所，建议慎重考虑。 （ 4） 联结组 由于三相非晶合金配电变压器采用三相四框五柱式铁心结构，每个相绕组套在 磁路独立、相邻的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外，还有三次谐波磁通，三次谐波磁通占基波正弦波磁通的百分数则与运行时额定磁通密度选用值有关。一个绕组的两个铁心框内的三次谐波磁通在相位上正好相反，数值上相等，因此每一组绕组内的 3次谐波的磁通相量和为零。当变压器高压绕组采用 D 联结时，三次谐波电流在高压绕组三角形内构成回路，在感应出的二次侧电压波形上就不会有三次谐波电压分量。当然，每个框内的空载损耗还是会受到各自框内二次谐波磁通的影响，因而其联结组一般采用 户在选用产品时应注意这一点。 （ 5） 抗短路能 力 上文已介绍非晶合金铁心的损耗会随着压力的增大而迅速上升。一旦变压器发生短路，所产生的冲击性电动力如果直接作用于非晶合金铁心，铁心是无法承受的。因此，在器身结构上，不能采用将铁心作为主承重结构件的传统设计方案，低压绕组应自保持，一般将低压绕组绕在硬筒上，将高压绕组直接套绕在低压绕组上，装配时将绕组支撑在单独的绕组支撑系统上并压紧固定，这样可使铁心不受压力，减少了变压器短路时径向的内缩或外扩，从而有效地确保了变压器的抗买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 短路能力。这种结构已通过实际短路承受能力试验证明。 （ 6） 产品的技术经济性 非晶合金变压器 的节能效果已经得到广泛的认可，其技术经济性方面的论证已见诸报道。在目前市场状况下，通过对 三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与 投资回收期而言，非晶合金铁心配电变压器在四年多时间里节约的电费就可以补回投资差额，之后用户便可长期受益。 晶合金变压器的发展 前景 推广应用非晶合金铁心变压器不仅有良好的节能效益，而且还有环保效益。节能相当于减少发电量或少建火力发电厂，从而减少了发电厂排放的 氮氧化物等。 非晶合金铁心配电变压器在国外早已使用并 取得了成功经验。美国有 100多万台非晶合金铁心配电变压器挂网运行；日本已有 35 万台在运行，目前世界上最大的 5000盟国家也有应用；亚洲的印度、孟加拉国、韩国、泰国等国家都有非晶合金变压器制造厂。我国从二十世纪九十年代初开始生产和应用非晶合金变压器，但发展较为缓慢，推广的效果不很理想。 三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与 三相油浸式配电变压器相比，其有效材料消耗较大，制造耗费工时较多，因而成本较高。按目前材料价格计，前者的价格约为后者的 一价格与前些年相比，供 需双方还是可以接受的，这就有利于大范围推广应用。另外，采购变压器不能只看价格，应对总费用（ 行评估，看其在寿命期内的总成本是否最低。这也是国际上通用的方法。 2005年 6月，国家电网公司农电工作部在组织讨论非晶合金变压器标准时，已将此方法作为该标准的附录。 目前，除油浸式非晶合金铁心配电变压器外，根据市场和用户需要，又推出了多种非晶合金铁心变压器类产品：非晶合金铁心干式变压器、非晶合金铁心地下式变压器、高燃点油非晶合金铁心变压器、非晶合金铁心组合式变压器（即美式箱变）、预装式非晶合金变电站（即欧式箱变 ）等等，其应用范围越来越广。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 比如， 三相非晶合金铁心配电变压器与新 年节约电能量是相当可观的。以 800例， 种型式配电变压器的负载损耗值是一样的，则 ， ，便可计算出一台产品每年可减少的电能损耗为： 760()=9198kWh 通过该种规格产品的计算可知，三相非晶合金铁心配电变压器系列产品的节能效果非同一般。由于油箱又设计成全密封式结构，使变压器内的油与外界空气不接触，防止了油的氧化，延长了产品的使用寿命， 为用户节约了维护费用。 综上所述， 非晶合金变压器若能完全替代新 列配变，如 10配电变压器年需求量按 5000 万 算时，那么，一年便可节电 100 亿 kW时，还可带来少建电厂的良好的环保效益，少向大气排放温室气体，这样会大大地减轻对环境的直接污染，使其成为新一代名副其实的绿色环保产品。总之，国家在城乡电力网系统发展与改造中，若能大量推广采用三相非晶铁心配电变压器产品，其最终会获得节能与环保两方面的效益。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 2 变压器的电磁计算 压器电磁计算的一般程序 变压器电 磁计算的一般程序如图 图 压器电磁计算的一般流程 根据设计任务书确定各原始技术数据选择硅钢片型号及铁心结构形式；计算铁心柱直径选择铁心柱和铁轭截面选择铁芯柱磁通密度，计算每匝电势计算高低压绕组匝数绕组及主纵绝缘设计高压绕组设计短路特性计算磁路系统设计与空载特性计算短路电动力计算及校验铁芯结构和绕组的机械强度绘制变压器总体平面布置图；引线及分解开关结构设计；确定油箱尺寸及冷却装置计算温升；不符合要求时调整冷却装置数目变压器重量计算绘制变压器外形尺寸图另选导线另选铁芯柱直径不符合要求时不符合要求时另选导线仍不符合要求时买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 优秀论文设计，答辩无忧，值得下载！ 压器技术参数的确定 确定技术参数实际上就是确定变压器设计的原始条件。在变压器设计计算之前所需要确定的技术参数主要由国家标准及有关标准以及用户订货时所提出的要求来决定。对于电力变压器而言，设计计算中主要涉及的国家标准有电力变压器（即 式变压器（ 浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求等。其主要项目如下： 额定容量、电压组合、联结组标号及性能参数应符合 表 额定 容量 压组合及分接范围 联结组标号 空载 损耗 W 负载 损耗 W 空载 电流 % 短路 阻抗 % 高压 压分接范围 % 低压 0 6 0 1 5 2 3 600 0 43 870 3 50 1040 0 60 1250 00 75 1500 25 85 1800 60 100 2200 00 120 2600 50 140 3050 15 170 3650 00 200 4300 00 240 5150 30 320 6200 00 380 7500 000 450 10300 250 530 12000 600 630 1450