变压器-课程设计.docx

电气与电子工程学院电磁装置设计原理作业SG10-800/10型号变压器设计姓 名 学 号 班 级 电气 班 型号为SG-800/10的变压器设计过程一.给定型号为SG-800/10的变压器设计初始技术条件：容量：800kVA，电压比：105%/0.4kV，频率：50Hz，组I通过查表4-1可得到如下技术条件：联接组：Yyn0短路阻抗：6%负载损耗(145)：13600w空载损耗：2120w空载电流：1.6%其他：符合GB1094，GB6450二根据这些技术条件展开计算：1.铁心部分计算：铁心直径根据经验公式D=KP柱14，对于三相双绕组变压器，每柱容量P柱=SN/3取K=（5560），代入D=（5560）4800/3230mm.此时有K=56.916。叠片系数取0.97；查表4-8，计算铁心净截面积得Az=388.80.97cm2=377.14cm2，计算角重得G1=136.11kg。硅钢片牌号DQ147-30，磁密预取Bm=1.61T，则W2=U2p2fBmAz=23123.14501.61377.14=17.12，将W2取整得W2=17，即得到低压绕组匝数，而实际磁密为：Bm=U2p2fW2Az=1.62。查表4-9得：单位铁损为p0,=1.121W/kg，励磁功率为qc=2.00VA/kg,单位励磁功率为qj=0.238VA/cm2。2.绕组计算：(1)匝电压：et=U2pW2=400/317V=13.588V/匝(2)计算高压绕组匝数：W1=U1pet=10000/313.58471=425，高压绕组带有无载调压分接，故有：正分接的匝数为W1+=U1p+et=100001.053=446.负分接的匝数为W1-=U1p-et=100000.953=404.(3)绕组线电流：高压侧I1=SN3U1p=800310A=46.19A.低压侧I2=SN3U2p=80030.4=1154.7A(4) 段号段数：高压侧采用连续式绕组，计算如下,5A8=402B9=182C8=1631E12=372如此得到一种共39段446W1+匝的高压连续式绕组；低压侧采用双螺旋式绕组，共17匝，中间气道12mm。(5)电流密度J相关计算：高压侧电密估算为J1=2.61A/mm2，并绕根数n=1，则导线面积估算为：S1=I1nJ1=17.69mm2；低压侧电密估算为J1=2.18A/mm2，并绕根数n=5，则导线面积估算为：S2=I2nJ2=530.(6)线规：高压绕组采用N-0.33（NomexR纸包绝缘），据S1=15.84mm2，查表4-12可选得裸导线轴向厚度为a11=1.9mm，轴向宽度为b11=9.0mm，于是包绝缘后相应变为a1=a11+0.33=2.23mm，b1=b11+0.33=9.83mm低压绕组亦采用N-0.33（NomexR纸包绝缘），据S2=530mm2，查表4-12可选得裸导线轴向厚度为a22=3.15mm，轴向宽度为b11=17mm，于是包绝缘后相应变为a2=a22+0.33=3.48mm，b2=b22+0.33=17.33mm(7)绕组的尺寸：1）幅向：高压绕组：E：2.23121.095=28，取整，再计算：A：（2.238+2+7）1.095=28（此处仍是凑整，亦即内垫7mm，统包2mm）同理可得：B：（2.239+6.5）1.095=28（内垫6.5mm）C：（2.238+9）1.095=28（内垫9mm）故高压绕组的幅向厚度取为28mm低压绕组：3.4821.16=8，取整得8mm；8+12+8=28mm，于是可得高压绕组的幅向厚度为28mm。（注：12mm为中间气道厚度）2）轴向:高压绕组：线段:A:5(9.83+2)=49.15；B+C+E）:359.83=344.05；得到绕组40段的纯轴向高度：49.15+344.05=393.2mm垫块：E：315=165；C：212=12；（A+B）：68=48；几类垫块高度求和：227mm；据此计算绕组高: Hd1=393.2+227+0.8=621mm；窗高: Ho=621+144=765Hw低压绕组：2b2W2+1K=217.3317+11.035=646 mm；电抗高度：Hd2=646-17.33*2=611.34mm窗高：Ho=646+114=760Hw，凑数保证和高压绕组窗高相同。3.绝缘半径计算铁心半径 r0=D2=115mm铁心对绕组绝缘距离取为s1=15+5=20mm低压绕组内半径 r1=r0+s1=115+20=135mm低压绕组幅向厚度 BL=28mm低压绕组外半径 r2=r1+BL=135+28=163mm高低压绕组之间的气道宽度取为23=23.5+4+10.5=38mm高压绕组内半径 r3=r2+23=163+38=201mm高压绕组幅向厚度 BH=28mm高压绕组外半径 r4=r3+BH=201+28=229mm高压绕组外径 DH=2r4=2292=458mm两铁心的中心距离 Mo=DH+b3=458+43=501mm低压绕平均半径 r12=r2+r12=135+1632=149mm低压绕平均半径 r34=r3+r42=201+2292=215mm高低压间漏磁空道平均半径YHL=r3+r22=201+1632=182mm4.回去计算铁心计算未完部分：铁心重量：心柱重Gz=3AzHo7.6510-4=3377.147657.6510-4=662.1kg.铁轭重Ge=4AzHe7.6510-4=4501377.147.6510-4=578.2kg. 角重G=136.11kg.总重GFe=Gz+Ge+G=622.1+578.2+136.11=1376kg空载损耗p0=1.12GFep0,=1.1213761.121=1727.6W3，故有 =1-Hk=1-93.673.1415616.2=0.952 电抗修正系数：K=1.03电抗分量： Ux=49.6I2W2KetHk106D=49.6501154.717102.12050.9521.0313.58861.62106=5.82%.7.损耗计算（145）：1）电阻损耗：高压：PR1=3I12R1=346.1920.8496=5437.9W 低压：PR2=3I22R2=31154.720.000810=3240.0W2）涡流计算：高压：75下涡流损耗：Pw10=3.8fW1a11S1Hd1210000000=3.8504251.917.690.952621210000000=0.45%折算到145： Pw1=PR1Pw01.2262=5437.90.38%11.2262=16.6W低压：75下涡流损耗：Pw20=3.825fW2a22S2Hd2210000000=3.8(50173.1553250.952611.34)210000000=1.86%折算到145： Pw2=PR2Pw201.2262=32401.86%1.2262=40.09W负载损耗：pf=PR1+PR2+Pw1+Pw2K=5437.9+3240+16.6+40.091.04=8734.59W空载损耗：p0=1727.6W总损耗： p=pf+p0=8734.59+1727.6=10462.2W注：1.226为温度折算系数,234.5+145234.5+75=1.226.8.折回短路阻抗计算未完部分：电阻分量： 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%，故前述计算无误。9.温升计算：1）低压绕组（400V）：内层散热面：（绕组绕在5mm骨架筒上不计散热面）S1=0绕组气道内层散热面：S21=mHd210-62(r1+8)-Nbt=323.14143-1210611.3410-6=1.4269m2绕组气道外层散热面：S22=mHd210-62(r1+8+12)-Nbt=323.14155-1210611.3410-6=1.5651m2绕组外层散热面： S3=mHd210-62r1+28=323.14163611.3410-6=1.8773m2总散热面： SL=S1+S21+S22+S3=0+1.4269+1.5651+1.8773=4.8693m2低压温升：Tlv=0.66PR2+Pw2SL0.8=0.66(3280.094.8693)0.8K=120.8K125K，没有超标。（注：m为相数，其他量在上面过程中已给出，不再赘述）2）高压绕组（10000V）内层轴向气道修正系数：=0.5641.6Hd1=0.56(10.51.6621)1/4=0.2873式中，为轴向气道宽度。水平幅向气道修正系数：=1.731+hpHBH-1+hpHBH2=1.73*1+528-1+5/28)21/2=0.2816.式中，hpH为高压绕组段间气道平均高度，前面计算已取为579mm；高压绕组幅向厚度BH=28mm。里段：内层轴向有效散热高度（除去内垫8饼线匝）H内=39-8b1=40-89.83=306.28mm式中，40为总段数，b1为高压绕组包了绝缘的导线高度。外段：外层轴向有效散热高度（除去统包2饼线匝）H外=40-2b1=40-2*9.83=375.44mmS：（内层有效散热面）：S内=m2r3-818H内10-6=323.14201-818306.280.287310-6=0.2952m2 （水平有效散热面）：S水平=382m2r34-840BH10-6=323.14215-840283720.281610-6=1.853m2（外层有效散热面）：S外=2mr4H外10-6=23.143119.5375.4410-6=1.62m2（总有效散热面）：SH=S内+S水平+S外=0.2952+1.853+1.62=3.7682m20.8高压温升：THV=0.3PR1+Pw1SH0.8= 3.76823.76820.80.3=101.3K125K，没有超标。（8）重量计算铁心重GFe=1376kg电磁线重G导=G导1+G导2=300.8+236.7=537.5kg器身及附件重G=1.15GFe+G导=1.151376+537.5=2200.5kg总重=2200kg。结果：(1)技术条件容量：800kVA电压比：105%/0.4kV频率：50Hz联接组：Yyn0短路阻抗：6%负载损耗(145C)：13600w空载损耗：2120w空载电流：1.6%其他：符合GB1094,GB6450(2)铁心计算铁心直径根据经验公式D=K(P) 0.25计算可得D=230mm。叠片系数取0.97，铁心净截面为377.14cm2,角重G1=136.11kg ,硅钢片牌号为DQ147-30，磁密为1.61，单位损耗为1.121W/kg,励磁功率为qc=2.00VA/kg,单位励磁功率为qj=0.238VA/cm2 铁心重量：心柱重= GFe=662.1kg 铁轭重= 578.2kg. 角重=136.11kg 总重=1476kg空载损耗=1727.6W空载电流： 无功分量：Ior=0.44% 有功分量：Ioa=0.22% 空载电流：I0=0.49%（3）绕组计算 高压 低压容量（kVA） 800 800联结组 Y y匝电压（V/匝） 电压（V） 电流（A） 46.19 1154.7 绕组匝数 446 (24) 425 (24) 404 17 段号数 5A8= 24 2B9=18 (连续式) 2C8=16 双螺旋式 31E12=372 中间气道12mm 40段 446匝线规（NomexR纸纸包绝缘）N-0.33 1.99.52.239.3 N-0.33 3.15173.4817.33截面（mm2） 17.69530 电密（A/ mm2） 2.612.18平均匝长（m） 1.351 0.936总长（m） 574.18/（602.5+2）16.07+0.5=16.57 145C电阻（欧姆） 0.8496 0.000810导线重（kg） 285.7/300.8239.6/247.1 （高压） （低压）幅相 幅向 A: 2.23121.095=28，(内垫7mm、统包2mm) 3.4821.16=8B：（2.239+6.4）1.095=28，（内垫6.5mm） 8+12+8=28 C:（2.238+8.5）1.095=28 ，(内垫9mm) E: 2.23121.045=28.轴向 辐向线段： 5（9.83+2）=49.15；垫块：315=155 217.33181.035=649 359.83=344.05 212=24 68=48 40 3993.2 39 227绕组高：579mm窗高：760Hw(4)绝缘半径计算 115 （铁心直径/2） 15 130 5 13528 149（低压绕组幅向） 163 23.5 186.54 （38） 182（38低压到高压绕组距离） 190.5 10.5 20128 215（高压绕组幅向） 229 2 45843 50（5）短路阻抗计算(1.6-0.033 14.9/3=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) 14.90.25=4.7471 漏磁面子：D=102.1205cm2 平均电抗高度：Hk=61.62cm. 洛氏系数：=1-1-Hk=1-93.673.1415596.67=0.952 电抗修正系数：K=1.03电抗分量: Ux=49.6501154.717102.12050.9521.0313.58861.62106=5.82%. 电阻分量：Ua=1.39%短路分量：Ua=Ux2+Ua2=5.82%2+1.39%2=5.98% (6)损耗计算（145C）电阻损耗：高压： I2 R=5437.9W 低压：I2 R=3240.0W 涡流损耗：高压： 75C下涡流损耗：0.38% 折算到145C：16.6W （234.5+145）/（234.5+75）=1.226低压：75C下涡流损耗：1.83% 折算到145C：40.09W （234.5+145）/（234.5+75）=1.226负载损耗： 8734.59W空载损耗： 1727.6W总损耗 ：pf+p0=10462.2W (7）温升计算 低压绕组（400V） 绕组气道内层散热面：S21=mHd210-62(r1+8)-Nbt=323.14143-1210611.3410-6=1.4269m2绕组气道外层散热面：S22=mHd210-62(r1+8+12)-Nbt=323.14155-1210611.3410-6=1.5651m2绕组外层散热面： S3=mHd210-62r1+28=323.14163611.3410-6=1.8773m2总散热面： SL=