教体局党组述职报告-行政论文(1)

基于基于SOLIDWORKSSOLIDWORKS的变压器三维设计的变压器三维设计 论文论文 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 通过对变压器设计的学习和研究 提出了基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 的解决办法 具体介绍了SOLIDWORKS软件基本特点 基于特征的 参数化的实 体造型系统 变压器的电磁计算 以3150KVA 35KV变压器为例介绍了在变压 器电磁计算的基础上利用SOLIDWORKS软件所进行的变压器三维设计的详细过 程 包括总装 油箱 铁心 器身进行三维设计以及总装配图上外部附件如高低压 套管 储油柜等的三维设计 以及在设计过程中三维模型建立的详细步骤 包括 绘制草图 特征操作 装配 和注意事项 同时利用SOLIDWORKS软件的较强的 三维与二维转换功能 最后生成工程三视图 从而得出结论 利用SOLIDWORKS 软件进行变压器的三维设计有利于缩短设计开发周期 提高工作效率 有利于变 压器制造行业的市场竞争 关键词 变压器 三维设计 SOLIDWORKS软件 Abstract Through the study and research of the transformer design proposed based on the Solidworks transformer three dimensional design s solution specifically introduced the Solidworks software essential feature based on characteristic parameterization solid modeling system transformer s electromagnetism computation Take the 3150KVA 35KV transformer as the example to introduce Solidworks software carries on the transformer three dimensional design detailed process which based on the transformer electromagnetism computation s foundation including general equipment department fuel tank iron core body carries in three dimensional design as well as assembly drawing the exterior appendix like high and low pressure drive pipe oil conservator and so on three dimensional design As well as in design process three dimensional model establishment detailed step including plan schematic diagram characteristic operation assembly and matters needing attention Meanwhile using Solidworks software strong three dimensional and two dimensional transformation function finally produces the project three views 1 Thus draws the conclusion carries on transformer s three dimensional design using the Solidworks software is advantageous to the reduction design development cycle raises the working efficiency is advantageous in the transformer manufacture profession market competitiveness Key words transformer three dimensional design Solidwoeks softwar 目 录 主要符号表 1 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 变压器概述 1 1 3 CAD技术和三维软件Solidworks软件的概述 2 1 3 1 CAD技术的应用与发展 2 1 3 2 SOLIDWORKS软件 3 1 4 课题研究的背景和内容 4 2 电力变压器的电磁计算概述 4 2 1 变压器技术参数 4 2 2 变压器设计计算过程 5 2 2 1 变压器计算的一般程序 5 2 2 2 变压器设计计算结果 6 2 3 结构设计 7 2 3 1 变压器铁心结构的设计 7 2 3 2 变压器绕组型式的设计 8 2 3 3 变压器的主绝缘结构和尺寸的确定 9 2 3 4 变压器的线圈设计和阻抗电压的计算及其负载损耗的计算 9 2 3 5变压器的冷却方式的确定和温升的计算 11 3 电磁计算基础上利用Solidworks设计变压器 12 3 1 变压器铁心的三维设计 13 3 2 变压器器身的三维设计 14 3 3变压器油箱和散热器的三维模型的建立 15 3 4 总油重的计算和储油柜的选择及其模型的建立 15 3 5 变压器的高低压套管的三维设计 16 3 6 变压器总的装配图和工程图的生成 16 4 总结 18 参考文献 19 致谢 20 附录 21 附录一 S9 3150 35计算单 21 附录二 油箱的尺寸表 23 附录三 变压器高低压线圈表 24 附件 25 附件一 铁心 25 附件二 器身 26 附件三 油箱 27 附件四 高低压套管 28 附件五 储油柜 29 附件六 散热器 30 附件七 总装 31 附件八 器身工程图 955 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 主要符号表 1 引言 市场经济的发展给制造业带来了前所未有的需求和竞争 电力变压器制造业面 临着外部社会环境的严峻挑战 并已经如何走进世界竞争行列 企业的生产能力 已在世界范围内迅速提高和扩散 并已形成全球性的激烈竞争格局 企业市场环 境 设计环境 制造环境的变化 产品和设备先进技术的出现 技术与劳动力市 场的分离 正迫使制造业的产品结构 生产过程 传统的管理 劳动方式 组织结 构和决策准则等经历着重大的变革 传统的相对稳定的市场变成动态多变的市 场 最终 产品的质量 价格和交货期成了影响企业竞争力的决定性因素 电力变压器制造业为了求得生存和发展 必须重视技术积累 技术改造 降低成 本 提高产品质量 而且要形成从产品设计到制造各个环节的快速反应机制 尽 快地将用户所需要的产品推到市场上去 2 这一时间要素突出的表现为产品开 发周期和制造周期的大幅度缩短 因此 变压器制造业要保持产品在设计和制造 上的竞争 在目前信息的时代 就需研究和应用三维CAD技术 3 传统的二维CAD系统可以帮助设计人员把图纸绘制得规范 漂亮 提高了绘图效 率 也便于图纸以后的修改及管理 起到了 甩绘图板 的作用 但与传统的手工 绘图相比 对减少产品设计错误 设计更改和返工现象并无重大影响 对企业最 需要的设计质量没有很大的提高 而利用三维CAD系统 不但可以方便地设计出 所见即所得的三维实体产品模型 并且还能以这些模型为基础 进行产品装配和 干涉检查 对重要零部件进行有限元分析与优化设计 启动三维 二维关联功能 由三维直接自动生成二维工程图纸 进行产品数据共享与集成等 这些都是二维 绘图无法比拟的 4 因此目前很多制造行业包括变压器行业在进行产品设计时 都开始逐渐引入三维设计的概念和方法 三维设计软件及其在产品设计中的应 用都呈现出快速发展趋势 2 变压器设计与三维技术的概述 2 1 变压器 电力变压器是电力网中的重要设备 发电机输出的电能经由发电机变压器升压 后输送到符合中心 或经由联络变压器将电能输送到其他电力系统 然后 再经 由降压变压器降压后输送到工业区或生活区 最后 还要经由输电变压器将电压 降低到应用电压水平 这一系列变压器 包括发电机变压器 联络变压器 降压 变压器和配电变压器 统称为电力变压器 5 从变压器技术的发展趋势来看 今后一方面500KV级变压器的装备将继续增长 特高压变压器的研究和应用将进一步加强 对于35KV 220KV电力变压器 下 一步的发展重点是进一步降低损耗 现在正推广的 9 型节能35 220KV产品 从节约能源 产品总费用最低的观点来看 其损耗仍偏大 成本较高 国外国际 招标的这一范围的变压器 其损耗明显低于 9 型标准 相应的成本也比较低 我 国加入世贸组织 变压器招标按国际规范化 损耗将折入投标总价 势必将更低 损耗方向发展 更低成本方向发展 长期以来 在我国变压器行业中 由于在结构设计方面缺乏先进的手段 各生产 厂家只能沿用经过多年实践检验过的结构类型 对产品的结构改进态度特别的 谨慎 变压器结构型式多年不变 科技人员的创造思维被抑制 在科学技术飞速 发展的今天 在产品竞争激烈的市场经济条件下 如果不能吸收最新科研成果 不断更新换代产品 企业将无生命力可言 计算机在变压器行业最早涉及的课题是电磁计算 经过多年的研究开发 计算机 软件几乎已经覆盖了变压器设计计算的主要内容 随着计算机技术的飞速发展 计算机辅助设计 CAD 也在国内变压器行业得到了广泛应用 布置图也由手绘 逐渐变到计算机二维设计 虽然通过计算机绘制的布置图图面变得美观了 但由 于布置图需要按比例设计 还要考虑换算各部分结构之间的空间机械距离和电 气距离 因此对于传统的二维设计 即使每次设计的新产品与以前的产品结构相 同 其布置图也需要重新设计 而且距离换算耗费时间 易出差错 工作效率大 大降低 鉴于上述原因 我们做了变压器的三维设计 利用三维软件Solidworks改正传统 变压器设计中抽象 易错 不灵活 效率低的缺点 1 3 CAD技术和三维软件Solidworks软件的概述 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 1 3 1 CAD技术的应用与发展 计算机辅助设术 Computer Aided Design 技术是计算机科学与工程科学结合的产物 它支持企业的产品开发过程 从市场需求分析 产品设计 制造工艺设计 加工直至在线质量管理方面的工作 充分运用现代计算机技术的成就辅助工程技术人员对产品进行总体方案设计 分析 绘图和编写技术文档 从而提高工作效率 改善工作质量 扩展工作能力 并进一步将传统分散 重复 串行的作业方式集成起来 实现并行作业和信息化 管理 它集硬件技术 软件技术 数学 力学 工程设计 工程分析 图形图像处 理和模型建立与分析技术于一体 使得传统的设计方法与生产方式发生了根本 性的变革 6 江泽民说过 实现四个现代化 哪一化也离不开信息化 CAD技术是电子信息 技术中一个极其重要的分支 三十年来工业发达国家的CAD技术不断的创新 完 善 逐步发展形成一个从研究开发生产制造到推广应用和咨询服务的完整的高 技术产业 二维工程绘图技术日趋成熟 三维几何造型设计技术日益完善 价值 数据库管理技术的发展 CAD技术已经处于CAD CAM一体化的发展 而在此过 程中三维CAD技术的发展的速度相对较快 所涉及的范围较广 CAD技术在变压 器行业的应用也日趋成熟 1 3 2 Solidworks软件 SolidWorks从1995年发布以来 已在全球逐渐成为一种标准化的实体模型设计系 统 软件基于Windows平台开发 具有人性化的操作界面 易学易用 拥有大量用 户 是一款非常受欢迎的三维机械CAD软件 7 具有以下特点 1 该软件主要用于产品的开发 其主要模块有零件 装配体 工程图等 这里主要 用于实体模型的生成 用到其零件和装配体工作模式 2 该软件是一个基于特征的 参数化的实体造型系统 特征技术和参数化技术是 当前先进CAD系统的几个显著特征之一 SolidWorks采用后发优势 几乎具备所 有当前CAD软件的先进技术 采用特征技术进行零件设计 用户可随时对特征做 合理 不违反几何顺序的调整 插入 删除和重定义等修正 参数化技术使得实 体设计过程中的尺寸修改变得容易 而实体造型技术则克服了三维图传统线框 曲面造型技术的不足 8 3 生成的三维立体模型图可进行三维观察 还能直接使用三维实体零件进行仿 真装配 动态地观察可运动零部件的运动情况 4 采用单一数据库技术 因而既可以方便地设计出三维立体零件 又支持零件和 工程视图之间的相关性 即一方的任何修改 都可自动传到另一方 9 SolidWork s技术先进 特点突出 非常便于三维工程模型的生成 以及对实体模型SolidWor ks进行形象的三维观察 10 因此 我们选择其完成变压器的三维设计 1 4 课题研究的内容 结合变压器的设计和三维软件Solidworks的应用 本文包括以下几个方面的内容 简述整个课题相关各领域的基本知识 介绍变压器设计的基本原理 以及目前的 CAD技术目前的应用和SolidWorks软件 回顾课题的基本背景 并在此基础上总 结论文研究的主要内容 介绍变压器设计的流程和计算过程中对于课题比较重要的问题 根据国家标准 和设计要求确定电磁计算方案 变压器的结构设计及其模型的建立 介绍对Solid Works的运用 以及在电磁计算的基础之上利用SolidWorks进行变压器的结构设 计和模型的建立 通对论文的研究进行总结 并对前景进行展望 2 电力变压器的电磁计算概述 2 1 变压器技术参数 电磁计算是电力变压器设计的核心部分 电力变压器的设计先需要满足有关的 国家标准以及企业标准的要求 在此之上还需要符合特定的生产合同的需要 变 压器设计计算的任务就是根据上述的技术规范 确定变压器电磁负载 几何尺寸 和电 热 机械等方面的性能参数 以满足使用部门的要求 虽然在不同的场合 对电力变压器设计的具体要求会有所不同 但是一般来说 电力变压器设计一般包括以下几方面的参数 1 变压器额定容量 Sn KVA 2 相数 m 3 频率 f Hz 4 各线圈的额定线电压 Ux KV 5 线圈连接图与联结组 6 变压器的冷却方式 7 负载特点与安装特点 8 技术性能数据 包括阻抗电压 U总 负载损耗 P1k W 空载损耗 Po W 和 空载电流 Io 在这些技术参数中 1 7 由电力系统的技术条件和运行条件决定 8 则是由 国家标准GB T6451 1999 中所规定的各种电压的等级和容量三相油浸式变压器的性能参数并且设计所得 的方案必须满足以上技术参数的要求 11 2 2 变压器设计计算过程 2 2 1变压器计算的一般程序 变压器电磁计算的任务是计算变压器不同设计方案的电磁负载以及主要几何尺 寸 计算性能数据 计算温升和变压器的重量 外形尺寸 估算经济指标 根据计 算结果选择比较合理的设计方案 变压器计算的一般手工计算的设计程序如图2 1所示 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 由手工计算的流程图可以看到 变压器的设计过程是一个需要大量试算 筛选和 核算的繁琐过程 手工计算工作量大 效率低下 各部分参数之间存在比较复杂 的关系 很难保证手工调整能够向着更优的方向进行 在目前的情况下 一般都 采用经验值为试算的初始值 在核算中加以调整的方法 2 2 2 变压器设计计算结果 通过电磁计算 可以确定变压器的电 热 机械等方面的基本参数 主要包括 1 相电压相电流 2 铁心几何尺寸 电磁性能参数 包括磁通量 磁通密度 铁损等 3 线圈每匝电压和匝数 4 线圈形式和描述尺寸参数 包括分段形式uhe油道分布情况 以及轴向 辐向 尺寸 5 线圈导线规格 6 线圈的电磁性能 包括阻抗电压 空载电流 基本损耗 杂散损耗 7 散热器系统形式选择 基本尺寸参数 以及温升校核 8 各部分和各种材料的重量 9 成本估计 12 根据本设计要求即35kV 3150kVA电力变压器的设计确定主要尺寸计算性能数 据以及重量 外形尺寸等 并且确保计算结果满足有关技术标准的规定和使用部 门的 要求 见附录一 此设计的具体计算结果包含如下 a 根据经验可以假设铁心直径D 300mm 查表得At 654 6 c 由45et B At 假定B 1 676 则求得et 24 37 V 匝 由et UN N2 则N2 10500 et 431 匝 实际的每匝电压 et UN N2 24 36 V 匝 b 高低压线圈的电压 电流的计算 根据国家标准和设计要求选取变压器联结组别为Y d11类型 高压线圈线电压 35000V 则相电压20210V 高压线圈线电流和相电流均为51 96A 低压线圈线电压和相电压均为10500V 低压线圈线电流173 2A则相电流为100 A c 匝数的确定 对高压线圈 5 UN匝数 1010 et 41 46匝 则取41匝 42匝两种 则 5 U1时的匝数 19200 et 788匝 额定电压时的匝数 788 41 829 5 U1时的匝数 829 42 871匝 对于低压线圈如a所示 N2 431 匝 经过误差核对可得高 低压线圈的匝数选取符合要求 d 线圈导线的选择 对于高压线圈欲取电流密度JA 3 15A m 则扁导线截面需取51 96 At 16 5m 从而取 导线裸线尺寸为 尺线绝缘为 即ZB 0 45 实际的 导线截面为16 6 m 则实际的电流密度JA 51 96 16 6 3 13A m 对于低压线圈欲取电流密度为JA 3 1A m 则扁导线截面需取100 JA 32 25m 从而取 导线裸线尺寸为 尺线绝缘为 即ZB 0 45 实际的 导线截面为33 05 mm2 实际的电流密度JA 100 33 05 3 02A m 经上验证选取的导线均符合要求 e 线圈平均匝长的计算 高压线圈平均半径 Rx R4 a1m 2a1n 2 199 21 5 25 245 5 平均匝长 Lh 2R x 1 543 m 总长 m 低压线圈平均半径 Rx R2 a2 2 163 36 2 181 平均匝长 L 2 Rx 1 1375 m 总长 m 2 3 结构设计 选定各种结构件的型式 核算各部分的强度 并且保证绕组的绝缘强度和动 热 稳定性以及铁心和油箱的机械强度 同时使设计的整体结构及其零部件的制造 符合节约原材料加工方便以及便于安装 运输和维护修理等要求 13 包含如下 2 3 1 变压器铁心结构的设计 变压器铁心型式分为心式与壳式 壳式铁心可应用于各种容量与各种电压等级 的变压器中 美国和欧洲部分国家通常采用壳式铁心 我国各制造厂一般不采用 心式铁心包括各心柱在同一垂直平面的铁心和渐开线 辐射式 卷绕式等四种类 型 渐开线式铁心心柱叠片用成型机压成渐开式 铁轭用带料卷成三角形 叠装方便 生产这种铁心的机械化程度很高 适用于成批生产的中小型变压器 铁轭截面积 也只占心柱截面积的 而且磁路时对称的 可以节约硅钢片用量 但由于心柱与铁轭是对接的 故空 载电流较大 辐射式铁心心柱叠片排列成辐射状 旁轭沿心柱圆周径向对装 实际上这是另一 种型式的壳式铁心 这种结构的优点是在铁心的硅钢片中 漏磁将顺着硅钢片进 入铁心外层的一些钢片中 从而实际不存在由漏磁通引起的损耗 涡流损耗显著 降低 但是这种结构的心柱片宽种类多 制造工时大为增加 空载电流也较大 卷绕式铁心不需要叠装 空载性能良好 但是无法套装成型线圈 而需要利用专 用设备将线圈绕在铁心上 只适用于小型变压器和互感器 有时为了套装线圈 将卷制好的铁心锯成两半 待套装线圈后用树脂胶合 但因此而形成对接的缝隙 使空载电流增大 14 心柱在同一垂直平面的铁心通常竖直放置 气横截面为内接于圆的多级梯形 三 相三柱铁心的每柱套装有绕向相同的相绕组 铁轭的横截面积完全可以与心柱 的截面积相同 即级数和各级尺寸u都与心柱一样 这样可以保证磁通在铁心中 均匀分布 这铁心结构的铁轭高度可以降低为三柱式的 同时这种铁心结构对减少漏磁场引起的钢铁构件附加损耗也有利 综合比较 本次设计便采用心柱在同一垂直平面的铁心结构 心式叠铁心 2 3 2 变压器绕组型式的设计 变压器绕组是按照规定连接方法连接起来的 在系统上具有改变电压 电流功能 的单匝或几匝线圈的组合 变压器运行时绕组直接与电网连接 它不但长期工作 在额定电压下 而且收到突发短路 雷击 开关操作等暂态过程中产生的过电压 过电流以及相应的电磁力的作用 因此变压器绕组英具有足够的电气强度 机 械强度 耐热能力以及良好的散热条件 同时还应该具有合理的工艺性与经济性 常用的绕组型式有圆筒式 连续式 螺旋式 纠结式等 圆筒式线圈是同心式线圈中最简单的一种结构型式 易于绕制 层间油道散热效 率高 但是端部支撑的稳定性较差 螺旋式线圈有单螺旋 双螺旋 三螺旋和四螺旋等几种 这种线圈绕制简便 机 械强度好 由于受到线圈高度的限制 匝数稍多就无法采用此类型 所以他一般 用于三相容量为800KVA以及以上 电压为35KV以及以下的大电流 低电压的线 圈 连续式线圈的适用很大范围 三相容量在630KVA以上 电压为3 110KV 的容 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 量和电压的需要 而且机械强度好 散热条件好 但是制造费工时 纠结式线圈的结构与连续式相似 但是此类线圈的焊接头较多 适合于110 550 KV或更高的电压等级的变压器高压或中压线圈 15 设计的变压器为3150KVA 35KV 从上述的绕组类型比较中得此次设计的高压线 圈和低压线圈均采用连续式 2 3 3 变压器的主绝缘结构和尺寸的确定 对于高压线圈选58段 其中一段选16匝 其余均为15匝得58 16 57 871匝其中48个段间油道宽3mm 中段点油道宽为9mm 垫块的压缩系数为0 9 5 从而得到高压侧油道高度 8 4 5 48 3 9 189mm 由辐相尺寸与轴向尺寸计算公式得轴向尺寸 H bn 765mm 辐向尺寸 2 62 43 mm 对于低压线圈取 44 段 取其中9段为9匝 其余均为10匝可得44 10 9 431匝 其中43个段间油道宽3mm 调节油道宽度为36mm 垫块的压缩系数为0 95 从而 得到低压侧油道高度为 mm 由辐相尺寸与轴向尺寸计算公式可得 轴向尺寸 H bn mm 辐向尺寸 3 5 36 mm 2 3 4 变压器的线圈设计和阻抗电压的计算及其负载损耗的计算 变压器的额定负载损耗是指变压器的一侧 高压或低压 绕组短路 而另一侧的 绕组有额定电流时 变压器从电网所吸取的有功功率 也就是变压器的短路损耗 它包括负载电流在各线圈和引线的直流电阻上产生的损耗和负载电流引起的 漏磁场所产生的各种附加损耗 如下为设计的变压器75 时线圈电阻及其负载损 耗的计算结果 高压线圈电阻 Rh 0 02135 1344 95 16 6 1 72 高压线圈重 G 3 3 1345 5 16 6 8 9 595 909 596 电阻损耗 P1k 3 13332W 线圈附加损耗 1 79 P1k P1k 239W 低压线圈电阻 RL 0 02135 491 26 33 05 0 317 低压线圈重 G2 3 3 491 26 33 05 8 9 433 电阻损耗 P2k 3 9518W 线圈附加损耗 3 48 P2k P2k 331W 而变压器的阻抗电压是将变压器的二次绕组短路 使一次绕组电压慢慢加大 当 二次绕组的短路电流达到额定电流时 一次绕组所施加的电压 短路电压 与额 定电压的比值百分数 阻抗电压Uk 是涉及到变压器成本 效率和运行的重要经济指标和对变压器进行状态诊断 的主要参数依据之一 同容量的变压器 阻抗电压小的成本低 效率高 价格便宜 另外运行时的压降 及电压变动率也小 电压质量容易得到控制和保证 因此从电网的运行角度考虑 希望阻抗电压小一些好 但从变压器限制短路电流条件考虑 则希望阻抗电压 大一些好 以免电气设备 如断路器 隔离开关 电缆等 在运行中经受不住短路 电流的作用而损坏 从而不同容量的变压器对应的阻抗电压值国标是有相关规 定的 对于3150KVA 35KV的电力变压器国家标准规定Uk 为7 具体设计的结果如下 1 3 a1 r1 a2 r2 a0 r12 而a1 r1 3 55 18 1 a2 r2 4 25 24 55 a0 r12 2 55 21 15 则 1 3 a1 r1 a2 r2 a0 r12 110 13 k 1 01 电抗电压Ux1 6 91V 杂散损耗 B杂 其中 S 油箱的内壁周长 Kz 杂散损耗的经验系数 R 油箱平均折合半径 RP 主漏磁道的平均半径 S 560 4 685 4932 R 685 1805 560 2 4 342 5 故B杂 2 19 4392 672 2 342 5 211 5 2 995W 引线损耗P 100W 故总损耗为 I12 R 1 1 79 I22 R 1 3 48 100 B杂 24515W Ur 24515 31500 0 78 阻抗电压 U总 6 95 性能参数与国家标准对比的对比如下 性能 设计值 标准值 负载损耗 W 24515 24300 阻抗电压 6 95 7 核对负载损耗误差 24515 24300 24300 0 8 5 以及阻抗电压均符合国家标准从而得知设计符合要求 2 3 5变压器的冷却方式的确定和温升的计算 a 变压器的冷却方式的确定 电力变压器的冷却方式一般分为三种 油浸自冷式 油浸风冷式 强迫油循环 油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管 然后依靠空 气的对流传导将热量散发 它没有特制的冷却设备 油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上 在油箱壁或散热管上加装风扇 利用吹风 机帮助冷却 加装风冷后可使变压器的容量增加30 35 强迫油循环冷却方式 又分强油风冷和强油水冷两种 它是把变压器中的油 利 用油泵打入油冷却器后再复回油箱 油冷却器做成容易散热的特殊形状 利用风 扇吹风或循环水作冷却介质 把热量带走 本设计采用油浸自冷完成对变压器的冷却 b 油箱的确定 A 油箱长度 B 油箱宽度 H 油箱的高度 B1 高压侧与油箱的间隙 A 2Mo B 560 2 685 1805 B D B1 1534 2 75 5 685 H Ho 2Hc Hd h1 765 2 290 16 240 1599 Ho 铁心窗高Hc 铁轭最大片宽 Hd 垫脚高 h1 铁心至箱盖距离 见附录二 c 散热器的选择见表2 1 表2 1 试探法可先选取型号为5BT 423120105型的散热器 片数 N 中心距mm 高 度 mm 几何散热面 有效散热面 器 重 Kg 油 重 Kg 总 重 Kg 14 1250 1420 11 27 6 5 113 36 5 149 5 检验选取是否符合要求 其中油箱散热面积 S 2 A B B 2 h A B B 7 88 则其有效散热面积 S 1 05 7 88 8 22 选取4个此类型号散热器 则散热器总有效散热面积为 6 5 4 26 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 变压器的总的有效散热面积 26 8 22 34 22 则 热负荷为 总损耗 有效散热面积 24515 34 22 716 4W 油平均温升 Ty 0 262 0 262 192 4 48 7 油顶层温升 Ts 1 2Ty T 1 2 48 7 1 59 44 60 符合设计要求 d 变压器温升的计算 高压线圈Qh 21 35 51 96 16 3 13 1 0179 1 0 95 2 103 1 8 50 1542 5 821 T 20 1k 25 k 低压线圈 Ql 21 35 100 10 3 03 1 0348 95 4 1 8 30 1737 3 888 T 24 1k 25k 从而得出结论所选择的散热器符合散热要求 3 电磁计算基础上利用Solid works设计变压器 随着计算机技术的飞速发展 计算机辅助设计 CAD 也在国内变压器行业得到 了广泛应用 虽然近年来应用CAD技术产生的成效显著 但分析我国的CAD技术 的具体应用发现 大多数企业将计算机辅助设计与计算机辅助绘图等同起来 C AD技术还没有真正渗透到产品设计制造的全过程 目前CAD技术应用的深化则 成为迫在眉睫的重要课题 CAD深化的目标是实现真正意义上的CAD 这种实现 真正意义上的CAD不局限于几何绘图 而是贯穿产品设计的全过程 与增强产品 设计的创新能力密切相关 CAD应用深化应紧紧围绕 产品建模是基础 数据管 理是核心 优化设计是主体 的主题来开展 实现从图样向产品过渡 以产品几何 模型为核心实现CAD CAM CAE一体化乃至虚拟制造 实现产品数据管理 推进 并行工程 以优化设计促进产品改善 以智能设计促进产品更新 而在CAD技术 的发展及软件应用过程中 三维软件SolidWorks得到广泛的推广和应用 并且渗 入到变压器制造行业 常用的三维设计软件有I DEAS UG Pro E CATIA Invertor CAXA 国产 以及SolidWorks等 其中Solid Works具有 功能强大 易学易用和技术创新 的三大特点 使用 SolidWorks 整个产品设计是百分之百可编辑的 零件设计 装配设计和工程图 之间保持一种 全相关 的关系 SolidWorks售价合理 性价比较高 属三维设计 软件中的中端主流产品 比较适合目前我国变压器制造业规模适中的特点 因此 今后在变压器制造业中将会有大的发展前途 本次使用solidworks的要点是 系统利用计算机的三维实体功能 生成与实物形状 相同的三维产品模型 反映零部件相互间的配合信息 实现在产品设计原则指导 下的零部件间尺寸参数相互关联的技术 使设计人员可以在产品投产前预先修 正各种设计失误 零件设计时首先要选定一个绘图基准面 并绘制二维的特征草 图 然后利用SolidWorks的拉伸 旋转 切除 扫描 圆角等功能生成零件特征及 零件图从而在软件平台上进行装配 可以提高产品的设计质量 缩短研发周期 降低变压器的制造成本 本次设计的内容包括 利用SolidWorks对变压器进行三维建模 即对油箱 铁心 器 身进行三维设计 同时完成总装配图上对外部附件如高低压套管 储油柜的三维 维设 以及总装配图及器身的工程图的生成 变压器三维设计与二维设计一样都是在电磁方案完成确定后开始进行的 三维 设计的基本原理与生产实践非常相近 即首先设计产品零件 然后按一定关系装 配成一个整体 产品 本次设计采用自下而上的设计 具体指用户先设计好产品 的各个零部件后 再运用装配关系把各个零部件组合成产品的设计方法 在装配 关系定制好之后 不仅做到尺寸参数全相关 而且实现几何形状 零部件之间全 自动完全相关 一旦修改其中一部分 其它与之相关的模型 尺寸等自动更新 不需要人工参与 16 变压器设计可分为铁心设计 高低压线圈设计 端绝缘设计 高低压引线设计 总装配设计等几个部分或称步骤 以下顺序说明 3 1 变压器铁心的三维设计 铁心的截面和各级的尺寸 叠片系数0 95 a片宽 b叠厚 单位 mm 由 两铁柱中心距 M0 560mm 窗高为765mm a1 290 a2 270 a3 250 a4 220 a5 190 a6 160 a7 120 a8 9 b1 81 b2 26 b3 17 b4 19 b5 14 b6 11 b7 10 b8 7 铁心设计可根据铁心截面参数 窗高 中心距等数据 把铁心柱作为一个零件 利用SolidWorks的基本方法逐级绘制草图 如图1 并拉伸 如图2 生成铁心柱零 件特征 17 铁心柱在结构上一般具有较强的规律性 而铁心柱设计本身是一件 较为繁琐的工作 因此这里可借助SolidWorks提供的数据驱动的参数化设计方法 进行设计 这样在进行其它产品铁心柱三维设计时 只需对铁心参数进行修改 即可自动生成铁心柱零件 三维图见附件 3 2 变压器器身的三维设计 铁心柱成型后 建立一个装配体 把铁心柱零件作为装配体的基础并固定 根据 变压器设计原则即可对变压器铁心夹件 连接件和拉带及绕组进行设计 18 如 前所述 铁心夹件的设计可根据计算数据单独进行零件设计 然后插入到装配体 中 并建立与铁心柱的装配关系 也可在装配环境下进行设计 本设计采用对零 件单独设计之后插入到装配体中 具体步骤如下 a 变压器高低压线圈的计算结果 见附录三 及其三维建模 由高低压线圈的计算结果可以画出在前视基准面上绘制变压器高压 低压线圈 的草图 并进行拉伸特征 从而可以得到高低压线圈的三维模型见 附件 b 铁心夹件和铁轭绝缘三维设计 表3 1 变压器铁心夹紧结构的参数 铁心直径 夹件槽钢 B0 夹件绝缘 常螺杆 H B t 35KV 根数 直径 300 310 180 68 7 0 38 23 2 M16 铁心直径 距铁轭l 垫脚 拉螺杆 吊螺杆 扁钢 数量 根数 直径 根数 直径 300 310 12 20 100 3 8 M20 4 M24 依据表3 1所选取的零件的结构绘制平面草图之后做拉伸 切除等特征从而生 成铁心夹件三维图 见附件 c 器身装配体 将此前设计的变压器铁心 线圈 铁心夹件和铁轭绝缘依次装配后即便生成器身 装配体 如图3 的三维模型图 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 散热器的三维模型的建立 依据第二章中2 3 5节对油箱结构的计算结果以及散热器的选取进行其三维设计 在进行三维建模时 变压器油箱一般应在引线设计完成后进行 但是此次设计 是根据设计制造经验计算给出引线空间及油箱尺寸 从而油箱和器身可同时设 计 从而提高了设计效率 在散热器的设计过程中用到了SolidWorks提供的对称造型功能 利用对称造型可 以简化轴对称零件的生成 运用到对称造型中的 线性阵列 特征 以前视面为基 准画出一矩形草图 应用拉伸凸台 基体工具生成一给定深度的拉伸特征 单击 线性阵列 命令按钮在选择草图前视图的一边线为阵列方向再选择阵列的特征 此处为拉伸特征 从而生成片式散热器的三维模型 见附件 3 4 总油重的计算和储油柜的选择及其模型的建立 a 器身排油重 铜线变压器 G 2581 7 8 1256 4 5 565 6 Kg 其中 G 器身排油重 G 钢硅片重 G 带绝缘铜线重 b 空油箱装油重 G 0 9Had 0 9 1599 1805 685 0 8584 685 2 10 1634 4Kg C 散热器油重 36 5 4 146 d 总油重G G G 1 05 1275 5 e 储油柜中油重G 1 05 0 05 60 74 从而选择储油的型号见表3 2 表3 2 储油柜的型号 直径mm 长度mm 变压器总油重Kg 储油柜油重Kg 储油柜钢件重kg 440 1000 1370 65 108 依据上选择型号进行储油柜的三维设计 在设计时要在储油柜柜壁上进行吸湿 器和出油管的设计 在圆柱面 此处为柜壁 上无法进行草图绘制的 设计者可以通 过在圆柱面上建立相应的基准面 此处为上视基准面 从而在基准面上进行草图 绘 图4 制 如图4所示 并进行相应的特征设计 此处画圆并拉伸 之后再进行储油柜的 柜盖和测油计的三维设计 从而实现储油柜的三维设计 见附件 3 5 变压器的高低压套管的三维设计 变压器的高低压套管的设计主要是根据高低压和电流来确定 高压为35KV 电 流为54 59A 则选择BF 1 300 低压为10500V 电流为100A 则低压选择BF 1 300 其高低压套管的选择如下表3 3 表3 3 低压套管 图号 规格 导电杆直径 箱盖开孔 D2 D3 H3 H4 3A3 1 BL 20 63 M12 70 115 60 60 317 3A4 2 BL 20 300 M12 70 115 60 60 317 高压套管 图号 规格 导电杆直径 箱盖开孔 D2 H3 H4 引线 D1 引线 D2 引线长 3A4 1 BJL 35 35 M16 150 210 523 114 7 7 25 3 470 3A4 2 BJL 10 300 M16 150 210 523 114 10 2 27 8 470 套管类型确定之后开始进行其三维设计 设计过程中用到Solidworks的旋转凸台 功能 这就要求设计者在设计之时有很好的二维与三维图相互转化的能力 能够 从要设计的模型中揣摩出最简便的设计方法 3 6 变压器总的装配图和工程图的生成 在建立变压器铁心 线圈 铁心夹件和铁轭绝缘装配后的三维模型 即变压器的 器身装配图 以及完成油箱 含散热器 箱盖 储油柜 高低压套管等的设计后进 行变压器的总装配设计 从而生成 图 总装配体 在三维建模过程中 应当注意 1 绘制草图时要先思考选择合适的基准面可以使绘图过程更加简便明了 2 进行零件设计时 一般可考虑把零件中心线与默认绘图基准面交叉线重合 这样 可使零件具有一个较为简单的装配基准 便于确定零件的装配关系 3 变压器三维建模过程中 为便于区分零部件或便于确定装配关系 可设定零件材 质及零件表面颜色 4 在三维建模时 可参照变压器习惯隶属关系 把相关零件组成一个装配关系 为便于文件管理 可把上一装配体作为下一装配关系中的子装配体 在建模过程 中 如模型复杂 计算机运算速度受限时 则可结合使用零部件轻化及隐藏等方 法以减小计算机运算量 19 工程图的生成方法是 三维零件模型构建完成后 新建一个工程图文件 选择自 制的符合国标的工程图模板 然后按视图要求生成二维图形 并进行标注 则该 CAD图即是符合国家标准规范的工程图 20 见附件 基于SOLIDWORKS的变压器三维设计 Solidworks是基于Windows的三维CAD系统 具有易学易用特点 独有的技术融 合了逻辑推理和决策管理技术 为Solidworks在大型产品的虚拟组装 产品建模 专业的钣金设计和操作的易用性方面带来革命性的突破 利用Solidworks基本实现了设计所要达到的目的要求 例如对油箱 铁心 器身进 行三维设计 总装配图上对外部附件如高低压套管 储油柜进行三维设计 以及 总装配图及器身的工程图的生成 本次利用的Solidworks软件能够提供不同的设计方案 减少设计过程中的错误以 及提高产品质量 SolidWorks不仅提供如此强大的功能 同时对每个工程师和设 计者来说 操作简单方便 易学易用 在本次设计中这些优点都得到了体现 三维设计软件可以使用户直观地看到产品设计的现状和不足 实时地进行简单 的分析测试 使设计与制造更加贴近 另一方面 其在设计中的相关参数可以直 接为以后的计算机辅助工程分析 CAE 计算机辅助制造 CAM