电磁装置设计原理变压器设计华中科技大学原

1、Huazboog Universitv Of Science & Tchndogy电磁装置设计原理变压器设计业级者口、专 班 设 学华中科技大学电气与电子工程学院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

2、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。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。、设计内容已知参数有:额定容量& =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;咼压侧：UjN=% =10kV ；I 1N=500厂=28.8675A（线电流）; 10X J3二拐=16.

3、6667（相电流）低压侧：U 2N= 0.4kV（线电压）U=230.94V（相电压）J3= ,00=721.6878AJ3X0.4（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：10 5%/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 (PJ/4=60x(500)1/4=215mm可得。叠片系数3选取0.97，硅钢片牌号DQ122G-30预取磁密为Bm =1.6T，则U 2qN40

4、0/73W2 = =20.13 匝VKBm fA 屆 X 1.6x50x322.81x10故取游20匝，得实际磁密Bm=WB亠等“心&皈匝电势：e心吐=4必L11.547VW220高压绕组匝数： W1 =匕佟02 =20 =866匝U 2qN0.73分接头匝数： 5%X 866= 43匝。当磁密1.6106T时，查表得铁心毛截面为 A=339.8 cm，净截面为A=322.81cm,角重G=112.18kg，单位损耗为0.995W/kg，励磁功率为1.28VA/kg，单位励磁功率为 0.219VA/ cm2。铁心重量:心柱重：GZ =3HwAX7.65X10 =3x1010x322.81x7.

5、65x10 丄=748.26kg铁轭重：Ge =4MoAX7.65X10 =4天465.6322.81咒7.6510=459.92 kg角重 GA=112.18kg总重 GFGz +Ge+ GA = 1320.36kg空载损耗 P。= KpopoGFe =1.12X0.995X1320.36 =1471.41W 1500W空载电流:无功分量：IoT1.28320.6 后 322.819219)=0.59%5000有功分量：loa =空29%500x10500空载电流：Io =JlOr +lOa = J0.592 +0.292 = 0.66%1.8%(3)绕组计算高压绕组容量：500kVA联结组

6、：D额定电压：UjN= 10kV额定电流：I 1NSN=28.8675AV3U1nJ3XI0相电流：I仲=拐=16.6667 A绕组匝数：909/866/823匝预取电密为J高=2.62A/mm2，则S高 =皿=16.667A61mm2高 J高 n 2.62A/mm2查表，选取线包扁铜线 気=6.41mm2，知a=1.25mm,b=3.50mm得实际电密：高= 16.666号=2.600A/mm21.25x5.301.58x5.63S高 n 6.41mm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：4AX8 =32 3BX9 =27 1CX10 =10 70EX

7、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:(1.58x8 +2+4.32)x1.045 = 20mm (期中内垫 4.32mm、统包2mm)4.74mmB段的幅向尺寸为:(1.58x9+4.74)x1.045 =20mm (其中内垫段的幅向尺寸为:(1.58x10+3.16)x1.045 =20mm (其中内垫E段的幅向尺寸为:(1.58X12)X1.045 =20mm3.16mm)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：70x5= 350mm1 咒12= 12mm 6x8 =48mm一共

8、有77块，410mm所以高压绕组轴向尺寸，即绕组高为 439.14 + 410 + 0.86 = 850mm窗高为 850+160 =1010mm(Hw)低压绕组容量：500kVA联结组：y额定电流：ISN额定电压：U2N =0.4kV2N = - p00=721.6878A2N V3U2NJ3X0.4相电流：I(N -I2 -721.6878A绕组匝数：20匝预取电密为J低=2.16A/mm2，则721.6878A =41.76mm2J低n 2.16A/mm 咒8查表，选取线包扁铜线 3氐=41.85mm2,知a=2.65mm,b=16.00mm得实际电密：低=黔m需=2.16A/mm2其中

9、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Nomef纸纸包绝缘,所以导线线规是:2.65% 16.002.98X16.33绕组的形式采用双螺旋式，中间预留12mn气 道。幅向尺寸计算:气道一侧幅向尺寸为:2.98X2X1.16 = 6.9mm轴向尺寸计算:故低压绕组幅向尺寸为：6.9 + 12 + 6.9 = 25.8mm16.33x2x(20 +1)x1.035 =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 X 16.33 = 677.24mm为配合高压绕组，故低压绕组窗高为 677

10、.24 + 332.76 = 1010mm（ H w）（4）绝缘半径计算（单位mm107.5( 107.5 :铁心直径 /2 )15（15+5:铁心到低压绕组距离，其中 5mm是 H级玻璃钢筒）122.5127.5（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）23.5176.84 (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12 ）10.5(23.5+4+10.5=38mm高低压绕组之间的距离a12）2191.320(20mm:高压绕组幅向尺寸aj211

11、.3（191.3+10=201.3mm高压绕组幅向半径r1 ）422.643(43mm:2个铁心所属高压绕组之间的距离）465.6 (M)蛊5/低 压 线/Rirn.HR1如 RB153.3Rig】3高4 10. 6 Hse圈高 压 线 圈(5)短路阻抗计算(1.38-0.033)X 14.04/3=6.3040入=13.8+38+20+12-0.33=83.47mm(3.8+0.033)X 17.23=66.0426(2.0-0.033)X 20.13/3=13.1986(1.2+0.033)X 14.04/4=4.3278漏磁面积：刀 D=6.3049+66.0426+13.1986+4.

12、3278=89.873平均电抗高度：Hk85咤=76.362cm2x10洛氏系数：P =1-83.47一1 3.1415X763.62 O.965电抗修正系数:K=1.03电抗分量:Ux49.6X f 咒 I2p咒 20XFD 咒 P咒 KqXHkX10649.6X 50X 721.6878咒 20咒89.873咒 0.965咒 1.0311.54776.362天106电阻分量:Ua雳=1.596%短路阻抗:Uk=Ju； +U2 = J(3.63)2 + (1.596)2 = 3.965%= 3.63%折算到 145C： 397920590%=1.562W1.2262空竺吗.226234.5+

13、75(6)损耗计算(145C)高压绕组平均匝长：l 高=2时1 =2x3.14159x201.3=1265mm = 1.265m总长：li =Nil 高=909x1.265 =1149.885m导线重：G高=3x8.92x6.41x1149.88500=197.24kg145C 电阻：R高=卩密度 旦=0.0175x10% Z34.545冥 “49.88： = 4.7750Q 高 密度気234.5 + 156.41x10电阻损耗:阳=3I1 卩2只高=3x16.66672x 4.7750 = 3979W1000000075C下涡流损耗：31竺輕4竺込竺匚0.0590%141將 1.226低压绕

14、组平均匝长：1低=2盯2 =2X3.14159 咒 145.4 =913.57mm = 0.9136m总长：lN2l 低=20X0.9136 =18.272m导线重：G低=3x8.92x8x41.85x18.272x10 = 163.34kg145匸电阻：R氐叫度St O.01751代签需X諾爲= 0.001453电阻损耗：口氐=312 p2Rf = 3x721.68782x 0.001453= 2270.3W21000000075C下涡流损耗：3护阿22碎41.85沖O.96577.24) =0.607%折算到 145C：丝703豎07% =9.17W1.2262负载损耗：(3979 +1.

15、562 + 2270.3+9.17) 1.04 = 6510.43W空载损耗：1471.41W总损耗：6510.43+1471.41 =7981.84W（7）温升计算低压绕组（400V）内层散热面：（绕组绕在5mm骨架筒上不计散热面）S, =0绕组气道内层散热面：S21 =3x(2兀 X 134.4-12x10) x677.24x10 = 1.4710m2绕组气道外层散热面：S22 =3咒(2兀X146.4-12咒10)咒677.24X10- = 1.6241m2绕组外层散热面：S3 =3x(2兀 x153.3)x 677.24x10- =1.9560m2总散热面：S = S + Sj +S2

16、2 + S3 = 0 +1.4710 +1.6241 +1.9560 = 5.0511 m2低压温升：Tlv6叫迦3需1严=87.86K高压绕组（10000V）10 51.6内层轴向气道修正系数：a “.朴奇）0,2656水平轴向气道修正系数：P =1.73叫1+2 -1+(2)21/2 =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）咒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）x5.63 = 427.88S:内层有效散热面:6 23x(2兀咒 191.3 8咒 18)x 394.1% 0.2656 咒 10= 0.33

17、20m2水平有效散热面:3X (2兀 X 201.3 -8x40)X 20 咒 76 2咒 0.3793 10厘=3.2661 m2外层有效散热面:3x2兀 x211.3X427.88X10=1.7033m2总有效散热面:S = 0.3320 + 3.2661 +1.7033= 5.3014高压温升：（8）重量计算铁心重=1320.36 kg电磁线重=(197.24 +163.34) = 360.58kg总重=(1320.36 +360.58)x1.15 =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Po =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）；2.65x16.002.98x16.33