电力变压器铁芯柱截面的优化设计

#【4]【4]o由表1可知650毫米的铁心柱级数范围在12-14之间运行matlab程序【附录一】得到结果如下表2不同级数的最大面积级数几何面积（mm）有效面积（mm）面积利用率12318545312174.1094.12%13P 319750313355.0094.48%14320575314163.5094.72%所以得到几何面积最大时为320575平方毫米，铁心柱截面的级数为14级。如果希望有效截面尽量大，既节省材料又减少能量损耗。显然铁心柱的级数愈多，其截面愈接近于圆形，在一定的直径下铁心柱有效截面也愈大。 但这样制造也工艺复杂。只要在满足一定的几何截面积的前提下，减少级数，并可减少生产成本。从上表可以看出12~14级的面积利用率都相等大，如果要考虑生产成本和生产的复杂性选择12级也有很高的面积利用率。问题一主要求铁心柱的最大有效截面积，所以直径为 650毫米的铁心柱截面级数应该为14,才能使铁心柱截面有效面积最大。宽度和厚度分别如下表2示表3650毫米14级铁心各级尺寸级数宽度b（mr）i厚度a（mm1640113262041360027.5457526.5555021.5652022749018.8845021940519.51036016.511310151225014.51318511.5141009.5通过上面的分析和求解给出了铁心外接圆直径为650毫米时的优化设计，给出了铁心截面的级数，及各级的宽度和厚度。当叠片系数为0.98时，叠片的有效面积为314163.50平方毫米。运用动态规划方法计算任何铁心直径截面的最优解，既准确又快捷。我们运用vb进行计算编程，导出可执行软件。只要输入铁心的直径，级数，最小片宽还有叠片系数就能很快的算出铁心几何和有效截面，还有各级的尺寸

■曼压霽很是蚤住戳面廿第 区< 一< 一乂以_一I >11直径650 最小片宽（2O-级数［TT片宽犀数厂 養片茶數両直徑撮犬截面有皴截面第1级isn2ba1abab6W32Q5753141635C4011362060027.557图1 铁心各级尺寸计算软件问题二：首先以基本直径为200mm为例，因其的铁心利用率也为较高的88.78%,且直径小，损耗和发热较小。根据表7的最优配合，取？200H7/g6,根据表6查得线圈内径的标准公差为46卩m=0.046mm由GB/T1800.4可得上偏差为+0.046mm下偏差为0mm得铁心柱的外接圆直径的标准公差为29卩m=0.029mm由GB/T1800.4可得上偏差为-0.015mm,下偏差为-0.044mm。得到二者的公差带图如下0.D29n0. 乐nm0.D29n0. 乐nm公次市图单伸T若以第一题基本直径为650mn为例，则没有推荐的最优配合，综合考虑各因的标准公差为800卩m=0.8mr，由GB/T1800.4可得上偏差为+0.8mn，下偏差为0mm得铁心柱的外接圆直径的标准公差为500卩m=0.5mm由GB/T1800.4可得上偏差为0mm下偏差为-0.8mm。素的影响，采用其常用配合【6素的影响，采用其常用配合【6】，选配合为？650H12/h12，根据表6查得线圈内径因此本题中在基本尺寸至500mn内的设计，均可以参考表7,选择出符合的最优配合，再参照表6和GB/T1800.4的数据，得出最配合的时候的公差带。而基本尺寸在500mm至3150mm之间的，并没有特别的最优配合组合，可参考常用的配合，只用满足保证配合的特性，而不强求保持严格的基本尺寸，可稍微放宽其要求，以类似的方法求得二者的公差带。我们运用vb进行编程，导出可执行软件。只要输入基本尺寸，然后选择公差代号和过程等级，就可上下偏差和公差。问题三：为了改善铁心内部的散热，铁心柱直径为380毫米以上时须设置冷却油道。简单地说，就是在某些相邻阶梯形之间留下6毫米厚的水平空隙，空隙里充满油，变压器工作时油上下循环带走铁心里的热量。具体油道数可下表选取。油道的位置应使其分割的相邻两部分铁心柱截面积近似相等。表4冷却油道数的选择铁心柱直径mm半圆中6mn油道个数380-4100420-5001510-6902700-8403根据表格数据，650毫米的铁心柱只用加4个油道就可以了。4个油道把铁心柱分成了5个部分。有问题一的求解可以得知最大的几何面积为320575平方毫米。所以每个部分的面积约为64115平方毫米。由于第一级的面积S=a「bi=640*113=72320.所以第1级和第2级之间就要设置油道因为各个分割面积近似相等，即允许与平均分割面积间存在误差。可先令此误差去交大的一个Q,累加各级截面积，当累加的和在此误差内时，便在所加的级数间设置一个油道，如果设置完所有油道还有剩余面积或不能设置完油道， 则在程序运行过程中逐渐减少Q。运行程序【附录四】：以R=650mm级数14级为例。确定最佳油道设置方案及分割后各级的面积如下表：表5油道最优设计方案半圆中油道的位置1，2级之间3，4级之间分割面积(平方毫米)361605715767117由于油道厚度为6mm直接增加油道会对铁心柱的圆形形状产生较大的影响，所以在确定油道位置后，选择宽度较小的一级，减小厚度，令 a=a-6，加油油道,则不会影响铁心形状，且由于对分割的面积影响不大六模型的评价对电力变压器铁心柱截面积优化设计给出的算法达到了其优化的目的。 运用matlab计算时间快，准确。设计铁心计算软件，使计算变得更加方便快捷，可以适用于任何直径的铁心柱的截面积的计算。参考文献管金云.变压器铁心最优截面设计计算方法[J],变压器，2003,40(12):10-13丁国炎铁行截面的优化及应用[J] 变压器，1997,34(6)：15-18.汤赐张志文基因控制遗传算法在变压器铁心截面优化设计中的应用 [J]2006，43(2).张红忠变压器最优截面计算[cp]/home.php2009-9-24⑸谢毓城电力变压器手册[P] 机械工程出版社2003.1:210-242⑹中国工程机械协会极限与配合2004，5:第五章公差和配合附录:【附录一】s=O;max=O;z=(650-20)/5;y=z-14;forx=1:125b(x)=15+(z-x)*5;endforc=1:ya(1)=sqrt(325A2-(b(c)/2)A2);x(1)=b(c);ifa(1)<26continue;ends(1)=a(1)*b(c)/2;ford=(c+1):(y+1)a(2)=sqrt(325A2-(b(d)/2)A2)-a(1);x(2)=b(d);s(2)=a(2)*b(d);fore=(d+1):(y+2)a(3)=sqrt(325A2-(b(e)/2)A2)-a(1)-a(2);x(3)=b(e);s(3)=a(3)*b(e);forf=(e+1):(y+3)a(4)=sqrt(325A2-(b(f)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3);x⑷=b(f);s⑷=aW*b(f);forg=(f+1)：(y+4)a(5)=sqrt(325A2-(b(g)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷;x(5)=b(g);s(5)=a(5)*b(g);forh=(g+1):(y+5)a(6)=sqrt(325A2-(b(h)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5);x(6)=b(h);s(6)=a(6)*b(h);fori=(h+1):(y+6)a(7)=sqrt(325A2-(b(i)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6);x(7)=b(i);s(7)=a(7)*b(i);forj=(i+1):(y+7)a(8)=sqrt(325A2-(b(j)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a⑺;x(8)=b(j);s(8)=a(8)*b(j);fork=(j+1):(y+8)a(9)=sqrt(325A2-(b(k)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a(7)-a(8);x(9)=b(k);s(9)=a(9)*b(k);forl=(k+1):(y+9)a(10)=sqrt(325A2-(b(l)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a7)-a(8)-a(9);x(10)=b(l);s(10)=a(10)*b(l);form=(l+1):(y+10)a(11)=sqrt(325A2-(b(m)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a(7)-a(8)-a(9)-a(10);x(11)=b(m);s(11)=a(11)*b(m);forn=(m+1):(y+11)a(12)=sqrt(325A2-(b(n)/2F2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a7)-a(8)-a(9)-a(10)-a(11);x(12)=b(n);s(12)=a(12)*b(n);foro=(n+1):(y+12)a(13)=sqrt(325A2-(b(o)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a7)-a(8)-a(9)-a(10)-a(11)-a(12);x(13)=b(o);s(13)=a(13)*b(o);forp=(o+1):125a(14)=sqrt(325A2-(b(p)/2)A2)-a(1)-a(2)-a(3)-a⑷-a(5)-(6)-a7)-a(8)-a(9)-a(10)-a(11)-a(12)-a(13);x(14)=b(p);s(14)=a(14)*b(p);ifsum(s)>maxmax=sum(s);aa=a;bb=x;maxendendendendendendendendendendendendendendend

【附录二】表6(GB/T1800.3)基本尺寸mm标准公差等级IT1IT2IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10IT11大于至卩m——30.81.2234610142540603611.5:2.545r81218:3048r75:61011.5(2.54619152236589010181.22358111827437011018301.52.5469r132133卫84P130:30501.52.547111162539162100160508023581319304674120190801202..54r61015r223554r87140r220:1201803.55181218125406311001602501802504.5710142029467211518529025031568r121623r325281[130210:3201315400791318253657891140230360400500810152027406397155250400500630911匚162232：4470110I175280r440:63080010131825365080125200320500800100011152128405690140230360560100012501318；243347；66105165；260420r66011250160015212939557812519531050078016002000182535466592150230370600920200025002230；415578；110175280；440700r1100125003150263650689613521033054086013501表6（完）基本尺寸标准公差表仃imIT12IT13IT14IT15IT16IT17IT18大于至mm——50.40.611.4310.480.7511.2:1.81660.510180.180.270.42.718300.210.330.520.830500.250.390.62:11.6:2.5「3.9「50800.30.460.741.21.934.6

801200.350.540.85.41201800.40.6311.62.546.31802500.460.721.151.82503150.520.85.28.13154000.570.891.4:2.33.6:5.7:8.9:4005000.630.971.552.546.39.75006305:2.84.4：7:11：6308000.81.2523.25812.580010003.65.6914100012501.051.652.6：4.26.6：10.5:16.5:125016001.251.953.157.812.519.51600200069.215232000250