电气与电子工程学院《电磁装置设计原理》课程设计设计题目铁芯电抗器设计指导老师孙剑波班级电气1212姓名曹鹏举学号U*********完成日期2015年 6 月19 日目录480KVA/10kV 铁芯电抗器参数列表 (3)1.电抗器的额定值与技术要求 (4)2.铁芯参数选择 (4)3.线圈电压电流及电抗值 (5)4.线圈匝数 (5)5.主电抗计算 (5)6.线圈设计 (6)7.绝缘设计 (8)8.绝缘半径计算 (8)9.线圈漏电抗 (9)10总电抗 (9)11.线圈导线每相总长 (10)12.线圈损耗 (10)13.线圈导线重量 (10)14.铁芯窗高 (11)15.铁芯损耗 (11)16.总损耗 (11)17.线圈温升计算 (12)18.成本核算 (12)附1：480KVA/10kV 铁芯电抗器设计表格 (13)附2：铁芯电抗器尺寸图 (17)480KVA/10kV 铁芯电抗器参数列表1.电抗器的额定值与技术要求（1）额定容量Sc=480KV A（2）所接电网电压 10kV（3）频率50Hz（4）相数 3（5）相电压381V（6）相电流419A（7）绝缘材料耐热等级H级（145℃）（8）总损耗≤7000W（附加损耗系数1.2）（9）铁芯材料DQ133-30（10）导线材料铜导线ρ145℃=0.02616Ω*mm²/m（11）绕组温升≤95K（附加损耗系数1.35）（12）铁芯饼高度HB=50mm；叠压系数Kdp=0.952.铁芯参数选择（1）铁芯直径由直径估算公式'D K=K为经验系数，对于冷轧钢片、铜导线取值为0.054~0.058。
其中经验系数D取值为0.058进行计算得：'0.2063===D K选择D=0.21m查表5-11得:A=0.02918m²芯柱有效截面面积ZA=0.03213m²铁轭有效截面面积eG=84.8kg角重AB=0.2m铁芯最大片宽M∆=0.178m铁芯总叠厚Mb=0.19m铁轭片高em3.线圈电压电流及电抗值（1）设计线圈时电压U=381V （2）设计线圈时电流I=491A（3）电抗值/381/4910.9093k X U I ===Ω4.线圈匝数由匝数计算公式'W =其中预取磁密'B =0.93T ，m k 为主电抗比例系数，初值范围为0.85~0.93，此处取值为0.85。
代入上式得：'53.76W ===故实际线圈匝数为:('0.5)54W INT W =+=5.主电抗计算（1）初选单个气隙长度 0.0054m δ=（2）气隙等效导磁面积计算铁芯饼高度 HB=0.05m 气隙磁通衍射宽度ln()0.00540.00540.05ln()0.00540.0040BH δδεπδπ+=+==气隙磁通衍射面积22(2)20.004(20.0040.20.178)0.0030M M A b δεε=++∆=⨯⨯++=气隙等效导磁面积220.029180.00300.950.0337ZdpA A A K m δδ=+=+= （3）主电抗由计算公式 227810m fW A X n δπδ-=⨯ 取n=10，得：227227810850540.033710100.00540.7178m fW A X n δπδπ--=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=Ω（4）铁芯中磁密0.8597B T ===6.线圈设计（1）线圈高度估计值由公式(1)L B A H n H n H δ=-+-其中A H 为线圈至上下铁轭绝缘距离，根据10kV 对地线电压查表4-162取A H =20.065⨯m ，代入公式计算得：(1)(101)0.05100.00540.130.374L B AH n H n H mδ=-+-=-⨯+⨯-= （2）初选导线查线包扁铜线规格表4-133 裸导线 a=0.004m ； b=0.0106m ； SL=0.00004154m²对铜导线绝缘厚度∆=0.0005m2引自《电磁装置设计原理讲义》P72带绝缘导线 a1=0.0045m ；b1=0.0111m （3）并绕根数初选电密 'J =1800000A/m² 并绕根数10.000041''41915.5418000060370L I M pp S J ⨯=⋅⋅=⨯=11('0.5)(5.60370.5)6M INT M INT =+=+= （均采用轴向并绕）（4）电流密度120.0000415''41911681110.57646/L A IJ pp S M m ⨯=⋅⋅=⨯=（5）线圈高度取每层匝数 WH=4.5则线圈高度，取裕度系数为1.015，计算得：111.015(1) 1.015(4.51)611.10.3718L H WH M b mm =+⋅⋅=⨯+⨯⨯=线圈电抗高度111.015 1.015 4.5611.10.3042Hx WH M b mm =⋅⋅=⨯⨯⨯=（6）线圈辐向厚度线圈共12层，将其进行分段，一般内侧与外侧层数之比为1:3或2:5，内外散热面积相差较小时，可取对称。
故对称分段，分为4段，每段层数为1H N =3层、2H N =3层、3H N =3层、4H N =3层。
取裕度系数为 1.05，由于均采用轴向并绕，辐向并绕根数为1。
查表4-17圆筒式线圈层间绝缘4可知，两层间需垫Nomex 绝缘纸3层，每层厚度为0.127mm 。
故各段线圈厚度为：11111.05((1)30.127)1.05(13 4.5(31)30.127)0.0010.0147H B H H B M N a N m=⨯+-⨯⨯=⨯⨯⨯+-⨯⨯⨯= 23410.0147H H H H B B B B m ====7.绝缘设计根据10kV 对地线电压查表4-165，取线圈至上铁轭距离为1S H =0.065m ，线圈至下铁轭距离2S H =0.065m ，相间距离x C =30mm ，铁芯外径到线圈1内径绝缘距离取0C =35mm ，含线圈1内置2mm 绝缘层。
8.绝缘半径计算（1）铁芯半径0/20.21/20.105R D m ===（2）线圈1内半径 1000.1050.0350.14R R C m =+=+= （3）线圈1外半径 2110.140.01470.1547H R R B m =+=+=由于圆筒式绕组辐向气道宽度一般选取在8~19mm ，故本绕组辐向气道取为1SS =8mm 。
线圈1外置2mm 绝缘层；线圈2内置2mm 绝缘层。
（4）线圈2内半径 3212(0.15470.00820.002)0.1667m R R SS δ=++=++⨯= （5）线圈2外半径 4320.16670.01470.1814H R R B m =+=+=气道取为2SS =8mm 。
线圈2外置2mm 绝缘层；线圈3内置2mm 绝缘层。
（6）线圈3内半径 5412(0.18140.00820.002)0.1934m R R SS δ=++=++⨯= （7）线圈3外半径 6520.19340.01470.2081H R R B m =+=+=气道取为3SS =8mm 。
线圈2外置2mm 绝缘层；线圈3内置2mm 绝缘层。
（8）线圈4内半径 7632(0.20810.00820.002)0.2201m R R SS δ=++=++⨯= （9）线圈4外半径 8730.22010.01470.2348H R R B m =+=+= （10）线圈直径8220.23480.4697D R m ==⨯= （11）铁芯柱中心距00.46970.0450.4997x M D C m =+=+=9.线圈漏电抗（1）线圈平均半径18()/2(0.140.2348)/20.1874m p R R R =+=+=（2）线圈辐向厚度810.23480.140.0948H B R R m =-=-=（3）线圈漏磁等效面积21222/320.09480.18740.140.02918/0.9530.068Q H p Z dpA B R R A k m ππππ=+-=⨯⨯+⨯-= （4）洛氏系数802()12(0.23480.105)10.30420.7281L R R Hxρππ-=--=-⨯=（5）线圈漏电抗227227810850540.72810.068100.30420.1873L QfW A X Hxσπρπ--=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=Ω10总电抗0.71780.18730.905k m X X X σ=+=+=Ω总电抗误差|0.9050.9093|100%0.47%0.9093e K -=⨯=误差满足要求，可进行以下项目计算。
11.线圈导线每相总长（1）线圈平均匝长 220.1874 1.1770p p l R m ππ==⨯= （2）每相总长'54 1.1770 1.865.3568p l Wl l m Φ=+=⨯+=其中'l 为引线长1.8m12.线圈损耗（1）每相电阻165.35680.026160.0069160.00004145L l r pp M S φρΦ==⨯=Ω⋅⋅⨯⨯（2）线圈电阻损耗 2234190.00693612.9336r P mI r W φ==⨯⨯=（3）线圈损耗1.23612.93364335.5203k FS r P k P W ==⨯=其中损耗附加系数FS k 为1.213.线圈导线重量（1）裸导线重量1365.35681641.450.0089434.9303c L c G ml ppM S r kg Φ==⨯⨯⨯⨯⨯=其中c r 为铜的密度，为8900kg/m³。
（2）绝缘导线重量对铜导线17alc k =绝缘重量所占比例：( 1.57)/ 1.533922c alc L k k b a S ∆∆=⋅++⨯=绝缘导线重量(1/100)441.6017Cu c c G k G kg =+⨯=14.铁芯窗高0120.37180.0650.0650.5018L S S H H H H m =++=++=15.铁芯损耗（1）铁芯柱重量0()3(0.5018100.0054)0.029*********.8795Z P Z Fe G K H n A r kgδ=-=⨯-⨯⨯⨯=（2）铁轭重量0440.49970.032137650491.26184e e Fe PG M A r kg K ==⨯⨯⨯=- （3）铁芯重299.8795491.261884.8875.9413Fe Z e G G G G kg ∆=++=++=（4）铁芯损耗0(()())22Fe z Z e e G G P K p G p G ∆∆=+++ 其中0K =1.8，芯柱单位铁损z p 和铁轭单位铁损e p 值由B 和(e)B 从表4-9 铁磁材料损耗曲线6查出，查该表得出其拟合曲线为20.3737p B =，代入上式可得z p =0.2762W/kg ，e p =0.3349W/kgFe P =491.8712W16.总损耗4827.3915k Fe P P P W =+=≤7000W损耗符合要求6引自《电磁装置设计原理讲义》P5217.线圈温升计算芯柱等效直径1.9804x D mm === 气道平均宽度1123((/2)/2)/(1)((140198.04/2)/2888)/(31)17.3822x SS R D SS SS SS N mmδ=-++++=-++++=绕组轴向气道有效散热系数0.4202K α===内绕组表面积计算1123456723(22()0.9)3(20.142(0.15470.16670.18140.19340.20810.2201)0.9)0.30426.6025xSQP R R R R R R R H m ππππ=++++++⨯⨯=++++++⨯⨯= 外绕组表面积计算22832320.23480.3042 1.3458x SQP R H m ππ=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=绕组有效散热面积2120.4202 6.6025 1.3458 4.1201SQP K SQP SQP m α=⋅+=⨯+=绕组温升0.81.35 1.353612.9336()0.33()94.87304.1201x n r H P T K K SQP ⨯===≤95K绕组温升满足要求18.成本核算硅钢片35元/kg ，铜导线65元/kg硅钢片价格=35875.94133530657.94Fe G ⨯=⨯=元 铜导线价格=65441.60173528704.11Cu G ⨯=⨯=元 总造价=30657.94+28704.11=59362.06元附1：480KVA/10kV 铁芯电抗器设计表格附2：铁芯电抗器尺寸图=5.4B =50图1 芯柱尺寸图（单位mm ）图2 铁芯、线圈及绝缘尺寸图（单位mm ）芯柱轴线δ=2δ=2δ=2δ=2δ=2δ=2δ=2Ro=105Co=35R1=140BH2=154.7BH3=154.7BH4=154.7BH1=154.7R2=154.7SS1=8SS2=8SS3=8R3=166.7R4=181.4R5=193.4R6=208.1R7=220.1R8=234.8图3 线圈布置图（单位mm）评分一览表：总分：学生签字：指导老师签字：年月日。