倉9舉屮脅技必專_ -一丿茹Urtivr 愉厨m Science & Tlechnologv电磁装置设计原理变压器设计专业：—班级：_______________设计者：_____________________学号：___________华中科技大学电气与电子工程学院一、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。
二、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、 主要部件价格计算二、设计内容已知参数有：额定容量S n 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； 高压侧：S N 5 N 10kV ；（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%/0.4kV11N500 10 、328.8675A （线电流）；11N316.6667（相电流）低压侧：U 2N 0.4kV （线电压）12NU 2N230.94V （相电压）500 3 0.4721.6878 A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 （ P 主）460 （500）1/4 215mm 可得。
叠片系数柱3选取0.97，硅钢片牌号DQ122G-30 预取磁密为B m' 1.6T ，贝U分接头匝数：土 5%< 866= ± 43匝。
当磁密1.6106T 时，查表得铁心毛截面为 A=339.8 cnl,净截面为A=322.81cn i , 角重G v =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/ cm 2。
铁心重量：心柱重：G Z 3H W A 7.65 10 43 1010 322.81 7.65 10 4748.26kg铁轭重：G e 4M o A 7.65 10 4 4 465.6 322.81 7.65 10 4 459.92kgW 2.2 B m 'fA 2 1.6 50 322.81——4 20.13匝 10故取W=20匝，得实际磁密B m Wi'B m ' W 220131.6T 1.6106T20匝电势：e t 詈400 32011.547V高压绕组匝数：W 1U 1 N W 2U 2 N10 0.4 .320 866 匝角重G 112.18kg总重G pe G z G e G 1320.36kg空载损耗P o K po P o G Fe 1.12 0.995 1320.36 1471.41W 1500W空载电流:无功分量：, 1.3 (1.28 1320.36 6“ 322.81 0.219)l or 0.59%500 10Ioa1471.41 0.29%有功分量:空载电流: I o500 10.0.592 0.2920.66%<1.8%(3)绕组计算①高压绕组 容量：500kVA 联结组：D 额定电压: U 1N 10kV额定电流:S N 500I1N-N-28.8675A.3U 1N.3 10相电流：I l 1N W 16.6667 A3绕组匝数: 909/866/823 匝预取电密为J 高 2.62A/mm 2，则'I 1 NS% 'J 高n 16.667A2 6.361mm 2 2.62 A/mm 2查表，选取线包扁铜线 S 高6.41mm 2，知a=1.25mm,b=3.50mm得实际电密：JS N n 需mA 2.600A/mm2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4A 8 323B 9 27 1C 10 1070E 12 840所以高压绕组一共有78段，909匝 幅向尺寸计算：垫 4.32mm 、统包 2mm )B 段的幅向尺寸为：(1.58 9 4.74) 1.045 20mm (其中内垫1.25 5.30 1.58 5.63A 段的幅向尺寸为: (1.58 8 2 4.32) 1.04520mm (期中内段的幅向尺寸为：(1.58 10 3.16) 1.045 20mm (其中内垫3.16mm )E 段的幅向尺寸为：(1.58 12) 1.045 20mm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：70 5 350mm1 12 12mm 6 8 48mm一共有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 (H w )②低压绕组 容量：500kVA 联结组：y额定电压：U 2N 0.4kV 721.6878 A 相电流：I 2 N I 2N 721.6878A绕组匝数：20匝预取电密为J 低2.16A/mm 2，则4.74mm得实际电密：J低 '2N721.68728A2.16A/mm 2 S 氐 n 41.85mm8查表，选取线包扁铜线S 氐 241.85mm ,知 a=2.65mm,b=16.00mm721.6878A 2.16A/mm 2 841.76mm 2额定电流：| 2N 500 -3 0.4其中公式中的” 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。
2.65 16.00采用N-0.33的Nomex纸纸包绝缘，所以导线线规是：2.98 16.33绕组的形式采用双螺旋式，中间预留12mm气道。
幅向尺寸计算：气道一侧幅向尺寸为：2.98 2 1.16 6.9mm故低压绕组幅向尺寸为： 6.9 12 6.9 25.8mm 轴向尺寸计算：16.33 2 （20 1） 1.035 709.9mm （轴向2 根并绕，共有20 匝）故低压绕组电抗高度为：709.9 2 16.33 677.24mm 为配合高压绕组，故低压绕组窗高为677.24 332.76 1010mm（H w）（4）绝缘半径计算（单位mm107.5 （107.5 :铁心直径/2）1 ______ （15+5:铁心到低压绕组距离，其中5mm是H级玻璃钢筒）122.55 ______127.5 （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）23.5 ___176.84 （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r12）10.5 （23.5+4+10.5=38mm :高低压绕组之间的距离a12）191.320 （20mm:高压绕组幅向尺寸aj211.3 (191.3+10=201.3mm 高压绕组幅向半径r ,)2 ______ 422.6 43 (43mm: 2个铁心所属高压绕组之间的距离)465.6 ( M d )B211.3(5)短路阻抗计算漏磁面积：刀 D=6.3049+66.0426+13.1986+4.3278=89.873 平均电抗高度：击850晋76.362cm电抗修正系数:K=1.035 23.低压线圈R107.5 J ——B12U ——► B1S13>------------------------ R19LX高压线S(1.38-0.033) 14.04/3=6.3040 (3.8+0.033) 17.23=66.0426 (2.0-0.033) 20.13/3=13.1986 (1.2+0.033)14.04/4=4.3278入=13.8+38+20+12-0.33=83.47mm洛氏系数:H k83.47 3.1415 763.620.965间陽板0.001453电阻损耗：p 低 3I 2P 2R 氐 3 721.68782 0.001453 2270.3W电抗分量：U49.6 f I 2P 20 D KX e t H k 10649.6 50 721.6878 20 89.873 0.965 1.0311.547 76.362 106 3.63%电阻分量： 7981.84 U a1.596%5000短路阻抗：U k ,U 2 U 2, (3.63)2 (1.596)2 3.965%(6)损耗计算(145C) ①高压绕组 平均匝长：I 高2几 2 3.14159 201.3 1265mm1.265m总长：l 1N 1I 高 909 1.2651149.885m导线重：G 高 33 8.92 6.41 1149.885 10197.24kg145C 电阻：R 高0.0175 10 6234.5 145 1149.885234.5 156.41 1064.7750 75 E 下涡流损耗： 3.8 (50 866 依 6.41 °.965/ 850)2 0.0590%10000000234.5 145 234.5 751.226平均匝长：I 低2 r 2 2 3.14159 145.4 913.57mm 0.9136m20 0.913618.272m导线重：G 低3 8.92 8 41.85 18.272 10 3 163.34kg145C 电阻：R 氐0.0175 10 6234.5 145 234.5 1518.272 8 41.85 101高电阻损耗：p 高 3I 1P 2R 高 3 16.66672 4.7750 3979W 折算到145口汽犖％ 1.562W ②低压绕组 I高压绕组（10000V ）S:内层有效散热面：3 (2 191.3 8 18) 6 2394.1 0.2656 10 0.3320 m 水平有效散热面：3 (2 201.3 8 40) 20 76 2 0.3793 10 6 3.2661m 2外层有效散热面：3 2 211.3 427.88 6 210 1.7033m 总有效散热面：S 0.3320 3.2661 1.7033 5.301475 C 下涡流损耗： 2CC (50 20 2.65 41.85 8 0.965/ 677.24) 门3.80.607%10000000负载损耗：(3979 1.562 2270.3 9.17) 1.04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 ）234.5 756510.43W内层散热面：（绕组绕在5mn 骨架筒上不计散热面） 绕组气道内层散热面： S 21 3 (2 134.4 12 10) 677.24 10 6 21.4710m绕组气道外层散热面: S 22 3 (2 146.4 12 10)677.24 10 621.6241m绕组外层散热面：S 3 3 (2153.3) 677.24 10 6 1.9560m 2总散热面：S S 1 S 21S 3 0 1.47101.6241 1.9560 5.0511m 2低压温升：T LV 0.662270.3 (1 0.607%)0.887.86K5.0511内层轴向气道修正系数: 0.56 (空 8501.6)1/40.2656水平轴向气道修正系数:5 1.73 {1 -20[1佥)2]1/2} 0.3793里段：内层轴向有效散热高度 （除去内垫 8饼线匝）（78 8) 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) 5.63427.88234.5 1451.226折算到"SC ：22701322°2607% 山咼压温升：T HV0.3 (3979 1.00059)0.8 59.93K5.3014(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) 1.15 1933.08 kg四、总结额定容量S n 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B m 1.6106T ；空载损耗P。