第41卷第4期 掰 vol41N04
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1前言
浅谈卷铁心变压器优化
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
李祥远
(河南新亚集团股份有限公司变压器厂,河南郑州450016)
摘要:比较了卷铁心变压器和叠铁心变压器设计的不同之处,简介了卷铁心变压器优化设计的观点和结果。
关键词:变压器;卷铁o;优化设计
中图分类号:TM402 文献标识码:B 文章编号:1001—8425(2004)04_0005—04
用剪裁后的硅钢片叠积而成的铁心,通常称之
为叠铁心。用硅钢片条料连续卷绕而成的铁心,称
之为卷铁心。卷铁心没有接缝(国外卷铁心是有接
缝卷铁心,不在本文论及),其励磁容量小”1(见图
1),故励磁电流很小,空载损耗也低(见图2),噪声
亦低(见图3)。
皇
∞
相
龃
单位励磁备量/VA。k∥
图1磁化容量曲线
对于单相变压器而言,卷铁心经过退火处理.
可消除加工过程中产生的内应力,恢复磁性,空载
损耗工艺系数可降至1.05~1.O,这无疑是最理想的
结果。三相卷铁心一般是三框三柱式(两个内框,一
个外框)。三相平面排列的卷铁心如图4所示。三相
卷铁心虽然也经退火处理,但其工艺系数不会降到
1.0。通过实践得出:对于图4的三相三柱平面式卷
铁心,工艺系数为1.2—1.3,容量越大,取值越大(这
和叠铁心相反);而对于图5的三相三柱立体式卷
铁心工艺系数为1.35一1.45。这是卷铁心结构上的一
单位质量损耗/w·k一
田2单相铁心成型后在不同磁密下的单位捆耗C50Hz
1硅钢片自身损耗2卷铁心3新日铁研究所卷铁心
4叠片式铁心
诅
酵
磋密B/r
圈3 50kVA三相配电变压器噪声曲线
个根本弱点。
¨加”撼"¨”¨m
m¨∽∽瞄∽%∞
踮舯西∞砧∞"∞帖柏弘∞
万方数据
妻珏警 第41卷
画厕
圈4三相平面排列的卷铁心 圈5三相立体排列的卷铁心
2卷铁心变压器与叠铁心变压器设计的不
同之处
卷铁心变压器的设计与叠铁心变骶器的设计
总的来说没有什么不同,只有铁心质量的计算不能
套用原有公式。
卷铁心质量:
Cc=pp
式中口一铁心体积,r硅钢片密度,冷轧片p=7.65ks/dm3
Q-AL
式中A——铁心有效截面积,
L——平均磁路长,
对于单相卷铁心(图6)
L=2(∥+日)+丌D
=2fH+M—D)+盯D
=2(H+吖)+(百一2)D
GFf0.00153旧+加+o.00087DM (1)
图6单相铁心 图7三相平面卷铁心
对于三相平面卷铁心(图7)应分别计算两个内
框和一个外框的质量,显然其体积应是多级截面乘
以多级平均磁路长,求其和。这样算起来比较繁琐,
也可简化如下:
L=3H+2Ⅳ+可D
=3H+2f2肘一D1+百D
=3H+4吖+(竹一2)D
GF(0.002295H+O.00306肼+0.00087D)A
(2)
这里多算了两个△曲r,而少算了4个△d矿,两
相抵消,经过实测相差不超过l%。
对于叠式铁心,其质量为“:
Cr_(0.002295Ⅳ+O.003删+
O.00164DM (3)
第三项就足角质量,通过公式(2)、(3)
相比较可见,卷铁心的角质量只有叠铁心的
一半。通常叠铁心角质量是铁心总质量的
10%左右,则可见D、M、H相同的卷铁心质
量应比叠铁心减少5%左右。
对于二相立体卷铁心(图5),它相当于j个截
面为:A的单相卷铁心,则由式(1)推出:
Z
GF[O.002295饵+旧+O.00l305DM(4)
可见,它少了一个中心距的质量,质量下降约
15%,与公式(3)相比质量下降20%左右。质量大幅
度的F降也使空载损耗大幅度下降,这就是三相立
体卷铁心是节能又节材的最佳选择。
然而,由于J二艺以及其它方商原因,目前三相立
体卷铁心变压器尚未处于主导地位,三相卷铁心变
压器以平面式为主。我们可以比较一下,三相平面卷
铁心与叠铁心空载损耗相对值。
已知,R=邸心c
式中K——工艺系数
p0-一比损耗
G,一铁心质量
为了在同一条件下对比,采用同一·牌号硅钢
片。其在同一磁密下,po相同。同时D、H、肘也相
同,则叠铁心Gc7=l时,平面卷铁心Gc’=O.95,空
载损耗相对值P0’=KGc’,据此列于
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
l,并绘于图
8。两种铁心结构比较,卷铁心比叠铁心的空载损
耗平均下降约10%。由图8可见,』4占两个曲线交
点大约是630kVA,则说明630kvA以下适台采用
卷铁心结构,且容量愈小愈好,丽630kVA以上适
合采用叠铁心结构。当然对于立体卷铁心.其容量
适用范围要大得多,可达3150kVA。
sll型变压器性能参数标准应按JB/T3837一
表1铁心比损耗
一 容量/¨A 50 200 500一
相
铁心质量Gc’ 095 095 O95皿
回 工艺系数足 J2 l25 lf3
卷
铁
比损耗po 1.14 1.1875 1 235
心 比损耗平均值 11875
铁心质量Gc
7
l l l
叠
T=艺系数岸 l 4 1.3 】25
铁
比损耗卧 1 4 1.3 l 25
心
比损耗平均值 l_3107
d
e
A附粤M
d
e
.
万方数据
第4期 李祥远:浅论卷铁心变压器优化设计 7
I4
嚣-3
辛
墨l2
嚣¨
,U 2UU 5(m
容量/kVA
图8变压器空载损耗相对值与容量美系曲线
1999确定,空载损耗应比GB/T645l—1999中的组
I下降30%。毫无疑问,卷铁心变压器应能达到这
一性能指标,而负载损耗应比GB/TH51—1999下降
15%,此值比S9的负载损耗还要高一些。根据各方
面
意见
文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见
,认为起码应达到S9同~水平,而空载电流
可小一个数量级。具体数据列于表2。
表2 S11~30~1600kvA变压器性能参数
额定 电压组台 空载 负载 空载 短路
联结组
损耗 损耗 电流 阻抗容量 高压 高压分接 低压
标号
/kVA/kV范围/% /kV /kW/kW /% /%
—
30 0(190060004
~—
50 0130087004
~—
80 01801250038
10。 O200l500O38
——
J25 0.240l,800035
160 02802.200O35 4
—— ——
200 6 0-3302600032
250 6.3 YVn0040030500.32
0.4 _——
315 10 DVIlllO.48036500.3
——
400 JJ ±2妇5 05∞4300n28
500 O.6805100026
——
630 O8106.200025
800 O9807.500O.23
1 000 1 150103000.2045
——
I 250 I 36012.80fOi9f
——
l 600 1 6401450019
注意到s“的空载损耗应比GB/T饼5l一1999
下降30%。前已述及三相平面卷铁心比叠铁心空载
损耗相对下降约10%(表1),但如何能进一步降低
空载损耗呢?普遍的方法是采用更优质的硅钢片,
如采用日产0.23硅钢片等,再一点是降低磁密,甚
至将磁密降到1.5T以下。但因1.5T的磁密是热轧
硅钢片的工作磁密,所以对高性能硅钢片通过采用
取低磁密来降低空载损耗的做法,是不可取的,必
然会增加产品成本。
众所周知,空载损耗:R。c俨G。
负载损耗:尸K*62G。
式中卜电密
Gf一导线质量
将上式转换可得:
Gc*争
印拳
对于符合一定标准的变压器,po、PK是常数,则
铁心质量Gc只和磁密铲成反比,铜质量G。只和电
密铲成反比。即要想降低成本,就必须提高B和6
才能达到目的。当然提高日和6也受到很多条件的
限制,亦非可随意提高。口要受到硅钢片磁饱和点的
限制,晶粒取向冷轧硅钢片的饱和磁密大约在2.1—
2.3T;而6要受温升及热稳定电流密度的限制。对于
配电变压器,Ht=4%者,热稳定电密茸≤3.77A/mm2;
ⅡF4.5%者,热稳定电密西≤4.25A/mm2。考虑到温
升,6不大于3.5A/mm2。对于国产30QGl20硅钢片,
B值可取1,67T左右,采用日本23ZHl00硅钢片,占
值取1.8T也没问题。需要说明的是工艺系数K和口
的大小有一定关系,B越高,K越低。从图3看出,B
越高,曲线2、3、4愈接近曲线1。我们对三相卷铁心
进行测量,也存在类似结果。当然在占和6取较高
值时,保证P0、PK合格,是有一定困难的。这就要求
对产品进行精心优化设计。首先一点是采用先进的
绝缘结构,并有一定的绝缘裕度,达到安全可靠。同
时结构要尽可能的紧凑,尽可能提高导线在铁心窗
口中的填充率。通常设计人员在调整短路阻抗时,往
往通过加大主空道或增加绕组高度来达到.这种做
法不可取,应通过调整线规来达到,尽可能绕满匝。
我厂自生产卷铁心变压器以来,最初采用的是
外购图纸,后来开始自行设计。由于采用的硅钢片型
号零乱,设计更改频繁,图纸比较乱。现在通过技术
整顿、优化设计后取得了一定成绩。对于S11型产
品,采用30Qzl20硅钢片。对于s9型产品,绕组与
铁心图纸不变,只把硅钢片牌号改为300140即可。
此外,波纹油箱的波翘高度要稍加改动。通过改进,
两个系列图纸共用一套图纸,大大方便了管理,减少
了工装模具,减少了线规,方便了生产。
s儿一MR一30—250/lO优化设计结果列于表3。
以上优化设计采用的是国产硅钢片。如果采用
日本产的高性能硅钢片,如23zHl00硅钢片,则可
选更高的磁密,会取得更大的效益。我们曾对200—
1600/10产品做过设计,其性能指标如表4所示。
经过试制,产品均已达到设计要求。sll—MR一
1250/10变压器的实测结果,如表5所示。
万方数据
8 壹廷鼍 第41卷
表3 S11一MR一30~250/10性能指标
近。
硅钢片质量 导线质量 器身质量 油质世 总质量
产品规格
/kg /kg /kg /kg /kg
30/10 6642 6249 148 67 288
50/’10 9959 8007 2065 78 377
80/10 13593 1048 277 10l 493
100/10 156.8 1208 319 110 55l
125/lO 182.7 1438 376 119 651
J60/10 223.2 158.8 440 i35 756
200/IO27I.1 1807 520 162 897
250/lO321_4 2288 633 185 l062
表4 200~1600/10性能指标
产品 且 尸0 R
硅钢片 导线 器身
油质量 总质量
质量 质量 质量
规格 厂r /W /W /kg /kg
/kg /kg /kg
200/10l”63285258l42489 169480.6156842
630/101.80 80661705609 435 l 146357l863
800/101.75897074966974 547l43l357225l
1000/101.739l13210280736 695l54649028ll
1250/101.768l345125“ 898 755185l5143029
1600/10179162314660115659420127063624
裹5 S11一MR一1250/10变压嚣实测结果
l 项目 聊 W 10% u【/%
I 标准值 1360 12800 019 4.5
『设计值 1 345 12564 010 4.57
实测值 l 304 12757 019 4.5
设计时,空载损耗工艺系数K取1.4,由实测值
反算K=1.357;负载损耗附加系数取11,由实测值
算反为1.12。由此看出,实测值与设计值均比较接
3 35kv卷铁心变压器
为满足用户需要,我们也试制了S11型35kV
卷铁心变压器。对于35kV变压器,传统结构在高压
圆筒式绕组内侧加静电屏以改善冲击性能。我们认
为没有必要,因为圆筒式绕组的纵向电容本来就比
饼式绕组的纵向电容要大,而对地电容两者基本相
同。纵向电容与对地电容之比愈大,耐冲击性能愈
好,因此饼式绕组不安静电屏就没问题了,圆筒式
绕组就更没问题,因此我们取消了静电屏,而为改
善端部电场,在高压绕组两端加上了软角环,适当
压缩了主空道,绝缘裕度还有所提高。同时,由于绕
组与铁心体积均有所缩小,而取得了较大的经济效
益(表6)。
裹6 35kV卷铁心变压器的设计值
产品 B P0 PK
硅钢片 导线 器身
油质量总质量
质量 质量 质量
规格 /r 用 用 /kg /kg
/kg /kg /kg
250/35I_613983685334255 677 415l364
500/35l6136806225544413l10l5562160
参考文献:
11l李祥远.变压器空载附加损耗系数的估算与铁心方式
的合理选用[J1华中工学院学报,1983,1i(2):99—108
【2】李祥远.变压器铁心重量计算及有关问题U】变压器,
1982,19(8):5—6.
【3】章成铭.环型铁心变压器技术与经济分析Ⅱ】农村电气
化,2呻2,19(增刊):37_40.
BdefDis饥ssiononOp曲lalDesi印ofTra璐fb珊er谢thWo岫dCore
Ⅱ砌增寸姗一
(Henanxi“yaGm“pCo.,Ltd,Zhengzhou450016,China)
Absn鼍ct:Theditferencesbetweentransfo珊erwithwoundcortsand山atwi山1舢inatedcoresare
compared.TheviewandresllltofoptimaldesignoftheⅡ乜nsfonIlerwithwoundcoresareinⅡD·
ducedbrieny.
Key啪rds:7胁啪”艇,,wD“nd∞憎j印打啪Z如啦n
收稿日期:2003—0l—06
作者简介:李祥远(1935一),男,河南洛阳人,河南新亚集团股份有限公司变压器厂高级工程师,长期从事变压器的设
计和研究工作。
万方数据
浅谈卷铁心变压器优化设计
作者: 李祥远
作者单位: 河南新亚集团股份有限公司变压器厂,河南,郑州,450016
刊名: 变压器
英文刊名: TRANSFORMER
年,卷(期): 2004,41(4)
被引用次数: 1次
参考文献(3条)
1.章成铭 环型铁心变压器技术与经济分析 2002(z1)
2.李祥远 变压器铁心重量计算及有关问题 1982(08)
3.李祥远 变压器空载附加损耗系数的估算与铁心方式的合理选用 1983(02)
引证文献(1条)
1.欧阳玉平.郭帅.戴乐寅 R型变压器铁芯裁剪曲线算法研究[期刊论文]-机械设计与制造 2010(8)
本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_byq200404002.aspx