3600kVA整流变压器设计-攀枝花学院本科毕业设计(论文)

3600kVA整流变压器设计-攀枝花学院本科毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3600kVA整流变压器设计 二〇〇七年六月 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 摘 要 摘 要 在现代化的工业企业中，广泛地采用电力作为能源。而在冶金工业、电化学工业、牵引、传动、直流输电等许多行业中都大量使用直流电源。将交流电转化为直流电就需要整流装置，整流变压器就是整流装置用的变压器，因此研究整流变压器及其设计有较深远的意义。 本课题结合具体实际工程参数，主要通过对整流电路设计、参数计算、铁心设计、线圈设计、损耗计算、阻抗电压计算、变压器各部分重量和温升计算等，设计出一台满足实际工程参数并具有实际应用价值的整流变压器。 关键词 直流电源，整流变压器，实际工程参数，设计. I 攀枝花学院本科毕业设计(论文) ABSTRACT ABSTRACT In the modernized industrial enterprise, The electric power is one of the most main energy. But in the metallurgical industry, the electrochemistry industry, the hauling, the transmission, the direct current transmission and so on, in many professions the direct-current power supply is widely utilized. Exchanging the alternating current to the direct current needs the rectifier unit, the rectification transformer is this rectifier unit. Therefore researching and designing rectification transformer have the profound significance. This topic union specifically is according to project parameters, mainly through to the rectification electric circuit design, the parameter computation, the iron core design, the coil design, the loss computation, the impedance voltage computation, the weights of the transformer and the ascension of temperature computation and so on. Designing a rectification transformer which is satisfied the actual project parameters and has practical application value. Key words Power transformer, present situation, actual project parameter, design. II 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 目录 目 录 摘 要 ................................................................................................................................................. I ABSTRACT .....................................................................................................................................II 1 绪论 ................................................................................................................................................ 1 1.1概论 ....................................................................................................................................... 1 1.2课题背景 ............................................................................................................................... 1 2 变压器原理 ................................................................................................................................ 2 2.1基本工作原理 ....................................................................................................................... 2 2.2变压器的主要参数 ............................................................................................................... 3 2.2.1额定电压 ................................................................................................................... 3 2.2.2 额定容量 .................................................................................................................. 3 2.2.3额定电流和频率 ....................................................................................................... 4 2.2.4空载电流和空载损耗 ............................................................................................... 4 2.2.5阻抗电压和负载损耗 ............................................................................................... 4 3 整流变压器 ................................................................................................................................ 5 3.1 整流变压器及其结构 .......................................................................................................... 5 3.2 整流变压器特点和用途 ...................................................................................................... 6 3.3整流变压器现状和发展趋势 ............................................................................................... 8 4 设计材料与基本参数 .............................................................................................................. 9 4.1 设计的原始材料和 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ...................................................................................................... 9 4.2 基本参数的确定 .................................................................................................................. 9 4.2.1 设计前可知的技术参数 .......................................................................................... 9 4.2.2 基本参数换算 ........................................................................................................ 10 4.2.3 整流电路的选取 .................................................................................................... 11 4.2.4 三相桥式整流电路的基本原理 ............................................................................ 11 4.2.5 空载整流电压计算 ................................................................................................ 12 5 主要尺寸的确定 ..................................................................................................................... 14 5.1 材料的选择 ........................................................................................................................ 14 5.2 铁心直径的选择 ................................................................................................................ 14 6 绕组设计 ................................................................................................................................... 16 6.1 每匝电压 ............................................................................................................................ 16 1 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 目录 6.2 高低压绕组匝数确定 ........................................................................................................ 16 6.3 电磁线选择 ........................................................................................................................ 17 6.4 线圈的排布和尺寸确定 .................................................................................................... 18 6.4.1 线圈和排列 ............................................................................................................ 18 6.4.2 线圈的排布 ............................................................................................................ 19 6.4.3 线圈尺寸的确定 .................................................................................................... 19 6.4.4 高低压间绝缘距离 ................................................................................................ 21 6.4.5 绝缘半径 ................................................................................................................ 21 6.4.6 高、低压绕组的平均匝长及总长 ........................................................................ 22 6.4.7 每相电阻 ................................................................................................................ 23 6.4.8 三相导线重 ............................................................................................................ 23 6.4.9包绝缘后的导线重 ................................................................................................. 23 6.4.10 线圈电阻损耗、负载损耗计算 .......................................................................... 24 ...................................... 24 6.4.11 阻抗电压计算 ................................................................ 7 铁心设计 ................................................................................................................................ 26 7.1 铁心距离计算 .................................................................................................................... 26 7.1.1铁心窗高 ................................................................................................................. 26 7.1.2心柱中心距 ............................................................................................................. 26 7.1.3 铁轭高 .................................................................................................................... 26 7.1.4 轭截面 .................................................................................................................... 26 7.2 铁心重 ................................................................................................................................ 26 7.3 磁通密度计算 .................................................................................................................... 27 7.3.1总磁通 ..................................................................................................................... 27 7.3.2 心柱磁通密度 ........................................................................................................ 27 7.3.3 轭磁通密度 ............................................................................................................ 27 7.4 单位损耗及励磁伏安 ........................................................................................................ 27 7.5 铁损计算 ............................................................................................................................ 28 7.6 空载电流计算 .................................................................................................................... 28 8 温升计算 ..................................................................................................................................... 29 8.1温升的计算 ......................................................................................................................... 29 8.2谐波电流引起的附加损耗所产生的温升 ......................................................................... 30 结论 ................................................................................................................................................... 31 参考文献 ......................................................................................................................................... 32 致谢 ................................................................................................................................................... 33 2 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 1 绪论 1 绪论 [1]1.1概论 变压器中电力系统中的作用是变换电压，以利于功率的传输。电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高送电的经济性，达到远距离送电的目的。而降压变压器则能把高电压变为用户所需要的各级使用电压，满足用户需要。发电厂欲将 的电功率输送到用电的区域，在P、为一定值时，若采用的电压P,3UIcos,cos, 愈高，则输电线路中的电流愈小，因而可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料。 所以远距离输电采用高电压是最为经济的。目前，高压直流输电也得到大力的发展，这也促进着整流变压器向更高层次的发展。 目前，我国交流输电的电压最高已达500kV。这样高的电压，无论从发电机的安全运行方面或是从制造成本方面考虑，都不允许由发电机直接生产。 发电机的输出电压一般有3.15kV、6.3kV、10.5 kV、 15.75 kV等几种，因此必须用升压变压器将电压升高才能远距离输送。 电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站(所)利用变压器将电压降低为各类电器所需要的电压值。 在用电方面，多数用电器所需电压是380V、220V或36 V，少数电机也采用3kV、6kV等。 [2]1.2课题背景 现代化的工业企业，广泛地采用了电力作为能源，电能都是由水电站和发电厂的发电机直接转化出来的。发电机发出来的电根据输送距离将按照不同的电压等级输送出去，就需要一种专门改变电压的设备，这种设备叫做“变压器”。 整流变压器属于交流变压器的一种。电力变换分为整流、逆变和变频三种。整流是由交流电变成直流电，其变压器称为整流变压器。逆变是由直流电变为交流电，其装置称为逆变器。变频是专门改变交流电频率的，其装置称为变频器。其中整流的用途最为广泛。整流变压器是整流元件的电源变压器，与整流元件一起把交流电变为直流电。整流元件有电子整流管和离子整流管(包括真空管、充气管、闸流管和贡弧整流器)以及半导体整流器(硒整流器和硅整流器、晶闸管等)。 1 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 2 变压器原理 2 变压器原理 2.1基本工作原理 在一次绕组上外施一变流电压便有流入，因而在铁心中激励一交流磁通，UI,10m磁通同时也与二次绕组匝链。由于磁通的交变作用在二次绕组中便感应出电势,,mm 。根据电磁感应定律可知，绕组的感应电势正比于安的匝数。因此只要改变二次绕组ez 的匝数，便能改变电势 的数值，如果二项绕组接上用电设备，二次绕组便有电压输ez 出，这就是变压器的工作原理，其原理图如图2.1。 ，,m ，，I1I2 A ，,1 ，,2，，，ZU2Εs2Ε2，L，，UΕs11Ε1 N1N2B 图2.1变压器工作原理图 在原线圈(一次绕组)上加交变电压，原线圈中就有交变电流，它在铁芯中产生交变的磁通量。这个交变磁通量既穿过原线圈，也穿过副线圈(二次绕组)，在原、副线圈中都要引起感应电动势。如果副线圈电路是闭和的，在副线圈中就产生交变电流，它也在铁芯中产生交变磁通量。这个交变磁通量既穿过副线圈，也穿过原线圈。在原、副线圈中同样要引起感应电动势。在原、副线圈中由于有交变电流而发生的互相感应现象，叫做互感现象。互感现象是变压器工作的基础。由于互感现象，绕制原线圈和副线圈的导线虽然不相连，电能却可以通过磁场从原线圈到达副线圈。 假设初次、次级绕组的匝数分别为、,当变压器的初级接到频率为f，电压为NN12 的正弦变流电源时，根据电磁感应原理，铁心中的交变磁通φ将分别在一、二次绕V1 组中感应出电势。一次绕组感应电势为: d, 式(2.1) eN,,11dt d,式中的为磁通的变化率，负号表示磁通增大时，电势的实际方向与电势的正e1dt 方向相反。如果不计漏阻抗，根据回路电势平衡规律可得: 2 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 2 变压器原理 其数值 U,,E11 式(2.2) U,E,4.44，f，W，,111m 在二次侧同理可以得出: 式(2.3) U,E,4.44，f，W，,222m 由(2.2)，(2.3)式之比得 UEW111 式(2.4) ,,,KUEW222 式中K就是变压器的变比，或称匝数比，设计时选择适当的变比就可以实现把一次侧电压变到需要的二次电压。 2.2变压器的主要参数: 2.2.1额定电压 变压器的一个作用就是改变电压，因此额定电压是重要数据之一。额定电压是指在多相变压器的线路端子间或单相变压器的端子间指定施加的电压，或当空载时产生的电压，即在空载时当某一绕组施加额定电压时，则变压器所有其它绕组同时都产生电压。 变压器的额定电压应与此连接的输变线路电压相符合。我国输变电线路电压等级(kV)为0.38 、3、6、10、15(20)、35、63、110、220、330、500、750 。输变电线路电压等级就是线路终端的电压值。因此，连接线路终端变压器一侧的额定电压与上列数值相同。线路始端(电源端)电压考虑了线路的压降将此等级电压高，35kV以下电压等级的始端电压比电压等级要高5,。而35kV及以上的要高10,。因此，变压器的额定电压也相应提高，线路始端电压值(kV)0.4、3.15、6.3、10.5、15.75、38.5、69、121、242、363、550。由此可知高压额定电压等于始端电压的变压器为升压变压器，等于线路终端电压(电压等级)的变压器为降压变压器。 变压器产品系列是以高压的电压等级而分的，现在电力变压器的系列分为10kV及以下系列，35kV系列，63kV系列，110kV系列，220kV和550kV系列等。额定电压是指线电压，且均以有效值表示。 2.2.2 额定容量 变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以kVA或MVA表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。 双绕组变压器的额定容量即为绕组的额定容量，(由于变压器的效率很高，通常一，二次侧的额定容量设计成相等)，多绕组变压器应对每个绕组的额定容量加以规定。其额定容量为量大的绕组额定容量;当变压器容量由冷却方式而变更时，则额定容量是指量大的容量。 我国现在变压器的额定容量等级是按R?1.26的倍数增加的，如容量有100、125、8 3 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 2 变压器原理 160、200„„kVA等，只有30 kVA和63 000 kVA以外的容量等级与优先数系有所不同。1967年以前变压器的额定容量等级是按倍数增加的容量系列。 R,810,1.33R88 ,3,3对于单相变压器 式(2.5) S,IU，10,IU，10(kVA)N1N1N2N2N ,3,3对于三相变压器 式(2.6) S,3UI，10,3UI，10(kVA)N1N1N2N2N 变压器的容量大小与电压等级也是密切相关的。电压低，容量大时电流大，损耗增大;电压高，容量小时绝缘比例过大，变压器尺寸相对增大，因此，电压低的容量必小。电压高的容量必大。 2.2.3额定电流和频率 变压器的额定电流是由绕组的额定容量除以该绕组的额定电压及相应的系数(单相为1，三相为),而并得的电流经绕组线端的电流。因此变压器的额定电流就是各绕3 组的额定电流，是指线电流，也以有效值表示(要注意组成三相的单相变压器)。 额定频率是指对变压器所设计的运行频率，我国标准规定频率为50。 Hz2.2.4空载电流和空载损耗 空载电流是指当向变压器的一个绕组(一般是一次侧绕组)施加额定频率的额定电压时，其它绕组开路，流经该绕组线路端子的电流，称为空载电流其较小的有功分量I0 用以补偿铁心的损耗，其较大的无功量用于励磁以平衡铁心的磁压降。 IIoroa 22空载电流 式(2.7) I,I，I00a0r 通常I以额定电流的百分数表示: o I0 式(2.8) I%,，100,0.1~3%0IN 空载电流的有功分量是损耗电流，所汲取的有功功率称空载损耗P，即指当以Io0a 额定频率的额定电压施加于一个绕组的端子上，其余各绕组开路时所汲取的有功功率。忽略空载运行状态下的施电线绕组的电阻损耗时又称铁损。因此，空载损耗主要决定于铁心材质的单位损耗。 2.2.5阻抗电压和负载损耗 双绕组变压器当一个绕组短接(一般为二次侧)另一绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压U，多绕组变压器则有任意一对绕组组合的U。通常阻抗电压以额定电压zz 百分比表示 UZ 式(2.9) U%,，100%ZUN (且应折算到参考温度) 一个绕组短接(一般为二次)。另一绕组流通额定电流时所汲取的有功功率称为负载损耗P. 负载损耗,最大一对绕组的电阻损耗，附加损耗附R 加损耗包括绕组温度损耗，并绕导线的环流损耗，结构损耗和引线损耗，其中电阻损耗也称为铜耗，负载损耗也要折算到参考温度。 4 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 整流变压器 3 整流变压器 3.1 整流变压器及其结构 整流变压器属于交流变压器的一种。交流分为整流、逆变和变频三种。整流是由交流电变成直流电，其变压器称为整流变压器。逆变是由直流电变为交流电，其装置称为逆变器。变频是专门改变交流电频率的，其装置称为变频器。其中整流的用途最为广泛。整流变压器是整流元件的电源变压器，与整流元件一起把交流电变为直流电。 整流变压器的总体结构形式很多， ?按整流电路形式分类 1)三相桥式整流变压器结构 2)双反星形带平衡电抗器的整流变压器结构 3)双反星形三相五柱式整流变压器结构 ?按调压方式分类 1)无励磁调压整流变压器结构 2)有载调压整流变压器结构 这其中又有: a.单器身变磁通调压结构 b.调变加主变结构 c.串变调压结构 ?按器身安装方式分类 1)器身连箱盖结构 2)钟罩式结构 这其中又分成: a.钟罩式 b.半钟罩式 c.三节钟罩式 ?按冷却方式分类可分为自冷，风冷、强油水冷或风冷以及强油导向冷却。 ?按用途分类，整流变压器分为冶金、化工和牵引用三大类。它们在调压方式、调压范围和二次侧相电压上有所区别，共同特点是二次电压低、电流大。为了提高整流效率，二次侧的相数一般不少于3相，有时采用6相、12相或者加移相线圈或更多相数如72相。 此外，变压器还可分为主调共箱式和主调分箱式以及内附饱和电抗器、平衡电抗器和外附饱和电抗器、平衡电抗器等结构。 5 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 整流变压器 3.2 整流变压器特点和用途 整流变压器的一次侧接交流电网，称为网侧;二次侧接硅整流器，称为阀侧。整流变压器特点: ?电流波形不是正弦波。由于整流器各臂在同一周期内轮流导通，流经整流臂的电流波形为断续的近似矩形波，所以整流变压器各相绕组中的电流波形也不是正弦波。用晶闸管整流时，触发延迟角越大，则电流的起伏陡度越大，电流中谐波成分也越大，谐波成分将使涡流损耗增大。变压器各相二次绕组中的电流含有直流分量。这种现象带来一系列影响，如变压器漏磁通和附加损耗相应增大，漏抗电压降增加，整流元件阳极电流产生重叠，致使整流变压器视在功率总比直流输出功率大，除桥式电路外，二次侧的视在功率也比一次侧的大。 整流回路输出的直流电压，不是纯的直流，其波形在某种程度上是脉动的。带有交流成分，显然相数越多，直流电压的脉动就越小。一般实际应用的整流线路相数最多不超过12相，为了减小直流电压的脉动，在整流回路中串联着滤波电抗器及并联电容器，这样可以使整流后的电压接近纯的直流。 在三相整流电路中，二次绕组的利用系数，三相半波的K=0.67;而六相半波的2 K=0.55，都不高，所以工业用的整流变压器均采用三相桥式和双Y带平衡电抗器的整2 流线路。 所有的整流变压器实际上都有漏抗存在，在整流过程中，当某一阳极整流完毕后而换另一个阳极整流时，阳极电流的变化不会突变，而是一个阳极电流慢慢减弱，另一个阳极电流慢慢增强，因而产生了两个阳极同时整流即所谓重叠现象。有重叠现象存在时，一、二次电流以及整流后的直流电压等的数值都要引起变化。 ?变压器利用系数的高低与其联结方式直接有关。根据整流装置的要求，整流变压器的二次侧有多种方式的联结。但为了提高变压器利用系数，应尽量采用三相桥式和双反星形带平衡电抗器的整流线路。 ?变压器的阻抗要足够大。整流变压器往往二次电流较大，电压较低。因此，当整流元件击穿时，变压器绕组中就会流过很大的短路电流产生比普通变压器大得多的电动力。为了有效地限制短路电流，变压器的阻抗要设计得大一些，其绕组和铁心等结构的机械强度也要相应加强。这就是整流变压器外形较为胖的原因。 ?整流变压器的电气性能、空载损耗、负载损耗等电气参数，目前还没有统一的规定，设计或订货时，可参照同容量电力变压器的参数。 ?整流变压器阀侧有多种特殊的接法。采用晶闸管时，单相的常采用单相桥式整流电路;三相电压较低(整流电压?250V)的常采用双反星形带或不带平衡电抗器6相半波整流电路;三相电压较高的采用三相桥式整流电路。但对于输出功率在40kVA以下的中小功率硅整流设备，宜采用三相桥式整流电路。三相桥式整流电路还可以形 6 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 整流变压器 成6相、12相、以至于48相及以上的整流电路。各种不同整流变压器的用途和特点见 表3.1。 表3.1 整流变压器的用途和特点 用 途 特 点 1.低电压、大电流、阀侧电流可达100kA，直流电压 不超过1000V，单台容量可达数万kVA 2.电解负载是连续恒定的，为了保持电解槽电流恒电化(电解)用制取金属，电解食定，必须用有载调压(如铝电解若不用饱和电抗器作盐以制取氯、碱，电解水以制取氢细调时，每天调压100次以上)，有时还用饱和电抗器等，也用于石墨化电炉 作细调和稳流，少数也有采用晶闸管调压的。调压范 围较大。如食盐水电解约为60%,105%，铝电解约为 10%,105%。 1.基本结构型式与电力变压器相同，采用无励磁调 压，调压范围为?5% 牵 2.负载变化很大，经常有不同程度的短期过载，所以 用于矿山、城市电机车的直流连续额负载下的温升限值应取得低，电流密度也低 供电 3.阀侧接架空线，短路故障机会较多，变压器的阻抗引 要求大 1.变压器用于单相整流电路，网侧电压为线电压 2.大幅度有载调压;也有用晶闸管调压 用 用于电气化铁道电力机车 3.变压器的外形尺寸要适于装在电力机车上 4.二次绕组有两个以上，供给电动机的电枢、励磁和 其他 传动用(用于直流电动机供电，例1.阀侧有时要求有两个绕组，分别供给正、反向传动如供给轧钢电动机) 或正向传动、反向制动 2.晶闸管调压 直流输电用的换流变压器 1.高电压、大容量 2.对地绝缘高压交直流叠加 电镀和电加工用 1.电压低、电流大 2.一般为晶闸管调压 同步电机励磁 1.强励磁时要求能短期过载 2.晶闸管调压 蓄电池充电 1.小容量做成单相，此时在反电动势的作用下，因导 通角减小，绕组电流有效值加大 2.由饱和调压器调压 串级调速(逆变) 经常在逆变方式下运行 静电除尘 高电压、小电流，与高压试验变压器相仿 7 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 3 整流变压器 3.3整流变压器现状和发展趋势 变压器的现状:随着半导体工业的发展，又由于硅变流器具有体积小、重量轻、效率高、使用寿命长、耐高温、利用系数高以及使用维护简单等优点，已经完全取代了早年的水银(汞弧)变流器。SL7-30,1600/10系列和S7-30,1600/10系列的配电 -30,1600/10系列电力变压器已被列入国家淘汰的机电产品，推荐更新的产品为S9 变压器。在电力变压器发展的同时，整流变压器也相应的提升了一个高度。 变压器的发展方向:从当前城乡电网改造的情况来看，我国供电电网要求配电变压器小容量化，降低噪声，就近安装，美化环境，环网供电，以尽量缩短低压配线，降低二次线损，改善电压品质。 我国的变压器制造业和使用总的发展趋势是: ? 采用新材料，降低损耗。 ? 采用新结构，以求重量轻、体积小。 ? 提高产品的可靠性，减少甚至免维修。 防火防爆，安全供电。 ? ? 节约原材料，降低成本。 ? 针对我国目前电网用电峰谷进一步加大的现状，要提高配电变压器的过载能 力，要求其具有较强的超铭牌运行能力。 ? 研究科学的效率曲线，尽可能按高效运行的原则合理选用。 ? 跟踪国际潮流，进一步简化配电变压器的结构，取消无功励磁，分接开关做 到高度的通用化、标准化、互换化，增加自身的保护功能。 见于变压器的现状和发展趋势，一些新技术、新材料、新工艺的应用也层出不穷。目前变压器行业的新材料和新技术在不断发展，除低损耗变压器、非晶和金铁心变压器、干式变压器、全密封变压器、调容量变压器、防雷变压器、卷铁心变压器、R型变压器、单相变压器、有载调压变压器、组合式变压器、箱式变压器外还有硅油变压器、六氟化硫变压器、超导变压器等。 新材料的应用:非晶和金和速冷法制成的硅钢片，激光照射和机械压痕的高导磁取向硅钢片，HI-B高导磁取向电工钢片，菱格上胶绝缘纸。 新工艺的应用:阶梯叠铁心工艺，圆柱矩轭铁心的应用，贴心自动叠装生产线，铁心硅钢片的专业生产，用激光刀作切割刀，绕组整体套装。 改进技术的应用:采用椭圆形绕组，采用半油道结构，解决直流电阻不平衡率问题，不同硅钢片搭配使用的性能变化，一种新的D联结方法，配电变压器低压引线的改进，变频调速绕线机。 新技术的应用:现场装配型(ASA)变压器，向超高压、大容量变压器发展，SF6气体绝缘变压器，硅油变压器，超导变压器等。 8 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4设计材料与基本参数 4 设计材料与基本参数 4.1 设计的原始材料和要求 交交变频交流装置需要一台整流变压器，其铭牌数据如下: 产品型号:ZSCB8-3600/10/1.11 额定容量:3600/4680kVA 额定电压:10?2×2.5%/1.11kV 相数: 3 限定电流:208/270;1872/2434 额定频率:50Hz 联结组别:Dy11 空载电流百分数:0.9% 阻抗电压百分数:7% 空载损耗:4900W 负载损耗:24050W 总损耗:28950W 冷却方式:空气自冷/空气风冷 使用形式:户内式 执行标准:GB/T10228 4.2 基本参数的确定 4.2.1 设计前可知的技术参数 ? 产品型号的含义。由表4.1可知型号为ZSCB8-3600/10/1.11表示与整流装置 配套使用、三相空气自冷、线圈外成型固体绝缘、无激磁调压、型式容量为 3600kVA、一次(网侧)电压为10kV、二次(阀侧)电压为1.11kV、铜线圈 内附磁放大器(饱和电抗器)的整流变压器。 ? 整流电路。根据使用要求选用，如单相桥式、三相星形桥式、六相角星形串 联桥式等。 ? 额定直流电流IdN。在此额定直流电流IdN=1872A。 ? 额定直流电压UdN。在此额定直流电压UdN=1110V。 ? 一次(网侧)额定容量S1N、二次(阀侧)额定容量S2N、调压时各级容量S1。 ? 一次(网侧)额定电压U1eN以及分接电压。在此一次额定电压U1N=10kV，分 接电压为10?0.5%kV。 ? 二次(阀侧)额定相电压U2N。 ? 阻抗电压百分比数UK%。在此阻抗电压百分比UK%=7%。 ? 线圈连接组标号。在此线圈连接组标号是:DY-11。 ? 相数(一次/二次)。在此的相数为3/3。 ? 电源频率f。在此电源频率f=50Hz。 ? 负载性质:如电阻性、电感性、电容性。 ? 负载等级。 9 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4设计材料与基本参数 表4.1 整流变压器基本型号排列顺序表 序号 分类 类别 代表符号 1 用途 与整流装置配套使用 Z 2 一次(网侧) 单相 D 相数 三相 S 3 线圈外 变压器油 — 绝缘介质 空气 G 成型固体 C 4 自冷 — 冷却方式 风冷 F 强迫油循环风冷 PF 强迫油循环水冷 SP 5 无激磁调压或不调压 — 一次(网侧)线圈有载调压 Z 调压方式 内附的自耦调压变压器或 T 串联调压变压器有载调压 6 线圈导线材质 铜 — 铝 L 7 内附附属装置 内附平衡电抗器 K 内附磁放大器(饱和电抗器) B ? 调压方式:如无励磁调压或有载调压。在此调压方式为无励磁调压。 ? 冷却方式:如干式、油浸自冷式、强迫油循环水冷等。在此冷却方式为空气自 冷。 ? 使用条件:如户内式、户外式、半户外式(二次出线装有密封罩)。在此其使 用条件是户内式。 4.2.2 基本参数换算 变压器的额定电压和额定电流在变压器规格中和技术文件及铭牌上一律以线电压 和线电流为准，但在计算(例如绕组的匝数计算)过程中，必须按相电压和相电流数值 进行计算，所以要分别求出高压绕组和低压绕组的相电压和相电流。 ?一次侧的基本参数(即高压侧，采用D联接的方式) 线电压:U=10kV 相电压:U=U=10kV 111Φ 线电流I=208A 相电流I=I/=120A 3111Φ 高压抽头处电压为(1+5%)×10=10.5kV 10 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4设计材料与基本参数 ?二次侧的基本参数(即低压侧，采用Y联接的方式) 线电压:U=110kV 相电压:U=U/=641kV 3222Φ 线电流:I=1870A 相电流:I=I2=1870A 2Φ2 低压抽头处电压为(1-5%)×10=9.5kV 4.2.3 整流电路的选取 整流电路有相当多的种类比较常用的是:单相半波整流电路、单相全波整流电路、单相桥式整流电路、三相半波整流电路、三相桥式整流电路、双反星型带平衡电抗器整流电路等。 根据上面原始数据进行选择应选择的是三相桥式整流电路。 选择三相桥式整流电路是因为三相桥式整流电路的整流电压在每个周期内，将有六个脉动波。它比三相整流时多了一倍。在整流的每一个瞬间，将有两个整流器串联工作，每一个整流器工作的时间在每一个周期占2个脉动波的时间。这样就可以使利用系数增大，故经常使用。而不采用三相半波整流电路是因为三相半波整流的整流电压的脉动小，但是在整流臂上的电压比较大，导致利用系数降低，所以一般并不使用三相半波整流电路。 4.2.4 三相桥式整流电路的基本原理 三相桥式整流电路有星型桥式和角型桥式电路。当变压器二次(阀侧)线圈接成星形时叫做三相星形桥式整流电路，其工作原理图如图4.1。 ACBABC iAiBiC 或 AiBiC i Z Dc1Dc2 整流电路 Db1Db2 Da2Da1U2 图4.1 三相桥式(星形)整流电路工作原理图 11 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4设计材料与基本参数 三相桥式整流电压的脉动很小，脉动频率是电源频率的六倍，采用的三相变压器与三相电力变压器结构基本相同。变压器利用系数较大，另外再输出同样的整流电压下，三相桥式整流电路整流臂上的反向电压较低。但整流元件比三相半波整流电路增加一倍。三相桥式整流电路是最常用的整流电路，当整流电压较高(一般大于250伏)时，以采用此种整流电路为宜。 4.2.5 空载整流电压计算 U，S,,U，S,,UdNr2 式(4.1) U,，S,,Udn0P%,U%KL1,,k, 100100 式中:U—额定直流电压。在此U=1 110V dNdN S—串联换相组数。即整流电路臂数，单拍式(中点接线)S=1;双拍式(桥式接线)S=2。 ?U2—每个整流臂的整流器电压降，一般由使用单位给出，或按下列数据估算即硅整流器，每个硅二极管的导电时间的平均正向电压降(一个周期内平均正向电压降的两倍)取?U2=1.2V(如每个整流臂由数个整流元件串联还应乘以元件串联数)汞弧整流器电弧电压降当Id?1 000A时，?U2=20V。当Id,1 000A时，?U2=25V。电焊引燃管电弧电压降?U2=15V。 ?Ur—快速熔断丝电压降，每个熔断丝取?Ur=0.2V。 Pk%—变压器短路损耗百分数。包括整流柜引线的损耗，有调压器、平衡电抗器和饱和电抗器时，还应包括它们的短路损耗。整流变压器短路损耗百分数参见表3.2。 k—考虑变压器与整流柜以及整流柜内引线的电抗的系数，一般取k=1.2~1.8。 ?U%—感抗电压降百分数，?U%=Kr.Ux%/2 ，详见表4.3，其中Kr—重叠角余LL 弦的变换系数。 表4.2 变压器短路损耗百分数(Pk%) 变压器一次?500 501~1 000 1 001~5 000 5 001~10 000 >10 000 容量S 1N 短路损耗百3% 2.5% 2% 1.5% 1% 分数P% k Ux%—变压器漏抗百分数常以阻抗电压百分数(U%)代入。 k ?Un—饱和电抗器最小电压降，按饱和电抗器设计值代入或可控硅最小滞后角(αn)所引起的电压降 ?Un=Ud0(1- Cosαn)。在饱和电抗器中，当逐渐增加直流控制电流时，使饱和电抗器铁心逐渐饱和。直流输出电压逐渐减小，用以达到在一定范围内平滑调节输出电压的目的。其调压深度一般可达到额定直流输出电压的7%,40%.在此取?Un=7%UdN=7%×1110=77.7V。 12 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 4设计材料与基本参数 U，S,,U，S,,U此时空载整流电压为: U,，S,,UP%,U%dNr21,,k,dn0100100KL 1110，2，1.2，2，0.2,，2，77.723.5 1,,1.5 100100 ,1498V 表4.3 常用多相(双拍式)整流电路电量计算表 名称 三相星形(Y)桥式 三相角形(?)桥式 变压器相数(一次/二次) 3/3 3/3 变压器连接标号(一次/二次) Y/Y或?/Y Y/?或?/? 整流电路接线图(一次/二次) Y/Y或?/Y Y/?或?/? 脉波数 p 6 6 换相数 q 3 3 串联换相组数 s 2 2 并联换相组数 g 1 1 负载性质 (电阻性) 电容性 (电阻性) 电容性 电感性 电感性 整 反向电压幅值UFm 1.047Ud0 1.047Ud0 流 阳平均值 IAp=Id/gq Id/3 Id/3 极器 幅值 IAm=KAId 1.047Id Id 电 流 有效值 IA=KAId 0.577Id 0.65Id 0.577Id 0.65Id 二相电流 整 I2=KI2Id 0.816Id 0.92Id 0.471Id 0.53Id 次 流 阀U2=Ud0/KU 相电压 Ud0/2.34= d0/2.45= d0/1.35= d0/1.414= UUU侧 变 0.427Ud0 0.408Ud0 0.74Ud0 0.707Ud0 压 -3容量 S2=mq2U2I210 1.047Pd 1.225Pd 1.047Pd 1.225Pd 器 -3一容量 S2=mq1U1I110 1.047Pd 1.225Pd 1.047Pd 1.225Pd 次相电流 I1=KI1Id/K12 0.816Id/K12 0.92Id/K12 0.471 Id/K12 0.53Id/K12 网 ?接线电流 I1l=KR1I1 1.414Id/K12 1.595Id/K12 0.816Id/K12 0.92Id/K12 侧 剩余磁式Fsc 0 0 0 0 13 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 5 主要尺寸的确定 5 主要尺寸的确定 5.1 材料的选择 硅钢片是制造变压器的关键材料之一，它的性能直接关系到变压器的性能和几何尺寸。必须首先明确硅钢片的性能，然后依次再确定铁心柱直径、截面积和铁轭面积，至于铁心的全部尺寸，待完成绕组计算后才能确定。 铁心使用的硅钢片有热轧硅钢片DR315-50、DR290-50以及冷轧硅钢片等，前者性能差，单位损耗大;后者性能好，单位损耗小，为低损耗变压器所用，低损耗变压器选用优质的晶粒取向冷轧硅钢片。 目前，热轧硅钢片在新造变压器中已不应用，但在旧变压器中仍有使用。中小型电力变压器一般采用冷轧取向硅钢片，型号30Q130~35Q165，或冷轧高导磁取向硅钢片，型号27QG100~35QG135;而配电变压器采用的硅钢片除了上述两种以外，还采用冷轧无取向硅钢片，型号有35W230~50W350。冷轧与热轧硅钢片的性能比较如表5.1。 表5.1冷轧与热轧硅钢片的性能比较 冷轧片 热轧片 磁饱和点较高，在1.89T左右 磁饱和点较低，只有1.45T左 右 在相同磁通密度及相同频率下，单位损耗小，只需较小励单位损耗大，励磁容量较大 磁容量，因为晶粒取向性好 硅钢片的材质硬度较高，使用的冲模寿命短 材质硬度低，冲剪性能好 方向性强，当磁力线的方向与硅钢片的轧制方向一致时，方向性不明显，可不做斜接缝 损耗最小;偏离轧制方向时，损耗急剧增大。为了减少变 压器的角部损耗，做成斜接缝，或采用环形铁心 机械加工中的冲剪、压毛及运输中的冲撞，极易影响其性机械加工对其性能影响不大， 能，故需退火后更为敏感 无需退火 5.2 铁心直径的选择 铁心直径选得过大时，铁重增加，而用铜(铝)量减少，变压器成矮胖形;铁心直径选得过小时，则会得到相反的结果。如果铁心直径取得合适，则在符合其性能参数(阻抗电压、负载损耗、空载电流、空载损耗等)和制造简单的情况下，可做到用铜(铝)、用铁量最少。每选取一个铁心直径，可以设计出一种符合性能参数的变压器 ，这样可以多 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 比较其用铜(铝)、铁量的多少，从中选定最佳方案。所以位选取最佳的铁心直径，一般可参照同容量、同电压等级和同材料的现成产品或按下式试算: 4D,KS 式(5.1) 柱 式中 D——铁心直径(mm);——变压器每柱容量(kVA);K——经验系数。 S柱 K值随变压器性能标准、导线材料(铜线或铝线)、铁心(冷轧或热轧硅钢片)及 14 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 5 主要尺寸的确定 变压器容量的不同而有所差异，大致参照表5.3选取。 S根据表5.2，对于冷轧硅钢片、铜线，K=56。S, (三相双绕组)柱3 S3600444，取D=330mm。查表5.3，冷轧硅钢D,KS,56，,56，,329.6mm柱332片间涂漆，叠片系数取K=0.93，可以得到净铁心截面积S=750.6cm,t铁心直径取11Dc级。 表5.2 经验系数K值表 变压器类型 S与S的关系 铜线 铝线 柱 三相双绕组 S=1/3S 冷轧硅钢片 冷轧硅钢片 柱 K=54~60 K=50~56 三相三绕组 S1/2S 柱= 单相双绕组 S=1/2S 柱热轧硅钢片 热轧硅钢片 单相三绕组 S=3/4S 柱K=58~64 K=54~60 三相自耦 S=1/2KS 柱xy 单相自耦 S=3/4KS 柱xy 注:S为变压器的额定容量(kVA)。 表5.3 铁心截面表 铁心直径夹件 夹件油铁心 绕组 最大 叠片系数 ΦD/ 内距道厚撑 0.92 0.93 级数 级宽 /mm /mm 纸筒内经条数 ΦD/ 净截面角重净截面角重2/kg /kg 积/cm 积/cm 280 22 10 8 250 455.8 185 460.7 187.8 Φ260/270 290 23 10 8 255 476.2 198 481.3 200 Φ265/275 290 21 11 8 260 494.3 209 499.7 211.6 Φ270/280 300 22 11 8 270 531.8 234 537.5 236.2 Φ280/290 310 22 11 8 280 574 261 580.2 264.3 Φ290/300 320 22 11 8 290 611.5 288 617.8 291 Φ300/310 330 23 11 10 300 653 319 659.7 322.7 Φ310/320 340 23 11 10 310 697.5 345 704.8 349 Φ320/330 350 23 11 10 320 743 388 750.6 392 Φ330/340 360 23 11 10 330 788 426 796.4 430.6 Φ340/253 15 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 6 绕组设计 6.1 每匝电压 ,2 (伏/匝) 式(6.1) e,2.22BS，10tmc 式中 B——铁心磁通密度幅值(T); m S——心柱截面积(cm2); c ,4铁心磁心磁通密度初步计算，冷轧硅钢片取(16000,175000)×T，热轧硅钢10 ,4片取(14000,14700)×T，磁通密度选择得过高，空载电流损耗增长很快，这是10 因为硅钢片有饱和现象，磁通和产生磁通的电流之间不是按线性关系变化的。 电流从零增大时，磁通密度也随之增大，当磁通密度增大到一定程度时，电流再继续增大时，磁通密度因趋饱和而增加很少，因此选项用磁通密度的上限应选在饱和点以下。对于油浸式变压器，冷轧电工钢片磁通密度最高不得超过1.89T，一般不超过1.8T。铁心直径选定后，磁通密度大小与绕组匝数成反比，而绕组匝数的二次方与阻抗电压成正比，即磁通密度与阻抗电压有关，若磁通密度值选得大，则空载损耗、空载电流也大，所以磁通密度的选取应由以后的阻抗电压、空载损耗、空载电流计算终了时最后确定，如果阻抗电压、空载损耗、空载电流等计算值超过允许范围，则要重新选取磁通密度。根据经验，初算时磁通密度。考虑到谐波等因素的影响，在整流变压器实际B,1.7Tm 设计和运用中磁通密度可以比经验值略小一些。此时 Bm ,2,2 e,2.22BS，10,2.22，1.7，750.6，10,28.33V/匝tmc U641,2核算低压匝数 。 式(6.2) N,,,22.63匝2e28.33t 取整为23匝。 匝数N必须是一个整数，而相电压又是一个定数，如计算后N不是一个整数，U22,2 将其小数点后的数值4舍5入，调整每匝电压。 et 校正每匝电压及磁通密度 U6412, 式(6.3) e,,27.87V/匝tN232 e27.87t 式(6.4) B,,,1.6737Tm,2,22.22S，102.22，750.6，10c 6.2 高低压绕组匝数确定 U1000,1高压 N，取整为359匝。 式(6.5) ,,,358.8匝1e27.87t 调压抽头匝数 10500, 式(6.6) N1,,376.7匝，取整为377匝。27.87 16 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 9500,, 式(6.7) N1,,340.9匝，取整为341匝。27.87 验算电压误差范围不得大于，即在高压绕组额定分接处为 ,0.25% 410,359，27.87 式(6.8) %,0.053%,0.25%410 高压绕组(+5%)分接处为 10500,377，27.87 式(6.9) %,0.067%,0.25%10500 高压绕组(-5%)分接处为 9500,341，27.87 式(6.10) %,0.039%,0.25%9500 当绕组匝数确定后绕组尺寸直接与电磁线规格和绕组排布等有关，同时又与阻抗电压、温升、损耗、机械力等有关。所以电磁线的选择、绕组排布都要注意满足阻抗电压等要求。一般需多次调整其线规和绕组排布，才能满足要求。它们的最终确定，应在保证阻抗电压在允许的范围内，其温升、损耗不超过标准值的前提下，做到结构合理，用料最省。 6.3 电磁线选择 I,按高低压电流大小选用标准线规。电流密度为，对于铝线一般为1.5,J,A222.4A/mm,对铜线一般为3,4.5 A/mm。但是，根据国标GB1094.5-85《变压器承受短路能力》对热稳定的规定，经计算所得的导线电流密度，不得超过表6.1所规定的数值。 表6.1电流密度的检验值 变压器阻抗电压(%) 4 4.5 6.5 允许电流密度/铝线 2.11 2.38 2.8 2(A/mm) 铜线 3.77 5 这样求得高压绕组导线截面积S 1 I1202,1 式(6.11) S,,,24mm1J512得到导线截面积后，从表3.6中查得最接近的规格的截面积。因SA,24.34mm11此，高压绕组导线为玻璃丝包扁线为SBQB 4.00×6.3系列。此时电流密度 I1202,1。 J,,,4.93A/mm1A24.341 低压绕组: I18722,2 式(6.12) S,,,499.2mm2J3.752 17 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 从表6.2中选得低压导线为5.60×15.00系列(六根并绕)，其截面积 I187222,2，电流密度 A,6，83.14,498.84mmJ,,,3.753A/mm22A498.842 表6.2导线规格 b/mm 5.00 5.30 5.60 6.00 6.30 6.70 7.10 7.50 a/mm 4.00 - - 21.54 23.14 24.34 25.94 27.54 29.14 b/mm 12.50 13.20 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 a/mm 5.60 69.14 73.06 77.54 83.14 88.74 94.34 99.94 注:此表仅为导线规格的一部分参考值。 6.4 线圈的排布和尺寸确定 6.4.1 线圈和排列 ?整流变压器的线圈形式，一般小型产品为圆筒式，中、大型产品为饼式。对带有串联变压器的有载调压方式的整流变压器，其二次线圈通常采用“8”字线圈结构 ?线圈排列:整流变压器的线圈排列(交迭式排列用的比较少)，对小型产品，它和电力变压器一样，为了考虑内线圈至铁心柱的绝缘简化，常将二次低压线圈放在内部靠近铁心柱，高压线圈放在外部，如图6.1所示: 一二一二 一二次次次次铁 调铁 次次铁 高高低低心 压心 高低心 压压压压 线 压压柱 线线线线圈 线线圈 圈 圈 圈 圈 圈 b)中型 a)小型 c)大型 图6.1 线圈排列方式 中大型整流变压器的二次电流往往很大，特别是整流电路，如双反星形带平衡电抗器整流电路的二次线圈有两组或者更多组数(支路数)，常将二次低压线圈排列在外部，一次侧线圈排列在内部。当整流变压器的调压范围较大时，常另设一个调压线圈，此调压线圈放在最里面(靠着铁心挂)，一次高压线圈(或高压基本线圈)放在中间，二次 18 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 低压线圈在最外面，这样，在调节调压线圈分接头的时候，高，低压间主空道基本不变，故对阻抗的变化影响比较小。如有些整流变压器设移相线圈的时候，此移相线圈放在一次高压基本线圈的里面。 整流变压器二次线圈在每个铁心柱都两个及以上支路时，为使二次线圈没支路对一次线圈的均对称，以达到每支路线圈对一次线圈的阻抗接近相等，这就要求二次线圈各支路必须交织或交错排列，如图6.2所示: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? a)圆筒式 c)双饼式 b)圆筒式或饼式 图6.2 二次线圈两支路的典型排列 根据设计参数的要求，在该设计中线圈的排列形式为图6.1中图b的方式。而对整流变压器二次线圈的排列形式为图6.2中的图b的方式。 6.4.2 线圈的排布 低压(内线圈)为双层层式，高压(外线圈)为多层式。 6.4.3 线圈尺寸的确定 ?高、低压绕组每层匝数 线圈的几何尺寸主要是由阻抗电压计算确定的。当频率、匝数、电流、每匝电压等确定后，电抗的大小与线圈的高度和线圈的辐向尺寸有关。这样，就有两个未知数，故不能一次就确定出线圈的几何尺寸，往往都是假设一种线圈几何尺寸进行电抗计算，以后再进行反复调整。 高压线圈曾数和每层匝数的确定，已知线圈的匝数=359，377，341匝，导线直N 1 径,4.0mm/,6.3mm，即可布置线圈的曾数和每层的匝数。线圈的曾数与每层的匝数相乘的积，应等于或略大于最大分接电压的匝数，即确定每层线圈的匝数。 高压 N,42匝，共有9层，每层42匝，即9×42=378匝。 c1 低压 ，有2层，即2×11.5=23匝。 N,11.5匝c2 ?不连端线圈在内的实高(几何高) , H,(N，1)nb，,h(不换位时) c1 , 式(6.13) H,(N，1)nb，b，,h(换位时)c1 19 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 式中 b——导线连绝缘的宽度; ——轴向绕制裕度(见表6.3) ,h , ——沿线圈轴向并饶根数。 n1 ,高压: H,(N，1)nb，,h,(42，1)，6.3，0.64,334.9mm,取整为335mm.1c1 ,低压:(一次换H,(N，1)nb，b，,h,(11.5，1)，34.65，34.65，1.0,469mm2c2 位)。 ?线圈有效高 ,, (计算阻抗电压及散热面用) 式(6.14) H,H,nb1 ,,即低压: H,H,nb,469,34.65,434.35mm222 ,,高压: H,H,nb,335,6.3,328.7mm111 表6.3 层式线圈绕制裕度表 类别 10kV线圈 35kV线圈 纸包扁线 裕度 漆包圆线 纸包圆线 漆包圆线 纸包圆线 单根绕 并饶 辐向 7%,8% 8%,10% 12%,15% 15%,18% 3%,6% 4%,7% 轴向 0,1% 2%,3% 0.5%,1.5% 2%,3% 0.5%,1.5% 0.85%,1.2% ?层数 N, 式(6.15) N,Nc ,即低压: N,2层2 ,高压:层 N,91 ?层间最大工作电压 式(6.16) U,2eNctc 低压: U,2eN,2，27.87，11.5,641Vctc22 高压: U,2eN,2，27.87，42,2341Vctc11 ?绝缘选择 用厚度为0.12 mm电缆纸绝缘，其张数按U的大小确定，由表6.4c 选取。本列低压绕组用3张0.12电缆纸，高压用6张0.12电缆纸。 表6.4 层式线圈层间绝缘 层间最大工作电压500V及5011301180123012801330138014301 /V 以下 , , , , , , , , 1300 1800 2300 2800 3300 3800 4300 4800 0.12 2 3 4 5 6 7 8 9 10 电缆纸张数 0.08 3 4 6 7 9 10 12 13 14 ?线圈幅向尺寸 a为导线计算厚度与层数乘积加上层间绝缘总厚度，再加上辐向 20 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 绕制裕度并凑成0.5的倍数。 低压: a,2，4.5，3，2，0.12，0.76,28mm2 高压分两段:内2层，外7层 a,6.3，2，6，0.12，0.68,14mm11 a,6.3，7，7，0.12，0.06,45mm12 内部层数: N,42，2,84匝11 外部层数:，(+5%分接电压) N,42，7,294匝12 ,计算电抗电压时: N,N,18,294,18,276匝1212 6.4.4 高低压间绝缘距离 高低压间绝缘距离b按电压等级确定，由表6.5得: b,9,b,10004 表6.5 高压绕组主绝缘尺寸 15 35 35 电压等级/kV ?10 ?15 绕组形式 层 式 连 续 式 联结法 或 或 YDYD YDYDYD 9 13 27 16 27 b0 2.5 3 4 3.5 4 , 1 尺 0 0 15~13 6 15~13 b1 6.5 10 8~10 6.5 8~10 b2寸 /mm 20 30 70(65) 35 65 h1 8 18 48(43) 20 50 h3 2 2 2 0 3 ,3 8 12 12 15 20 27 17 27 b4 0 2 0 2 0 3 3 3 ,4 6.4.5 绝缘半径 在计算导线重量、线圈电阻、阻抗电压、绕组散热面积和确定铁心尺寸时，都需 要绕组各部分的半径数值。线圈各部分的半径计算如 ——铁心直径 D,330mm 11——铁心半径 r,D,，330,165mm22 ,,3.5mm——低压绕组至铁心距离，是低压线圈套装裕度(包括低压纸筒厚)1 r,r，,,165，3.5,168.5mm——低压绕组内半径211 21 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 ——低压绕组外半径 r,r，a,168.5，28,196.5mm24212 1——低压绕组外部线层的外半径 r,r，a,r，a,168.5，14,182.5mm2221212122 1——低压绕组平均半径 r,r，a,r22,182.5mm2p22202 ——高低压间的绝缘距离 a,,，,,7，2,9023 1——主漏磁通道平均半径 r,r，a,196.5，4.5,201mmop2402 ——绝缘纸筒的内半径 r,r，,,196.5，7,203.5mm,242 ——高压绕组内半径 r,r，,,203.5，2,205.5mm11,3 ——高压绕组内部线层的厚度 a,14mm11 ——高压绕组内线段外半径 r,r，a,205.5，14,219.5mm121111 ——高压绕组层间的油隙 a,4mm10 1——高压绕组层间油隙的平均半径 r,r，a,219.5，2,221.5mm10p12102 ——高压绕组外线段内半径 r,r，a,219.5，4,223.5mm131210 ——高压绕组外部线层的厚度 a,45mm12 ——高压绕组的总厚度 a,a，a，a,14，4，45,63mm1111012 1——高压绕组的平均半径 r,r，a,205.5，31.5,237mm1p1112 ——高压绕组外部线层的外半径 r,r，a,223.5，45,268.5mm141312 ——高压绕组外半径 D,2r,2，268.5,537mm114 ——相间距离 b,104 ——两铁心柱间距离 M,D，b,537，10,547mm014 6.4.6 高、低压绕组的平均匝长及总长 ?内线段的平均匝长 ,3,3低压: 式(6.17) l,,(2r，a)，10,,(2，168.5，28)，10,1.146m21212 ,3,3高压: 式(6.18) l,,(2r，a)，10,,(2，205.5，14)，10,1.335m111111?外线段的平均匝长 低压:低压因没有外线层，故即是低压绕组平均匝长。 l21,3,3 高压:l,,(2r，a)，10,,(2，223.5，45)，10,1.545m 式(6.19) 121312?导线总长 22 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 低压: 式(6.20) L,lN，lN，0.5,1.146，23，0，0.5,26.858m221212222 高压: 式(6.21) L,lN，lN,1.335，2，42，1.545，7，42,566.37m111111212 ?高压额定电压处导线总长 ,,3,L,L,0.05N(2r,a)，1011114 ,3 式(6.22) ,566.37,0.05，359(2，268.5,6.3)，10, ,536.46m ?低压线圈平均匝长 L26.8682 式(6.23) l,,,1.168m2N232 ?高压线圈平均匝长 L536.461 式(6.24) l,,,1.494m1N3591 6.4.7 每相电阻 L01 r,0.02135——(铜线)c75A L01 式(6.25) r,0.0357——(铝线)c75A L26.85802r低压: (),0.02135,0.02135,0.001147,c275A499.7 L566.3701r高压: (),0.02135,0.02135,0.4968,c175A24.346.4.8 三相导线重 L26.858,2低压: D,3,A，,3，8.9，499.7，,358.3kgd2210001000 L566.37,1高压: 式(6.26) D,3,A，,3，8.9，24.34，,368kgd1110001000 33,式中 ——导线密度，铜取，铝取; 8.9kg/dm2.7kg/dm 2 A——并绕导线截面积(mm); L——每相导线总长(m)。 6.4.9包绝缘后的导线重 K2, 式(6.27) G,(1，)Gdd100 Kz式中 ——纸包绝缘重量占导线重的百分数，对于铜线可按下式计算: 100 Ktt0.2250.225222 式(6.28) ,37[，()]%,37[，()]%,2.2%100dd4.04式中 t——导线每边绝缘厚度(mm); d——裸圆线直径(mm)。 23 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 ,低压: G,(1，2.2%)G,(1，2.2%)，358.3,366.2kgd2d2 ,高压: G,(1，2.2%)G,(1，2.2%)，368,376.1kgd1d1 6.4.10 线圈电阻损耗、负载损耗计算 22低压: P,3Ir,3，1872，0.001475,8640Wr22222高压: 式(6.29) P,3Ir,3，208，0.4968,12296Wr111 负载损耗主要由高压线圈和低压线圈的电阻损耗、组成，另外还应加上涡PPPkr1r2 。这样附加损耗为 流损耗和杂散损耗。附加损耗系数K,1.05Ppk 式(6.30) P,(_P，P)，1.05,(8640，12296)，1.05,20929Wkr1r2 上式求得的负载损耗为20929W符合标准的规定。如果求得的值与标准规定值PPkk相差较大时，就要重新选用导线，使之能够满足规定的要求。欲使值降低，就要增大Pk导线截面积，其后果增加了导线重量;欲使值增大，就要减小导线截面积，结果降低Pk 了导线重量。 6.4.11 阻抗电压计算 ?计算高、低压线圈平均有效电抗高度 11,,, 式(6.31) H,(H，H)，,(43.435，32.87)，,38.15cmp1222 ?按下列不同情况计算漏磁通演化宽度和漏磁场宽度 D,, 对于没有油道 ar，a12.8，18.25，6.3，23.72r21rpp D,，ar,，0.9，20.1,74.9cm,00p33 式(6.32) ,,a，a，a,2.8，0.9，6.3,10cm201 H38.15?求出 ,,3.815,10 ?计算电抗压降: 49.6fNI,KD,,,6U%,，10(%)x,Hept 49.6，50，23，1872，0.93，1.02，74.9,% 式(6.33) 638.15，27.87，10 ,7.137% 式中 ——工频，取=50H; ffz N——额定分接时总匝数; ——额定相电流(A); I, ——每匝电压(V/匝); et K——附加电抗系数，是考虑引线电抗增大的系数，由表6.6查取; ——洛氏系数，由表6.7查取; , D——漏磁演化宽度(cm); , 24 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 6 绕组设计 , ——高、低压线圈平均有效电抗高(cm)。 Hp 低压绕组型式 层式 连续式 螺旋式 附加电抗系数K 1.02 1.02 1.05 表6.6 10,35kV级变压器附加电抗系数 表6.7 洛氏系数 H/λ 10 8 6 5 4 3.5 3 2 ρ 0.97 0.96 0.95 0.94 0.93 0.91 0.89 0.84 ?计算电阻压降: ,P20929k。 式(6.34) U%,%,%,0.581%r10S10，3600 ?计算阻抗电压: 2222。 式(6.35) U%,U%，U%%,7.137，0.581%,7.161%kxr 对于所计算的阻抗电压百分数值与原始参数间的误差在?10内，故基本符合参数性 能的要求。 25 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 7 铁心设计 7 铁心设计 7.1 铁心距离计算 7.1.1铁心窗高 式(7.1) H,H，2hw11 查表6.5得 h,351 H,H，2h,(335，2，35),405mmw11 7.1.2心柱中心距 式(7.2) M,D，b,537，10,547mm014 7.1.3 铁轭高 2 热轧 h,(1.05~1.22)S/T，10mmyc h,a(mm)冷扎ymax 式(7.3) ,350mm 式中 T——铁心总叠厚(mm); 2——铁心净截面积(cm); Sc —最大级心柱宽(mm)(见表5.3)。 amax 7.1.4 轭截面 Sy,KhT(热扎)Dy 2 式(7.4) S,S(冷扎),750.6cmyc 7.2 铁心重 ,4,4心柱重: G,3,HS，10,3，7.65，405，750.6，10,697.7kgFwcce ,4,4铁轭重: G,4,MS，10,4，7.65，547，750.6，10,1256.4kgyFe0y ,4四角重:kg(热轧);冷轧时可查表4.3，叠片系数=0.93G,2,hS，10GK,D,Feyc 时，。 G,392kg, 33式中 ——硅钢片密度，热轧时，冷轧时,,,7.55，10kg/mFeFe 33。 ,,7.65，10kg/mFe 铁心总重: G,G，G，GFecy, 式(7.5) ,697.7，1256.4，392,2346.1kg 变压器器身重: 由于该变压器的实用形式为空气自冷或空气风冷，故其变压器铁心总重就是变压器 26 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 7 铁心设计 器身的重量，即器身重量为: G身 G,G,2346.1kgFe身 7.3 磁通密度计算 7.3.1总磁通 2210102 式(7.6) ,,e，,27.87，,1255.47T,cmmt2.222.227.3.2 心柱磁通密度 ,1255.4m 式(7.7) B,,,1.6725TmcS750.6c 7.3.3 轭磁通密度 ,m B(T)(热轧),mySy 式(7.8) B,B(冷轧),1.6725Tmymc 磁通密度的选取将影响空载损耗和空载电流，若磁通密度选取过大，则空载损耗， 空载电流增大。该设计中得出的磁通密度，在实际应用中还可以根据具体实际参数相应 的稍微取较小一点的值。 7.4 单位损耗及励磁伏安 对于冷轧硅钢片: 查表7.1得: P,P,2.077w/kgcy q,q,28.04vA/kgcy B1.6725my,B,,,1.183T 式(7.9) y22 ,,,查表7.2得:。 q,q,3.83,q,0.605cyy式中 —心柱每千克铁损(W/kg); Pc —心柱每千克励磁伏安(VA/kg); qc ,2 —心柱接缝伏安(VA/cm); qc —铁轭每千克铁损(W/kg); Py —铁轭每千克励磁伏安(VA/kg); qy ,2 q—铁轭接缝伏安(VA/cm); y 1, —对应于铁心磁通密度的斜接缝伏安(VA/kg)。 qy2 27 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 7 铁心设计 表7.1 常用硅钢片的铁损和磁化容量 35Q220 磁通密度 /T 铁损 磁化容量 /(W/kg) 安匝/cm VA/kg 1.65 1.995 5.275 25.4 1.66 2.036 5.52 26.72 1.67 2.077 5.765 28.04 表7.2 常用硅钢片接缝磁化容量 磁通密度 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 0.000 0.22 0.466 0.853 1.37 1.98 2.74 3.72 0.001 0.233 0.497 0.902 1.41 2.046 2.83 3.83 0.002 0.248 0.528 0.938 1.48 2.13 2.92 3.97 0.003 0.266 0.605 0.99 1.54 2.19 3.01 4.09 7.5 铁损计算 (冷轧片) 式(7.10) P,KGP00Fec 式中 —空载损耗工艺系数，见表7.3得冷轧硅钢片=1.3 KK00 故。 P,KGP,1.3，2346.1，2.077,4140W00Fec GG,, (对热轧片) P,K(G，)P，(G，)P00ccyy22 表7.3空载损耗工艺系数K 0 铁心直径/mm ?125 130,200 205,360 K 冷35Q220 1.5 1.4 1.3 0 轧 35Z165 1.7 1.6 1.5 热轧 1.15 7.6 空载电流计算 ?励磁伏安 式(7.11) Q,Gq,2346.1，28.04,65784.6VAmFec(y) ?接缝伏安 ,, Q,4A(q，2q),4，750.6(3.83，2，0.605),14067.7VA 式(7.12) Jccy ?空载电流无功分量 Q，Q65784.6，14067.7mJ 式(7.13) I,,,,0.222%x10S10，3600 ?空载电流有功分量 P49100 式(7.14) I,,,,,,0.136,r，10S103600 ?空载电流 2222 式(7.15) I,,I，I,0.222，0.136,0.26,xr 对于所计算的空载电流百分数值与原始参数间的误差在+30以内，故符合基本参数性能的要求。 28 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 8 温升计算 8 温升计算 8.1温升的计算 整流变压器的温升计算是与电力变压器是一样的，变压器在正常运行条件、带额定负载连续运行时，处于热稳定平衡状态，各部分的温升值就是稳定温升值。其大小只决定于发热和散热情况。 线圈对油的平均温升(单位为)的数值计算式为 C: 0.6 式(8.1) ,,，,，,TqTT0.358QyQ,12 0.6其中——是用于油浸自冷式饼式绕组外绕组对油平均温升 0.358qQ ——绝缘修正值 ,T1 ——油道修正值或绕组层数修正值 ,T2 ,KINJcND71, 式(8.2) ,，(1)qKQwKl2gD 式中 ——考虑导线绝缘厚度对有效散热面的响应系数，当绝缘导线厚1.75×(裸,K7 导线厚)时，取=1，当绝缘导线厚1.75×(裸导线厚)时，取=(绝缘导线厚),KK77/[1.75×(裸导线厚)]。 ,6 ——导线电阻率。当工作温度为时，对铜线，，对,,,，,,0.022110m85:Ccc ,6铝线 ,,，,,0.036810mc ——由于垫块使冷却表面减少而引入的系数， Kzg (沿圆周垫块数)，(垫块宽)K 式(8.3) ,1,zg,Dav —— 线度截面积的周长。当连续线段间用油道和纸圈交错隔开，或单旋式线lD 圈匝间两面用宽度不同的油道隔开，其一面油道宽度,1.5mm时，=(绝lD 缘导线厚)×(并联根数)×，2×(绝缘导线宽);当连续式、双螺ND 旋式、纠结式和单螺旋式线圈的线段两面都用油道隔开，油道宽度大于或 等于4mm时， =2×(绝缘导线厚)×(并联根数)×，(绝缘导线宽)×2，其中lNDD 为线段匝数。 ND pkINJcND71, 式(8.4),，,(1)2483.6qKQwKl2gD ()()沿圆周垫块数垫块宽， 其中D为线段的平均半径 K,,1avzg,Dav K,0.652zg l,，，2()高压线圈的幅向尺寸绝缘导线厚D 29 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 8 温升计算 ,3 lm,,，7810D ,4 式(8.5) ,,,，，,:,kqC4102483.60.99Q16 式中 系数的值由表8.1得。 k6 表8.1 系数的值 k6 ,3,3,3,3导线绝缘厚度 0.610，0.7510，0.9510，1.9510， ,3,3,3,3,3 k，10 0.410，0.910，1.7510，4.910，6 dq,,，22483.6DQ 式(8.6) ,,,,,:3.2C,215501550 低压侧的温升计算: 0.6 式(8.7) ,,，,，,,,,0.41qQyQ,12 2 qWm,1448/Q 83， K,,0.739zg,，29.25 ,,33 lm,，，，,，2(21.8416.5)1076.610D ,4 ,,，，,:,41014480.58C1 1448 ,,,，,,:,3.22.98C21550 0.6<65? ,,，，,:,:,(0.4114480.622.98)28.CCQy, 由此得出的温升值，没有超出环境允许值65?，故其温升值满足其性能和实际参数 的要求。 8.2谐波电流引起的附加损耗所产生的温升 由于变压器本身的谐波含量很小，仅考虑变流器产生的谐波对变压器的影响。对 3600/10/1.11变压器由于谐波引起的损耗及发热如表8.2: 表8.2 谐波引起的损耗和温升 210.77 159.37 163.93 基波电流(A) I1 谐波含有率THDi(%) 14.4 19.89 22.16 0.1135P 0.1394P 0.0548P111谐波总损耗(W) Pn, 基波损耗P(W) 21521 12304 13019 1 22700 13701 14834 总损耗(W) P，P,1n 高压绕组温升(K) 73.93 44.36 46.76 低压绕组温升(K) 73.34 53.36 54.58 变压器负载率(%) 101.4 76.68 78.87 因此，从发热的角度来讲，变压器承受谐波电流的能力，与负载率有关。该台变压 器由足够的能力承受谐波电流引起的附加损耗及温升。 30 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 结论 结论 通这次毕业设计，使我对所学专业知识有了更加系统、全面的理解;也增强了我理论联系实际、系统分析问题、独立思考和独立工作的能力。 主要成果是根据实际参数设计出一台基本符合工程实际应用的整流变压器。分析并设计出符合参数的整流电路、电磁负荷、主要几何尺寸和各部分重量等。但在具体设计中，对电磁负荷和主要几何尺寸的确定遇到一定困难，若要在实际工程中应用,还需要进一步完善。 在整流变压器将来的发展中，一些新技术、新材料、新工艺，如全密封变压器、防雷变压器、单相变压器、超导变压器等，必将得到大力发展，进一步推动整流变压器乃至整个变压器行业的飞速发展。 31 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 参考文献 参 考 文 献 [1] 姚志松，姚磊编著.中小型变压器实用全书[M].北京:机械工业出版社，2003. [2] 将守诚编著. 整流变压器设计 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 [M].沈阳:沈阳变压器厂，1979. [3] 方大千编著. 变压器速查速算手册[M].北京:中国水利水电出版社，2004. [4] 李发海，朱东起编著.电机学[M].北京:科学出版社，2001. [5] 王兆安，黄俊编著.电力电子技术[M]，北京:机械工业出版社，2000. [6] 路长柏，朱英浩编著.电力变压器计算[M].黑龙江:黑龙江科学技术出版社,1997. [7] 刘传彝编著(电力变压器设计计算方法与实践[M](沈阳:辽宁科学技术出版社，1997. [8] 尹克宁编著(变压器设计原理[M](北京:中国电力出版社，2003. [9] 《电力变压器手册》编写组(电力变压器手册[M](沈阳:辽宁科学技术出版社，1990. [10] 《变压器》杂志编辑部(电力变压器设计计算方法[M](沈阳:辽宁科学技术出版社，1988. [11] 机械工程手册电机工程手册编辑委员会(电机工程手册(第二版)[M](北京:机械工业出版 社，1996. [12] 《电气工程师手册》第二版编辑委员会(电气工程师手册(第二版)[M](北京:机械工业出 版社，2000. [13] 路长柏，朱浩英等编著(电力变压器计算[M](哈尔滨:黑龙江科学技术出版社，1990. [14] A.T. Johns, S.K. Salman. Digital Protection for Power Systems .New York: research Study Press.1988. [15] Hammons T J, et al. Role of HVDC Transmission in Future Energy Development. IEEE Power Engineering Review, vol.20.2, Feb, 2000. [16] Miller J E. Reactive Power Control in Electric Power System. John Wiley & Sons, 1982. 32 攀枝花学院本科毕业设计(论文) 致谢 致 谢 在这次毕业设计中，感谢潘慧梅老师给我的指导，让我解决了在设计中遇到的问题。同 时对学校给我们提供良好的环境和图书馆给我们提供大量的资料表示深切的谢意。 33