毕业设计----供电电力变压器的选择

毕业 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 ----供电电力变压器的选择 (供电电力变压器的选择) 第1章 三相电力变压器的相关知识 1.1 变压器的基本工作原理及运行原理 1.1.1变压器的基本工作原理 变压器是利用电磁感应原理工作的，其主要部件是铁心和绕组。两个互相绝缘且匝数不同的绕组分别套装在铁心上，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系，其中接电源的绕组称为一次绕组(曾称为原绕组、初级绕组)用于接负载的绕组称为二次绕组(曾称为副绕组、次级绕组)。 一次绕组加上交流电压u后，绕组中便有电流i通过，在铁心中产生与u同111 频率的变磁通Φ，根据电磁感应原理，将分别在两个绕组中感应出电动势e和e。 12 ,Φ e,,N11,t ,Φ e,,N22,t 式中，负号表示感应电动势总是阻碍磁通的变化。若把负载接在二次绕组上， ei则在电动势的作用下，有电流流过负载，实现了电能的传递。由上式可知，22 uu一、二次绕组感应电动势的大小(近似于各自的电压及)与绕组匝数成正12 比，故只要改变一、二次绕组的匝数，就可达到改变电压的目的，这就是变压器的基本工作原理。 1.1.2变压器的用途 变压器最主要的用途是在输、配电技术领域。目前世界各国使用的电能基本上均是由各类(火力、水力、核能等)发电站发出的三相交流电能，发电站一般均建在能源地，江、海边或远离城市的地区，因此，它所发出的电能在向用户输送 P,3UIcos的过程中，通常需要很长的输电线。根据，在输送功率和负载的P功率因数cos一定时，输电线路上的电压U越高，则流过输电线路中的电流I, 就越小。这不仅仅可以减小输电线的截面积，节约导体材料，同时还可减小输电线路的功率损耗。 变压器是输、配电系统中不可缺少的重要电气设备，从发电厂发出的电能升压变压器升压，输送到用户区后，再经降压变压器降压供电给用户，中间要经过4~7次变压器的升降压。根据最近的资料显示，1KW的发电设备需5~6KV.A变压器容量与之配套，由此可见，在电力系统中变压器是容量最大的电气设备。电能在传输过程中会有能量的损耗，主要是输电线路的损耗及变压器的损耗，它占整个供电容量的5%~9%。这是一个相当可观的数字。例如我国2009年发电设备的总装机容量约为9亿千瓦，则输电线路及变压器损耗的部分约为4500~8100万千瓦，它相当于目前我国30~50个装机容量最大的火力发电站的总和(我国三峡 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 总装机容量为1820万千瓦)。在这个能量损耗中，变压器的损耗最大，约占60%左右，因此变压器效率的高低成为输配电系统中一个突出的问题。目前大批量生产的是S9低损耗节能变压器，并要求逐步淘汰原来在使用中的旧型号变 1 压器，据初步估算采用低损耗变压器所需要的投资费用可在4~5年时间内从节约的电费中收回。 变压器除用于改变电压外，还可用来改变阻抗以及产生脉冲等。 1.1.3单相变压器的运行原理 1、变压器的空载运行 变压器一次绕组接额定交流电压，而二次绕组开 路，即的工作方式称为变压器的空载运行，如I,02 图所示。 由于变压器在交流电源上工作，因此通过变压器 中的电压、电流、磁通及电动势的大小及方向均随时 间在不断地变化，为了正确地表示它们之间的相位关 系，必须首先 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 它们的参考方向，或称为正方向。 参考方向在原则上可以任意规定，但是参考方向 的规定方法不同，由楞次定律可以知道，同一电磁过 程所列出的方程式，其正、负号也将不同。为了同一 起见，习惯上都按照“电工惯例”来规定参考方向: (1) 在同一支路中，电压的参考方向与电流的参考方向一致。 (2) 磁通的参考方向与电流的参考方向之间符合右手螺旋定则。 e(3) 由交变磁通Φ产生的感应电动势，其参考方向与产生该磁通的电 e与它的磁通Φ之间符合右手螺旋流参考方向一致(即感应电动势 定则时为正方向)。 理想变压器:当主磁通Φ 同时穿过一次及二次绕组时，分别在其中产生 ee感应电动势和， (V) E,4.44fNΦ 11m12 (V) E,4.44fNΦ 22m NN式中，为交变磁通的最大值，Wb;为一次绕组匝数;为二次绕组匝数;Φm12f为交流电的频率，HZ。 由以上两式可得: EN11 = EN22 U如略去一次绕组中的阻抗不计，则外加电源电压与一次绕组中的感应电动1 EU,EUEE势可近似看做相等，即，而与的参考方向正好相反，即电动势111111 U与外加电压相平衡。 1 UE 在空载情况下，由于二次绕组开路，故端电压与电动势相等，即22U,E。 22 因此 U,E,4.44fNΦ 111m (1-1) U,E,4.44fNΦ 222m (1-2) 2 NUE111及 ? = ,K,K(1-3) uNUE222 K式中，称为变压器的变压比，简称变比，也可用来表示，它是变压器最重Ku 要的参数之一。 由式(1-3)可见:变压器一、二次绕组的电压与一、二次绕组的匝数成正 比，也即变压器有变换电压的作用。 由式(1-1)可见:对某台变压器而言，f及,均为常数，因此当加在变压1器上的交流电压有效值,恒定时，则变压器铁心中的磁通Φ基本上保持不变。1m这个恒磁通的概念很重要，在以后的分析中经常会用到。 2、变压器的负载运行 当变压器二次绕组接上负载后，在E的作用下，二2 次绕组流过负载电流I2 ，并产生去磁磁通势N2 I2 ，为 保持铁心中的磁通Φ基本不变，一次绕组中的电流由 I0增加为 I1 ，磁通势变为N1I1，以抵消二次绕组电流产 生的磁通势的影响，由此可得磁通势平衡方程式为 由于I0 很小，可以忽略，因此可得 变压器一次、二次绕组中的电流与一次、二次绕组匝数成反比，即变压器也有变换电流的作用。 IUN211变压器的最基本公式为 , ? ? ，由式可见变压器的高压KUNI212 绕组匝数多，而通过的电流小，因此绕组所用的导线细;反之低压绕组匝数少， 通过的电流大，所用的导线粗。 1.2 三相电力变压器的结构 现代的电力系统都采用三相制供电， 因而广泛采用三相变压器来实现电压的转 换。三相变压器可以由三台同容量的单相 变压器组成，按需要将一次绕组或二次绕 组分别接成星形或三角形连结。在三相电 力变压器中，目前使用最广的是油浸式电 力变压器，它主要由铁心、绕组、油箱和 冷却装置等部件组成，其外形图如图所示。 1.2.1、铁心 铁心是三相变压器的磁路部分，与单 相变压器一样，它也是由0.3~0.35mm厚 的硅钢片叠压(或卷制)而成，20世纪70年代以前生产的电力变压器铁心采用 3 热轧硅钢片，其主要缺点是变压器体积大，损耗大，效率低。20世纪80年代起生产的新型电力变压器铁心均用高磁导率、低损耗的冷轧晶粒取向硅钢片制作，以降低其损耗，提高变压器的效率，以S7及S9为代表产品。 叠片式铁心的主要缺点是铁心的剪冲及叠装工艺比较复杂，不仅给制造而且给修理带来许多麻烦，同时，由于接缝的存在也增加了变压器的空载损耗。随着制造技术的不断成熟，像单相变压器一样，采用卷制式铁心结构的三相电力变压器已在500KV?A以下容量中被采用，其优点是体积小、损耗低、噪声小、价格低，极有推广前途。 变压器铁心的最新发展趋势是采用铁基、铁镍基、钴基等非晶态材料代替硅钢。我国已生产SH11系列非晶合金电力变压器，它具有体积小、效益高、节能等优点，极有发展前途。 1.2.2、绕组 绕组是三相电力变压器的电路部分。一般用绝缘纸包的扁铝线或扁铜线绕成，绕组的结构型式与单相变压器一样由同心式绕组和交叠式绕组。当前新型的绕组结构为箔式绕组电力变压器，绕组用铝箔或铜箔氧化技术和特殊工艺绕制，使变压器整体性能得到较大的提高，我国已开始批量生产。 1.2.3、油箱和冷却装置 由于三相变压器主要用于电力系统进行电能的传输，因此其容量都比较大，电压也比较高。为了增加散热面积，一般在油箱四周加装散热装置，老型号电力变压器采用在油箱四周加焊扁形散热油管，新型电力变压器以采用片式散热器散热为多，容量大于10000KV?A的电力变压器，采用风吹冷却或强迫油循环冷却装置。 1.2.4、保护装置 1、气体继电器 在油箱和储油柜之间的连接管中装有气体继电器，当变压器发生故障时，内部绝缘物汽化，使气体继电器动作，发出信号或使开关跳闸。 2、防爆管(安全气道) 装在油箱顶部，若变压器发生故障，使油箱内压力剧增时，油流冲破酚醛纸板，以免造成变压器箱体爆裂。 1.2.5、铭牌 在每台电力变压器的油箱上都有一块铭牌，标志其型号和主要参数，作为正确使用变压器时的依据。 1.3 三相电力变压器的运行特性 要正确、合理地使用变压器，必须了解变压器在运行时的主要特性及性能指标。变压器在运行时的主要特性有外特性与效率特性，而表征变压器运行性能的主要指标则有电压变化率和效率，效率特性在第二节中已叙述，这里仅介绍变压器的外特性。 1.3.1、变压器的外特性 UU变压器空载运行时，若一次绕组电压不变，则二次绕组电压也是不变12的。变压器加上负载之后，随着负载电流I的增加，I在二次绕组内部的阻抗压22 U降也会增加，使二次绕组输出的电压随之发生变化。另一方面，由于一次绕2 II组电流I1随增加，因此增加时，使一次绕组漏阻抗上的压降也增加，一次22 4 绕组电动和二次绕组电动势E2也会有所下降，这也会影响二次绕组的输出电E1 压。变压器的外特性是用来描述输出电压随负载电流的变化而变化的情UUI222况。 当一次绕组电压和负载的功率因数U1 cos一定时，二次绕组电压与负载电流U,I222 的关系，称为变压器的外特性。它可以通过实 验求得，功率因数不同时的几条外特性曲线绘 于图五中，可以看出，当cos=1时，随,UI222 的增加而下降得并不多;当cos降低时，即,2 随增加而下降的程度加在感性负载时，UI22 大，当cos为负值时，即在容性负载时，会随的增加而提高。以上叙述,UI222表明，负载的功率因数对三相电力变压器外特性的影响是很大的。 一般情况下，三相电力变压器的负载大多数是感性负载，因而当负载增加 时，输出电压总是下降的，其下降的程度常用电压变化率来描述。当三相电U2 力变压器从空载到额定负载(=)运行时，二次绕组输出电压的变化值?与IIU2N2 空载电压(额定电压) 之比的百分值就称为三相电力变压器的电压变化率，U2N U,U2N2用,来表示。,U%,，100% ,UU2N 式中，为变压器空载时二次绕组的电压(称为额定电压);为二次绕组输出UU2N2额定电流时的电压。 电压变化率反映了供电电压的稳定性，是三相电力变压器的一个重要性能指 标。,越小，说明三相电力变压器二次绕组输出的电压越稳定，因此要求变,U 压器的,越小越好。常用的三相电力变压器从空载到满载，电压变化率约为,U 3,,5,。 5 第2章 东院的负荷统计及负荷计算 2.1 东院的负荷统计 2.1.1、实训区 实训楼104教室 每台负载情况 设备名称 数 型号 频率 功率 电流 电压 相数 量 普通车床 20 C6120 50HZ 5.5KW 10A 380V 3 C618型机7 C618 50HZ 5KW 9A 380V 3 床 内圆磨床 1 / 50HZ 5KW 9A 380V 3 万能工具铣1 X8140 50HZ 5KW 8A 380V 3 床 单柱铣床 1 X1540 50HZ 7KW 14A 380V 3 普通机床 6 CW6136A 50HZ 4KW 8A 380V 3 风扇 33 / 50HZ 100W / 220V / 电灯 33 / 50HZ 40W / 220V / 实训楼106教室 设备数量 每台负载情况 名称 型号 额定额定频额定电电流 最大加工 功率 率 压 范围 方正1 DK7763 15KW 50HZ 380V / 630×数控800mm 机床 2 DK7740 15KW 50HZ 380V / 500× 400mm 电火3 CTW320TA 14KW 50HZ 380V / / 花线3 CTW400TA 切割 机床 线切1 / 13KW 50~60HZ 380V 3.5KVA / 割控 制柜 电火2 D7140P 14KW 50HZ 380V 60A / 花线1 DK7725e 6 切割 机床 风扇 12 / 100W 50HZ 220V / / 电灯 12 / 40W 50HZ 220V / / 实训楼107教室 设备名称 数量 每台负载情况(功率) 风扇 12 100W 电灯 12 40W 实训楼115教室 设备名称 数量 型号 功率(W) 电灯 20 40W / 风扇 9 100W / 数控系统维修 4 RS-SY2-802D 实训楼116教室 设备名称 数量 型号 额定电压 额定电流 功率 电灯 20 220V / 40W / 风扇 9 220V / 100W / 高压开关柜 12 GG-1A-55 10KV 150A 30KW 整流变压器 1 380V / 25KW / 电脑 1 220V / 350W / 硅整流设备 1 GKA22-100380V 7.44A 30KW /220 机车用三相1 JD313 390V 110A 60KW 异步电动机 实训楼117教室 7 设备名称 数量 功率 额定扭矩 风扇 18 100W / 电灯 70 40W / CKA系列平床身4 主轴电机7.5KW / 数控车床 VDL立式加工车4 主轴电机7.5KW 30N.m 床 实训楼3楼教室 教室名称 设备名称 数量 功率(W) 302 风扇 6 100 电灯 38 40 303 风扇 6 100 电灯 38 40 304 风扇 13 100 304 电灯 38 40 307 风扇 6 100 电灯 38 40 312 风扇 6 100 电灯 20 40 316 风扇 2 100 电灯 9 40 321 风扇 4 100 电灯 12 40 322 风扇 10 100 电灯 28 40 8 323 风扇 8 100 电灯 24 40 实训楼306教室 每台负载情况 设备名称 数量 型号 功率 电流 电压 三相异步104 A025834 120W 0.47A 380V 电动机 电扇 6 / 100W / 220V 电灯 38 / 40W / 220V 实训楼317、318、319教室 教室名设备名数量 型号 频率 功率 电源 电流 称 称 317 空调 3 格力空50HZ 1300W 380V / 318 调 319 电灯 36 / 50HZ 40W 220V / 电脑 150 I07T21 50~60HZ 80~384100~2400.8~1.6 W V A 实训楼4楼 教室名称 设备名称 数量 功率(W) 风扇 4 100 408 电灯 32 40 风扇 2 100 416 电灯 9 40 风扇 6 100 421 电灯 24 40 风扇 6 100 422 电灯 16 40 9 风扇 6 100 423 电灯 20 40 风扇 6 100 412 电灯 27 40 实训楼4楼 教室名称 设备名称 数量 额定功率 频率 额定电压 电灯 30 40W 50HZ 220V 403 电脑 24 350W 50~60HZ 220V 风扇 20 100W 50HZ 220V 404 电灯 30 40W 50HZ 220V 电脑 8 350W 50~60HZ 220V 风扇 20 100W 50HZ 220V 401 电灯 30 40W 50HZ 220V 电脑 48 350W 50~60HZ 220V 418 风扇 6 100W 50HZ 220V 电灯 16 40W 50HZ 220V 418 电脑 50 350W 50~60HZ 220V 空调 1 1300W 50HZ 380V 风扇 6 100W 50HZ 220V 电灯 16 40W 50HZ 220V 419 电脑 50 350W 50~60HZ 220V 空调 1 1300W 50HZ 220V 电灯 12 40W 50HZ 220V 风扇 6 100W 50HZ 220V 420 电脑 35 350W 50~60HZ 220V 实训楼406教室 10 设备名称 数量 每台负载情况 型号 频率 功率 电流 电压 直流发电1 Z2-31 50HZ 1.4KW 0.697A 230V 机 三相异步1 Y112M-4 50HZ 4KW 8.8A 380V 电动机 立式车床 3 C5112B 50HZ 24KW 70A 380V 龙门刨床 1 B2012A 50HZ 23KW / 380V 龙门铣床 1 X2012C 50HZ 23.5KW / 380V 风扇 6 / 50HZ 100W / 220V 电灯 36 / 50HZ 40W / 220V 实训楼407教室 设备名称 数量 型号 功率 频率 电压 电流 工业运动6 ZAMS2000 25KW 50HZ 380V / 综合控制 装置 单相异步1 YY7112 0.37KW 50HZ 220V 2.5A 电动机 风扇 6 / 100W 50HZ 220V / 电灯 36 / 40W 50HZ 220V / 实训楼409教室 设备名称 数量 型号 功率 频率 电压 风扇 4 / 100W 50HZ 220V 电灯 24 / 40W 50HZ 220V 电视机 12 R2116AE 70W 50HZ 220V 实训楼516教室 11 设备名称 数量 功率 频率 额定电压 风扇 12 100W 50HZ 220V 电灯 20 40W 50HZ 220V 电脑 3 350W 50HZ 380V 实训楼501、503、504、512、513教室 教室名称 设备名称 数量 功率 频率 风扇 8 100W 50HZ 501 电灯 28 40W 50HZ 风扇 8 100W 50HZ 503 电灯 28 40W 50HZ 风扇 6 100W 50HZ 504 电灯 30 40W 50HZ 风扇 6 100W 50HZ 512 电灯 38 40W 50HZ 513 风扇 4 100W 50HZ 513 电灯 30 40W 50HZ 2.1.2、教学区 设备名称 数量 功率 电灯 378 40W 风扇 84 100W 2.1.3、办公区 12 教学楼办公区 设备名称 数量 功率 频率 额定电压 风扇 22 100W 50HZ 220V 电灯 98 40W 50HZ 220V 空调 3 1300W 50HZ 220V 电脑 15 350W 50~60HZ 220V 饮水机 3 300W 50HZ 220V 打印机 3 31W 50HZ 220V 实训楼办公区 设备名称 数量 功率 频率 额定电压 风扇 26 100W 50HZ 220V 电灯 42 40W 50HZ 220V 空调 8 1300W 50HZ 220V 电脑 16 350W 50~60HZ 220V 饮水机 8 300W 50HZ 220V 打印机 8 31W 50HZ 220V 2.1.4、宿舍区 设备名称 数量 功率 频率 额定电压 风扇 796 100W 50HZ 220V 电灯 1382 40W 50HZ 220V 2.1.5、其他生活区 13 设备名称 数量 功率 频率 额定电压 电灯 35 40W 50HZ 220V 风扇 21 100W 50HZ 220V 电视机 2 70W 50HZ 220V 电脑 3 350W 50HZ 220V 2.1.6、室外用电负荷 设备名称 数量 功率 频率 额定电压 路灯 10 250W 50HZ 220V 2.2 东院的负荷计算 2.2.1、负荷计算的基本概念 电气负荷是供配电设计所依据的基本资料，通常，电气负荷是随时变动的。 (1)负荷计算的目的是确定设计各阶段中选择和校验供配电系统及其各个元件所需的各项负荷数据，即计算负荷。 (2)计算负荷是一个假想的，在一定时间间隔中的持续负荷;它在该时间间隔中产生的特定效应与实际变动负荷的效应相等。 2.2.2、负荷计算的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 平均负荷:(1)年平均负荷用于计算电能年消耗量;最大负荷班平均负荷用于计算最大负荷。 (2)平均负荷宜由用电设备的电能消耗量除以相应的时间间隔求得，也可由设备功率乘以利用系数算出。 2.2.3、负荷计算的基本方法 1、负荷计算法应有可信的理论与实践基础，有可靠的一套实用数据。 2、常用的负荷计算方法有需要系数法、利用系数法和单位指标法。 3、需要系数法:算法的基础是负荷曲线，特点是逐级乘系数。步骤是设备功率先乘以需要系数，再逐级乘上同时系数，求得计算负荷。 4、设备功率的确定 进行负荷计算时，应将用电设备按其性质分为不同的用电设备组，然后确定设备功率。 5、单台用电设备的设备功率 (1)连续工作制电动机的设备功率等于额定功率。 (2)电焊机的设备功率是将额定功率容量换算到负载持续率ε为100%时的有 14 功功率 Sr——电焊机的额定容量; cos,——功率因数。 (3)白炽灯和卤钨灯的设备功率为灯泡额定功率，气体放电灯的设备功率为灯管额定功率加镇流器的功率损耗(荧光灯采用普通型电感镇流器加25%，采用节能型电感镇流器加15%~18%，采用电子镇流器加10%，金属卤化物灯、高压钠灯、荧光高压汞灯用普通电感镇流器时加14%~16%，用节能型电感镇流器时加9%~10%) 2.2.4、用需要系数法求东院的计算负荷 用电设备组的计算负荷: 有功功率Pc Pc=KxPe (KW) Kx:需要系数;Pe用电设备组的设备功率 无功功率Qc Qc=Pctan, (kvar) tan,:用电设备组功率因数相对应的正切值 视在功率Sc Sc= 计算电流Ic Ic= Ur:用电设备额定电压(线电压) 1、实训区 15 2、教学区 3、办公区 4、宿舍区 5、其他生活区 16 6、室外用电负荷 2.2.5、东院用电实际负荷估算 1、需要负荷或最大负荷估算(6月~7月或12月~1月期间上班或上课期间的负 荷估算)。 2、其他月份上课时间的负荷估算 3、假期的负荷估算 17 第3章 新校区供电电力变压器的使用 3.1 学院南院的负荷估算 3.2 新校区供电负荷的估算 学院东院及南院现共用两台三相电力变压器，每台均为S7-1000/10三相电力变压器，基本上可满足需要。 3.3 新校区供电电力变压器型号及使用 3.3.1、选用原则: 在分析三相电力变压器性能价格比的基础上，尽量采用我国目前生产的低损耗节能型三相电力变压器。 3.3.2、三相电力变压器型号的选择 1、我国生产的三相电力变压器 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 沿革 “十一五”规划中，建设节约型社会是党中央国务院的重大方针政策，而贯彻“三相配电变压器能效限定值及节能评估值”国家标准，加速现有电网中老的配电变压器更新换代的节能潜力巨大、社会效益显著，是实施建设节约型社会的有效途径。 变压器在整个电力系统中是一种应用广泛的电气设备，一般来说，从发电、供电一直到用电，需要经过3~5次的变压过程，其自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗。由于变压器台数多、总容量大，所以在广义电力系统(包括发、供、用电)运行中，变压器总的电能耗损占总的发电量的10%左右，其中配电变压器损耗率要高。按2007年我国供用电水平计算，意味着全年变压器总的电能损耗为2400KW?h以上，相当于3个中等用电量省份的用电量之和。我国变压器电能损耗大，是因为我国的城乡电网中和企业电网中老的高能耗变压器数量之大。 按变压器技术参数水平进行分析，可把建国以来的各类型变压器划分为四代产品: 1、第一代:热轧硅钢片变压器 18 20世纪50—60年代生产SJ、SJ1型的产品，1964年国家标准生产JB500(又称64型);这些产品的铁心材料都是热轧硅钢片，当然其性能参数都是落后的，因此热轧硅钢片变压器是属于技术落后、损耗大应淘汰的老旧变压器。 2、第二代:冷轧硅钢片变压器 第二代变压器产品出现在20世纪70年代中期，变压器铁心材料由热轧硅钢片改为冷轧晶粒取向硅钢片，这是铁心材料的一个突破，大大降低了变压器的空载损耗。所以第二代变压器的出现，在当时是降低变压器损耗的一次飞跃。型号有:SJ3、SJ5、S3、S5。1973年国家标准生产JB1300。 3、第三代:低损耗节能型变压器 第三代变压器产品是20世纪80年代中期出现的低损耗节能型变压器。低损耗节能型变压器的出现是变压器产品技术进步的第二次飞跃。其原因是变压器设计者在保证原产品安全性能指标的基础上，从降低损耗技术参数上大做文章，改变了变压器产品结构，提高了产品的电气性能。变压器空载损耗下降率为38%~46%，变压器负载损耗下降率为25%~32%。其型号:GB/T6451—1986,S7、S9、S9-M、S10-M;20世纪90年代末期，S11立体三角形卷铁心变压器。 4、第四代:非晶态变压器 第四代变压器产品是近年来才出现的(20世纪90年代末期)非晶态变压器。非晶态变压器在我国处于起步阶段。非晶态变压器产品的出现是变压器产品技术进步的第三次飞跃。非晶态变压器空载损耗较S7系列下降80%，负载损耗下降50%。 非金合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料，它采用国际先进的超级冷技术，这种合金具有许多独特性能特点，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度、高强度、高电阻率等。非金合金变压器的价格约为同容量S9变压器的1?3~1?5倍，与S9型变压器的价格比接近1?3:1后，价差能够在五年内收回，从第六年起，可享受非金合金变压器超低损耗所带来的效益。 5、超导变压器 最近我国又自主研发了非金合金铁心、高温超导三相630KVA电力变压器，并于2005年末挂网运行，它将两种新材料非金合金与高温超导材料同时应用于变压器，由于采用了高温超导材料，负载损耗仅相当于同容量S9型变压器国家标准规定值的4.5%，我国10%配电变压器将改用非晶材料，届时非金材料的年需求量约高达7万吨。 3.3.3、国产低损耗节能型三相电力变压器主要技术参照对照 S7三相电力变压器主要技术参数 型号 容量空载损耗负载损耗空载电流% 阻抗电压% KV?A W W S7-30/10 30 150 800 2.8 4 S7-50/10 50 190 1150 2.6 4 S7-63/10 63 220 1400 2.5 4 S7-80/10 80 270 1650 2.4 4 S7-100/10 100 320 2000 2.3 4 S7-125/10 125 370 2450 2.2 4 19 S7-160/10 160 460 2850 2.1 4 S7-200/10 200 540 3400 2.1 4 S7-250/10 250 640 4000 2.0 4 S7-315/10 315 760 4800 2.0 4 S7-400/10 400 920 5800 1.9 4 S7-500/10 500 1080 6900 1.9 4 S7-630/10 630 1300 8100 1.8 4.5 S7-800/10 800 1540 9900 1.5 4.5 S7-1000/10 1000 1800 11500 1.2 4.5 S7-1250/10 1250 2200 13800 1.2 4.5 S7-1600/10 1600 2550 16500 1.1 4.5 S9、S9-M三相电力变压器主要技术参数 型号 容量空载损耗负载损耗空载电流% 阻抗电压% KV?A KW KW S9-M-100/10 100 0.29 1.5 1.6 4 S9-M-200/10 200 0.48 2.6 1.3 4 S9-M-250/10 250 0.56 3.05 1.2 4 S9-M-315/10 315 0.67 3.6 1.1 4 S9-M-400/10 400 0.8 4.3 1.0 4 S9-M-500/10 500 0.96 5.1 1.0 4 S9-M-630/10 630 1.15 6.9 0.9 4.5 S9-M-800/10 800 1.4 7.5 0.8 4.5 S9-M-1000/10 1000 1.65 9.8 0.7 4.5 S9-M-1250/10 1250 1.95 11.7 0.6 4.5 S9-M-1600/10 1600 2.4 14.5 0.6 4.5 S11三相电力变压器主要技术参数 型号 容量空载损耗负载损耗空载电流% 阻抗电压% KV?A KW KW S11-100/10 100 0.2 1.5 1.6 4 S11-200/10 200 0.34 2.6 1.3 4 S11-250/10 250 0.4 3.05 1.2 4 20 S11-315/10 315 0.48 3.65 1.1 4 S11-400/10 400 0.57 4.3 1.0 4 S11-500/10 500 0.68 5.15 1.0 4 S11-630/10 630 0.81 6.2 1.0 4.5 S11-800/10 800 0.98 7.5 0.8 4.5 S11-1000/10 1000 1.15 10.3 0.7 4.5 S11-1250/10 1250 1.36 12 0.6 4.5 S11-1600/10 1600 1.64 14.5 0.6 4.5 S10-M三相电力变压器主要技术参数 型号 容量空载损耗负载损耗空载电流% 阻抗电压% KV?A KW KW S10-M-250/10 250 450 3050 1.2 4 S10-M-315/10 315 550 3600 1.1 4 S10-M-400/10 400 660 4300 1.0 4 S10-M-500/10 500 760 5100 1.0 44.5 S10-M-630/10 630 910 6760 0.9 4.5 S10-M-800/10 800 1080 8230 0.8 4.5 S10-M-1000/10 1000 1260 9600 0.7 4.5 S10-M-1250/10 1250 1540 11460 0.6 4.5 S10-M-1600/10 1600 1870 13720 0.6 4.5 S10-M-2000/10 2000 2250 16500 0.6 5.5 S10-M-2500/10 2500 3400 19000 0.6 5.5 SH12-M三相电力变压器主要技术参数 型号 容量空载损耗负载损耗空载电阻抗电 KV?A KW KW 流% 压% SH12-M-100/10 100 0.075 1.50 0.9 4 SH12-M-125/10 125 0.085 1.80 0.8 4 SH12-M-160/10 160 0.10 2.20 0.7 4 SH12-M-200/10 200 0.12 2.60 0.6 4 21 SH12-M-250/10 250 0.14 3.05 0.6 4 SH12-M-315/10 315 0.17 3.65 0.5 4 SH12-M-400/10 400 0.20 4.30 0.5 4 SH12-M-500/10 500 0.24 5.10 0.4 4 SH12-M-630/10 630 0.30 6.20 0.4 4.5 SH12-M-800/10 800 0.35 7.50 0.4 4.5 SH12-M-1000/10 1000 0.42 10.30 0.3 4.5 SH12-M-1250/10 1250 0.49 12.8 0.3 4.5 SH12-M-1600/10 1600 0.60 14.50 0.3 4.5 3.3.4、新校区供电变压器的型号选择 建议可选用S11三相卷铁心全密封电力变压器或S9-M全密封三相电力变压器，其经济性能分析，可通过下例粗略计算看出: 几种不同型号三相电力变压器的技术参数 型号 容量KVA 空载损耗P0 负载损耗PK SJ1 1600 5300W 20500W S9-M 1600 2400W 14500W S11-M 1600 1640W 14500W SH12 1600 600W 14500W 例如:用SJ1-1600型及用S11-M-1600型三相电力变压器在额定负载下运行一年，每天工作24小时，求S11-M型可节省多少电能，按0.7元/度电价计算，有功电能的电费可节省多少, 解:SJ1-1600总损耗ΔP=P0+PK=5300=20500=25800W=25.8KW S11-M-1600总损耗ΔP=P0+PK=1640+14500=16140W=16.14KW SJ1运行1年的总有功损耗电能W=ΔP?T=25.8×8760=226008KW?h S11-M运行1年的总有功损耗电能W=ΔP?T=16.14×8760=141386KW?h S11-M比SJ1运行一年节约电能226008,141386=84622KW?h S11-M比SJ1运行一年节约电费84622×0.7=59235元 总结:用高效节能型三相电力变压器S11-M(或S9-M)来取代用热轧硅钢片的SJ1三相电力变压器节能效果十分明显，通常所需的新增投资费用在3年左右时间内即可收回，在整个变压器寿命期间可节约的电费支出约为整个投资费用的 22 3~4倍，并有利于绿色环保。因此我国强行规定从20世纪80年代末期起新生产及新上网的必须是高效节能型三相电力变压器。 3.4 新校区供电电力变压器的容量选择 3.4.1、选用原则 应尽量使三相电力变压器在经济运行区内运行，此时变压器的损耗最小，最合乎节电及节约费用的原则。 3.4.2、三相电力变压器的功率损耗及效率(双绕组变压器) 1、有功损耗:ΔP=Pfe+Pcu α、Pfe:不变损耗(空载损耗P0) b、Pcu:铜损耗(负载损耗Pk) β:负载系数 Po:空载损耗(铁损耗) Pk:额定负载时的铜损耗 I2:变压器二次侧输出电流 I2n:变压器二次侧额定输出电流 S:变压器输出视在功率 S2n:变压器输出额定视在功率 P2=S?cos,=β?Sn?cos, P2:变压器输出有功功率; cos,:变压器功率因数 3.4.3、无功功率损耗 变压器是一个感性无功负载，在变压器传输功率的过程中，其本身不仅存在有功功率损耗，也有无功功率损耗，但对于学校用户而言，主要以节省有功电量为主，即可以只按有功经济运行进行优化，即只按减少有功功率损耗来进行选择。 3.4.4、变压器的效率 可见变压器的效率?随负载系数β[β=I(负载系数)/IN(额定负载电流)]变化而变化。由上式还可以看出:变压器的效率还决定于铁损耗Po，铜损(额定)Pk和负载电流I的大小。当负载电流很小时，铜损很小，此时铁损(不变损耗)是决定效率的主要因素，此时若负载电流增加，总损耗增大不多，而输出功率却随电流成正比增加，故效率随负载电流而增大，当负载电流较大时，铜损耗成为总损耗的主要部分，它正比于电流平方，而输出功率只与电流的一次方成正比，故负载电流继续增加时，效率将逐步下降，变压器效率η与负载系数β的关系曲线即效率特性曲线。 最大效率可将上式对β求导数得出，即 ，可得 即不变损耗等于可变损耗时，变压器效率最高。式中 为变压器效率最高时的负载系 23 数 。 3.4.5、三相电力变压器的经济运行 1(对三相变压器经济运行误区的剖析 长期以来，由于传统理伦观念(使用热轧硅钢片的变压器分析计算)的影响，发.供.用电单位在变压器经济运行中较普遍地存在着误把浪费当节约的陈旧观念和习惯做法,也就是说在变压器经济运行领域中存在着较多的误区。其中主要误 大容量变压器运行;误认为一台区有:误认为小容量变压器接近满载后则应改用 变压器接近满载时才应两台变压器并列运行;误认为变压器效率最高点时的负载率为75%左右(或50%左右);误认为变压器负载率低于30%是“大马拉小车”;误认为两台相同容量变压器一台运行一台设备时，可随机选择运行方式。 下面利用变压器经济运行理论，即变压器效率最高时的负载系数 和我国制订的“工矿企业电力变压器经济运行导则”GB/T13462-1992所给出的变压器“大车拉小车”的判定式，即临界负载系数 ，对变压器的经济运行误区进行分析，并追溯历史，找出产生误区的原因，走出误区，正确选用变压器。 2(追溯历史 运用20世纪30年代的两台不同容量(560KVA.1000KVA)的变压器，如下表: Sn/KVA Po/KW Pk/KW I0%(%) Uk%(%) 560 5.2 9.4 6 4.5 1000 9.5 16.8 6 4.5 根据表中技术参数，按上面公式进行计算可得 对560KV?A变压器而言，当变压器实际负载为560×βjp=560×0.744=417KV?A时变压器效率最高。 对1000KV?A变压器而言，当变压器实际负载为1000×βjp=1000×0.752=752KV?A 560KVA变压器与1000KVA变压器的“大马拉小车”的临界负载系数分别为βlp=0.554. βlp=0.566 由上计算结果得知:(1).变压器最高效率点的负载率是75%左右;(2).当变压器负载率为30%时，其损耗率是额定负载时的1.39倍，因此，确定变压器负载率30%是“大马拉小车”。 结论对当时变压器经济运行总结是完全正确的。 3(产生误区的原因 随着技术的进步，变压器制造水平不断提高，变压器技术参数发生了变化，变压器的铁损P0与铜损PK都在降低。但从20世纪30年代到50年代，P0与PK降低速度很慢。 进入到20世纪60年代，由于变压器的铁心材料硅钢片由热轧变成冷轧，近年来又出现非晶态的铁心，因此变压器铁损降低速度很快，降低率达到95%左右，同时铜损降低了65%左右。因此对变压器经济运行方式的选取，也发生了跃变， 24 也就是说从前对变压器经济运行所得出的科学结论不适用于现代变压器经济运行。这是产生该误区的原因，对此可选用实例做分析和计算。下面选用20世纪70年代的S7型.80年代末和90年代初的S9型及新世纪非晶态的500KVA与1000KVA变压器参数进行分析与计算。其变压器技术参数如表: S7.S9.SH12变压器技术参数 型号 Sn/KVA Po/KW Pk/KW Io%(%) Uk%(%) 500 2.05 8.2 5 4.5 S7 1000 3.5 14 5 4.5 500 1.08 6.9 1.4 4.5 S9 1000 1.7 10.4 0.7 4.5 500 0.27 3.78 0.18 4.5 SH12 1000 0.42 5.7 0.11 4.5 ?500KVA及1000KVA变压器的经济负载系数分别为: 500KVA:βjp=0.5(S7). βjp=0.396(S9) . βjp=0.267(SH12) 1000KVA:βjp=0.5(S7) . βjp=0.404(S9) . βjp=0.271(SH12) ?三种不同型号.容量为1000KVA的变压器“大车拉小车”的临界负载系数分别为 βlp=0.25(S7). βlp=0.163(S9). βlp=0.073(SH12) 对以上计算结果进行分析可以得出以下几点结论: ?小容量500KVA变压器半载左右就应投入大容量1000KVA变压器运行。如S7型500KVA变压器负载率刚过半载—56%时就应将1000KVA变压器运行，其负载率仅为28%;如S9型500KVA变压器在40%负载率时就应将1000KVA变压器运行，其负载率仅为20%;如SH12型500KVA变压器在轻载28%负载率时就应将1000KVA变压器投入运行，其负载率仅为14%。 ?一台1000KVA变压器半载左右时，就应投入两台1000KVA变压器运行。 ?变压器经济运行负载系数—效率最高点的负载率在27%~50%之间。 ?变压器“大马拉小车”的临界负载系数为0.07~0.25。 通过以上的分析与计算，充分说明，由于变压器制造技术发生了很大变化，其铜铁损耗之比(Pk:Po)发生了巨大变化。20世纪30年代铜铁损耗比为1.77:1，S7型为4:1，S9型为6.1:1，SH12型为13.6:1。因此变压器经济运行方式必然发生巨大变化，现在如果仍然按以往前热轧硅钢片变压器的结论安排运行，将成为变压器经济运行的巨大误区。 3.4.6(优选三相电力变压器的经济容量 变电站(所)结构中的变压器按经济运行理论对台数与容量进行优越，虽然 25 一次性投资增多，但节电效果非常显著，多花的投资短期内很快收回。并且还提高了变电所的安全供电可靠性，提高供电能力和供电质量，经济效益显著，创建“安全优质经济型变电站(所)。 长期以来，在变电站(所)的设计中，强调了安全运行而忽视了经济运行，以一次性投资最小为原则，因此，仅根据最大负载选择变压器容量与台数，其结果不仅造成变电站(所)损耗过大，而且安全可靠性与供电能力也有所降低。对此如按变电站(所)的变压器经济运行容量与台数进行选择，把变压器容量增大与台数适当增多，虽然一次性投资有所增加，但是显著地降低了变电站(所)的电能损耗，而且也提高了变电站(所)供电的安全可靠性，提高了供电能力和供电质量，经济效益显著。 变电站(所)结构的科学发展观是:在时间上既要考虑近期供电负载对变电站(所)结构的需求，更要预测长期负载(供电设备寿命期内)对变电站(所)结构的需求;在空间上既要考虑本企业构建变电站(所)的经济效益，更要考虑构建变电站(所)的社会效益;在水平上运用科技创新构建成国际一流的安全经济优质型变电站(所)，不仅使我国变电站(所)运行中的安全、经济、质量指标缩小与发达国家的差距，而且达到国际先进水平，创建国际一流的电力企业。 按变电站(所)结构的优化理论比原变电站(所)结构(常规设计)选取变压器容量要增大、台数要增多，因此变电站(所)中变压器和供电线路的容量比显著增大(增大1倍左右)，运行方式增多，负载调整功能增强，这就促成了变电站(所)运行中供电设备负载率显著下降，从而提高供电能力和安全供电可靠性，减少电压损耗，提高供电质量，大大降低电网损耗。从此可见，构建“安全、优质、经济型变电站(所)”，虽然一次性投资有所增多，但由于节电降耗幅度大，因此对企业和社会都产生显著经济效益。 在电网改扩中对新型变压器容量的选择，不仅应考虑到变压器容量的利用率来满足安全供电的需求，同时更应考虑到变压器运行效率，按经济运行来选取变压器容量，来降低变压器的电能损耗。在设计中按变压器容量利用率和按经济容量时，其结果不一致的。一般来说，按变压器经济容量来选择容量比按变压器利用率来选取容量要大一些。增大了变压器一次性投资，但是运行中减少变压器的无功消耗和有功损耗，也就相应地减少了电容器的投资和节约了变压器的运行费用，由此计算出变压器容量增大所增加投资的回收年限，并计算出企业节电经济效益和节电的社会效益，择优选取变压器经济容量。 由于变压器容量的增大，降低了变电站的负载率，提高了供电能力与安全供电可靠性，减少了电压损耗，提高了供电质量。 (1)变压器的有功功率损耗 ΔP=P0+(S/Sn) ?Pk (2)优选变压器经济容量的节电效果 a .优选变压器经济容量的功率节约 当变压器负载容量S一定时，选用大容量三相电力变压器D比选用小容量三相电力变压器X的有功功率节约ΔΔP为 ΔΔP=Pox-PoD+S?(PKX/S?NX-PKD/S?ND) b .优选变压器经济容量全年节约电能 ΔΔAP=8760ΔΔP 3.4.7(湖铁职院新校区三相电力变压器的容量选择 假设老校区负载功率P老=900KW，假设新校区负载功率P新=1400KW 26 现采用2台S9-M-1000(a)变压器供电，或用2台S9-M-1600(b)变压器供电，对供电性能进行比较。 型号 容量KVA 空载损耗(Po)W 负载损耗Pk(W) S9-M-1000 1000 1650 9800 S9-M-1600 1600 2350 14000 负载系数:(a)β= (b) β= 经济运行时负载系数(a)βjp= (b) βjp= a .1000KVA损耗: ΔP= b .1600KVA损耗: ΔP= 大容量比小容量可节省 ΔΔP= 大容量比小容量全年可节约有功电能 ΔΔAP= 加上全年无功电能节约(可按有功电能相当来近似计算) 则全年综合节约电能 全年综合节约电费(0.7元/度) 元 变压器价格小容量每台97800元，两台共计195600元 变压器价格大容量每台约125000元，两台共计250000元 变压器投资增加值 250000-195600=54400元 投资回收年限 54400/17071.488=3.18年 设变压器寿命20年，则可节省电费(20-3.18)×17071.488=287142.428元 结论:(1).当学院需用负荷1600KVA时，用2台S9-M-1600KVA电力变压器供电比用2台S9-M 1000KVA并联运行供电经济效益要好得多，虽然一次性投资较大，但增加的投资通常可在2~3年内从节约的电费中回收。在整个变压器寿命期内节约的电费约为整个投资费用的10倍以上。 (2).在供电高峰期(夏季及冬季)仍可安全可靠运行。 (3).在假期可用1台变压器供电。 3.4.8、国产电力变压器的发展 1、三相油浸式电力变压器 (1)、SJ、SJ1系列，铁心用0.35mm热轧硅钢片，铁心叠片为三相交叠式结构，铁心柱及铁轭用穿孔螺钉夹紧铁心截面为多级阶梯形，绕组用酚醛漆色绝缘铜线绕成圆桶式，绕组层向及高低压绕组之间用油道撑条(绝缘纸板)绝缘。变压器油箱上用管式散热器作变压器油的散热，变压器油箱上有储油柜，保护装置采用防爆管(安全气道)。 (2)、S9、S10系列，铁心用0.25~0.3mm优质冷轧晶粒取向硅钢片，使空载电流和铁损耗大为减小，叠片用45 º全斜接缝以减小损耗，铁心夹紧用环氧无纬玻璃丝带绑扎，铁心截面为多级阶梯形，绕组层间及高低压绕组之间采用瓦楞纸绝缘，缩小截面为多级阶梯形，绕组层间及高低压绕组之间采用瓦楞纸绝缘，缩小了绝缘尺寸，又由于铁心导磁性能好，使铁心截面减小，从而使绝缘直径缩小，使变压器负载损耗减小，变压器油箱用充油式全密封结构，没有储油柜，变压器 27 油的体积变化由波纹油箱壁式膨胀式散热器的弹性作补偿，变压器在使用中免维护，使用寿命长，保护装置采用压力释放阀。 (3)、S11系列卷铁心式，分三相平面铁心及三相形铁心，目前大多用后者，它采用专门的设备绕制而成。 优点:?、铁心没有接链，可降低变压器工作时的噪音，达到静音状态，也可简化铁心夹件结构。 ?、没有接链，即没有空气隙，可以降低铁心空载损耗和空载电流。 ?、铁心四角为圆角，减小角部多余部分，节省硅钢片，工艺性好，变压器绕组通常采用铜芯绝缘导线，由专用的设备在环形铁心的心柱上绕制而成。 (4)、SH12 非金合金铁心 变压器铁心材料的最新发展趋势是用铁基、铁镍基、钴基等非晶合金带 材料代替硅钢片。由于非晶合金带有高饱和磁感应强度、低矫顽磁力、低损耗(仅为硅钢片的20,,30,)等优点，因而用非晶合金铁心制作的变压器能大幅度地降低变压器的空载电流及空载损耗(铁损耗)。 第4章 新校区主要用电设备的选择 ————三相异步电动机的选用 4.1 三相异步电动机的主要型号及技术参数 4.1.1、J、JO系列三相异步电动机 为我国20世纪50年代生产的仿苏产品，容量为0.6,125KW，由于其技术性能及指标均比较落后，现已淘汰，很少见到。 4.1.2、J2、J02系列三相异步电动机 为我国20世纪60年代自行设计的统一系列产品，性能比J、J0系列有较大的提高，采用热轧硅钢片铁心，容量为0.8~125KW，E级绝缘，目前已停止生产，但仍然在一定数量的设备上使用。 JO2系列三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 77.5 76.5 75 0.85 0.77 0.70 1.5 81 80.5 78.5 0.87 0.81 0.74 2.2 82.5 82 80.5 0.87 0.83 0.76 4 85.5 85 84 0.88 0.85 0.79 5.5 86.5 86 85 0.88 0.86 0.80 28 7.5 87.5 87 86 0.88 0.87 0.81 11 87.5 87.5 87 0.88 0.87 0.82 15 88.5 89 88 0.89 0.88 0.83 22 88.5 89.5 89 0.90 0.88 0.85 30 89.5 90 89.5 0.91 0.88 0.86 55 90 91.5 91.5 0.92 0.89 0.88 75 91 92 92 0.92 0.89 0.89 110 92 92 / 0.92 0.90 / 4.1.3、Y系列三相异步电动机 为我国20世纪80年代设计的产品，容量为0.75~315KW，铁心虽仍采用热轧硅钢片，但与J02系列相比，效率有所提高，起动转矩倍数较大，体积比同容量J02平均减小15%，重量减轻12%，采用B级绝缘，温升裕度较大，功率等级较多，Y系列电动机符合国际电工委员会标准，有利于出口设备及进口设备电动机的互换。 Y系列小型三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 73 72.1 72.5 0.84 0.76 0.7 1.5 79 79 77.7 0.85 0.79 0.74 2.2 82 81 80.5 0.86 0.82 0.74 4 85.5 84.5 84 0.87 0.82 0.77 5.5 85.5 85.5 85.3 0.88 0.84 0.78 7.5 86.2 87 86 0.88 0.85 0.78 11 87.2 88 87 0.88 0.84 0.78 15 88.2 88.5 89.5 0.88 0.85 0.81 22 89 91.5 90.2 0.89 0.86 0.83 30 90 92.2 90.2 0.89 0.87 0.85 29 55 91.4 92.6 91.6 0.89 0.88 0.87 75 91.4 92.7 92 0.89 0.88 0.87 110 91 93 92.5 0.89 0.89 0.87 4.1.4、Y2系列三相异步电动机 从20世纪90年代起，我国又设计开发了Y2系列三相异步电动机，机座中心高80~35mm，功率0.55~315KW，是在Y系列基础上更新设计的，已达到国际同期先进水平，是取代Y系列的更新换代产品。Y2系列电动机较Y系列效率高，起动转矩大，由于采用F级绝缘(用B级考核)，故温升裕度大，且噪音低，电机结构合理，体积小，质量轻，外形新颖美观，与Y系列一样，电机完全符合国际电工委员会标准。从20世纪90年代末期起，我国已开始实现从Y系列向Y2系列过度。 Y2系列小型三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 75 73 69 0.83 0.77 0.72 1.5 79 78 76 0.84 0.79 0.75 2.2 81 80 79 0.85 0.81 0.76 4 85 84 82 0.88 0.82 0.76 5.5 86 85 84 0.88 0.83 0.77 7.5 87 87 86 0.88 0.84 0.77 11 88 88 87.5 0.89 0.85 0.78 15 89 89 89 0.89 0.85 0.81 22 90.5 91 90 0.9 0.85 0.83 30 91.2 92 91.5 0.9 0.86 0.84 55 92.5 93 92.8 0.9 0.87 0.86 75 93.2 93.8 93.5 0.91 0.87 0.86 110 94 94.5 94 0.91 0.88 94 30 4.1.5、Y2-E系列高效节能型三相异步电动机 我国以前生产的J2、J02、Y、Y2等系列三相异步电动机效率总体水平较低的主要原因之一是电动机定子及转子铁心均采用0.35~0.5mm的热轧硅钢片制作，从而造成电动机铁损耗增大。为此国家将采用强制性措施，停止热轧硅钢片的生产，这样就迫使电机行业重新设计采用冷轧硅钢片制作铁心的YX系列、Y2-E系列及Y3系列新型三相异步电动机，除了铁心材料的改变以外，还采取了改进定子、转子槽的配合和风扇结构等措施，使这些新系列三相异步电动机的效率比Y及Y2系列提高了约1%~3%，达到了国际电工委员会颁布的能效标准，因此被称为“高效节能电机”。我国目前高效节能型三相异步电动机市场份额仅占约1%，今后将大批量生产及使用。 Y2-E系列小型三相异步电动机主要技术参数 效率% 功率因数 功率KW 2极 4极 6极 2极 4极 6极 0.75 77 75.5 72.5 0.83 0.77 0.71 1.5 80.5 79.5 78 0.85 0.78 0.74 2.2 82.5 82 81 0.85 0.81 0.75 4 86 86 85.5 0.9 0.82 0.76 5.5 88 87 86.5 0.9 0.83 0.77 7.5 88.5 88 88.5 0.9 0.85 0.78 11 90.5 90.5 89 0.9 0.85 0.8 15 91 91 90.5 0.9 0.85 0.81 22 91.7 92.8 92 0.9 0.86 0.83 30 92.7 93.2 93.5 0.9 0.86 0.85 55 94.7 94.5 93.8 0.9 0.87 0.86 75 94.8 94.7 / 0.91 0.87 / 110 / / / / / / 4.2 国际电工委员会有关三相异步电动机的能效标准 A级(超高效率) B级(高效率) C级(改进效率) 31 功率2极 4极 6极 2极 4极 6极 2极 4极 6极 KW 0.75 82.2 84.2 82 79 81.4 79 72 / 70 1.5 85.1 86.8 85.3 82.5 84.2 82.5 77.7 / 76 2.2 86.4 88 86.6 84.1 85.6 84 80.3 / 78.5 4 88.4 89.7 88.2 86.4 87.5 86 83.5 / 82.5 5.5 89.3 90.5 89.1 87.5 88.5 87 85 / 84 7.5 90.2 91.3 89.9 88.5 89.4 88 86.3 / 85.5 11 91.2 92.1 90.8 89.6 90.3 89 87.7 / 87 15 92 92.8 91.5 90.6 91.1 89.9 88.8 / 88 22 92.2 93.5 92.4 91.6 92 91 89.9 / 89.3 30 93.5 94 93.1 92.3 92.6 91.8 90.8 / 90.3 55 94.5 94.9 94.3 93.5 93.7 93.2 92.5 / 92 75 95 95.3 94.8 94.1 94.2 93.8 93.1 / 92.7 110 95.5 95.7 95.4 94.7 94.7 94.5 93.6 / 93.5 4.3 节能型三相异步电动机节能效果 举例:普通车床三相异步电动机P=5.5KW，4级，求满载使用1天(24小时)，Y2-E电动机比Y系列电动机可节省多少电能, 解:Y2-E系列 5.5KW 4级电动机 效率η=87% P =P/η=5.5/0.87=6.322KW 1 Y系列 5.5KW 4级电动机 效率η=85.5% P =P/η=5.5/0.855=6.433KW 1 Y2-E系列比Y系列可节省功率 6.433,6.322=0.111KW 一天(24小时)可节省电 0.111×24=2.664(度) 一天节省电费 2.664×0.7=1.86(元) 一年节省电费 1.86×365=680(元) 结论:假如学校有100台三相异步电动机，一天可以节省电费186元，一年可以节省电费66216元，学校选择Y2-E系列的三相异步电动机比选Y系列电动机一年要节约66216元，所以选择Y2-E系列要划算得多。 32 第5章 电力变压器的损耗、效率及并联运行 5.1 电力变压器的损耗及效率 变压器从电源输入的有功功率P和向负载输出的有功功率P可分别用下式12计算 P,3UIcos, 11N1N1 P,3UIcos, 22N2N2 两者之差为变压器的损耗ΔP,它包括铜损耗和铁损耗两部分，即 PPCuFe 。 ,P,P，PCuFe 5.1.1、铁损耗 PFe 变压器的铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗两部分。基本铁损耗包括铁心中的磁滞损耗和涡流损耗，它决定于铁心中的磁通密度的大小、磁通交变的频率和硅钢片的质量等。附加损耗则包括铁心叠片间因绝缘损伤而产生的局部涡流损耗、主磁通在变压器铁心以外的结构部件中引起的涡流损耗等，附加损耗约为基本损耗的15%~20%左右。 变压器的铁损耗与一次绕组上所加的电源电压大小有关，而与负载电流的大小无关。当电源电压一定时，铁心中的磁通基本不变，故铁损耗也就基本不变，因此铁损耗又称“不变损耗”。 5.1.2、铜损耗P Cu 变压器的铜损耗也分为基本铜损耗和附加铜损耗两部分。基本铜损耗是由电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗，而附加损耗是指由漏磁通产生的集肤效应使电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗。附加铜损耗约占基本铜损耗的3%~20%。在变压器中铜损耗与负载电流的平方成正比，所以铜损耗又称为“可变损耗”。 5.1.3、效率 PP 变压器的输出功率与输入功率之比称为变压器的效率η，即 21 PPP222,,，100%,，100%,，100% PP，,PP，P，P122CuFe 变压器由于没有旋转的部件，不像电机那样有机械损耗存在，因此变压器的效率一般都比较高，中、小型电力变压器效率在95%以上，大型电力变压器效率可达99%以上。 前面已经讲过降低变压器本身的损耗，提高其效率是供电系统中一个极为重要的课题，世界各国都在大力研究高效节能变压器，其主要途径:一是采用低损耗的冷轧硅钢片来制作铁心;二是减小铜损耗，如果能用超导材料来制作变压器 33 绕组，则可使其电阻为零，铜损耗也就不存在了。世界上许多国家正在致力于该项研究，目前已有330KV?A单相超导变压器问世，其体积比普通变压器要小70%左右，损耗可降低50%。 5.1.4效率特性 变压器在不同的负载电流时，输出功率IP 22 都在变化，因此变压器的效率也随负及铜损耗P,cu 载电流的变化而变化，其变化规律通常用变压器I 2 的效率特性曲线来表示，如图6-25所示，图中 I2称为负载系数。 ,,I2N 通过数学分析可知:当变压器的铁损耗等于铜 损耗时，变压器的效率最高，通常变压器的最高效 率在左右。 ,,0.4~0.5 34 35