【文章內(nèi)容簡介】 e manufacturing level of the transformer in our country, analyze the margin and development direction of transformer in our country and carry on theories analysis to each part. Then we begin to investigate how to carry out low exhaust, highefficient and lownoise to the transformer, and carry on the theories analysis to 8000KVA immerse type transformer which include the design of the iron heart project and winding project and the electromagism calculating. Finally, according to the electric voltage size and craft method, we choose the winding project, and carry on temperature increased calculation, choose the form of heat dissipation. With low cost design a transformer of high performance and draw the plotting of each engineering diagram part. KEYWORDS： Transformer, Design, Higher efficiency， Lower waster and Lower Cost 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 1 第 1 章 概述 變壓器是電機(jī)學(xué)的一個分支。它是一個靜電電氣設(shè)備，其基本理論是建立在電機(jī)專業(yè)和高壓專業(yè)之上的。電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，而它的損耗在電力系統(tǒng)中占到 20%～ 25%，其中中小型變壓器的損耗占系統(tǒng)全部變壓器的總損耗的 40%～ 50%。節(jié)約能源對實(shí)現(xiàn)國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要意義，降低能源生產(chǎn)和使用過程中的損耗是節(jié)約能源的重要任務(wù)。隨著電力 企業(yè)不斷跳高經(jīng)濟(jì)效益以及全社會對于節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境意識的提高，降低電力變壓器的損耗成為降低電網(wǎng)損耗率、節(jié)約能源的有效途徑之一，也成為電力行業(yè)發(fā)展所要解決的重要課題之一。 20世紀(jì) 50 年代以來，我國電力行業(yè)通過采用新材料和新工藝，特別是 80 年代以來，電力變壓器取得了長足的發(fā)展，從 S7 到 S9，再到新 S9， S11，箱式變壓器，干式變壓器，在我國的城鄉(xiāng)電網(wǎng)中起到了一定的節(jié)能環(huán)保作用。但在新材料的采用上，特別是在新材料的加工工藝、測試手段上，我們與國外還有一定的差距。 本課題旨在通過對電力變壓器各個部分結(jié)構(gòu)的了解， 對其參數(shù)研究，并對變壓器各部分計算的探討，試圖找到能降低電力變壓器空載損耗、負(fù)載損耗、降低噪音、節(jié)能環(huán)保的途徑。同時根據(jù)實(shí)際技術(shù)參數(shù)，設(shè)計一臺三相油浸式電力變壓器，對其鐵心方案設(shè)計和繞組方案設(shè)計以及電磁計算。根據(jù)損耗大小和國標(biāo)選擇鐵心；由電壓大小和工藝方法選擇繞組方案；并進(jìn)行電磁計算。進(jìn)行溫升計算、選擇散熱形式，并畫出變壓器各種結(jié)構(gòu)圖。 本課題著重從對各種方案的選擇上和變壓器的各類計算出發(fā)，對影響變壓器性能的各種參數(shù)進(jìn)行比較，對常用結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并具體設(shè)計 8000KVA 電力變壓器 電力變壓器性能 參數(shù)的確定 在電力變壓器在設(shè)計之前，必須明確設(shè)計技術(shù)任務(wù)書中的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。包括變壓器的容量、相數(shù)、頻率、變壓器一二次側(cè)的額定電壓、繞組接線方式和聯(lián)結(jié)組、變壓器的冷卻方式、絕緣水平、負(fù)載特點(diǎn)、安裝特點(diǎn)以及由“三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求”規(guī)定的或由用戶和制造廠共同商定的四項(xiàng)性能參數(shù)：短路阻抗、負(fù)載損耗、空載損耗和空載電流。 [1] 短路阻抗 短路阻抗包括兩個分量，即有功分量和無功分量。當(dāng)負(fù)載功率因數(shù)一定時 ,變壓器電壓調(diào)整率基本上與短路阻抗成正比，變壓器的負(fù)載損耗、成本也隨短路阻抗的增加而 增加，所以從降低成本、減少損耗這一角度出發(fā)，短路阻抗小些為好。但變壓器短路時的8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計 ） 2 穩(wěn)態(tài)電流增長倍數(shù)與短路阻抗成反比，為了限制變壓器動熱穩(wěn)定，短路阻抗大一些為好。短路阻抗的選定一般按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定來選；如有特殊要求，必須在技術(shù)任務(wù)書上注明。[1] 負(fù)載損耗 負(fù)載損耗包括基本損耗和附加損耗?；緭p耗指直流電阻損耗。降低電流密度，增加導(dǎo)線截面就可以降低直流電阻損耗。附加損耗主要時指渦流損耗和漏磁在鋼結(jié)構(gòu)件中引起的損耗。附加損耗通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用新工藝、新材料來降低?？傊蠓档透郊訐p耗必然回增加制造成本 。 [1] 負(fù)載損耗 變壓器的空載損耗主要是指磁滯損耗和渦流損耗。這兩種損耗都與硅鋼片的材質(zhì)、磁密取值有關(guān)，同時與硅鋼片的加工也有很大的關(guān)系。目前大量采用高牌號優(yōu)質(zhì)硅鋼片，利用先進(jìn)的縱、橫剪線剪切，使硅鋼片的空載損耗大幅度降低。 [1] 負(fù)載電流 變壓器在空載運(yùn)行時的電流就是空載電流?？蛰d電流包括勵磁電流和鐵損電流兩個分量，也稱為空載電流的無功分量和有功分量。其中無功分量時當(dāng)變壓器空載運(yùn)行時在鐵心中產(chǎn)生磁通的勵磁電流，而有功分量是空載運(yùn)行時在一次線圈和鐵心中產(chǎn)生有功損耗的電流。 無論 從變壓器的安全運(yùn)行還是從變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度去考慮，都希望空載電流小些。隨著鐵心結(jié)構(gòu)和制造工藝的改進(jìn)，以及硅鋼片的性能的改善，目前變壓器的空載電流已經(jīng)大大降低了。 因此，要降低變壓器的負(fù)載電流就必須選擇合適的鐵心結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)募庸すに?，同時對硅鋼片的性能也必須認(rèn)真考慮。 [1] 變壓器設(shè)計計算步驟 變壓器的電磁計算任務(wù)在于確定變壓器的電、磁負(fù)載、主要幾何尺寸、性能參數(shù)和各部分溫升以及變壓器的重量等。但最終的計算結(jié)果必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和技術(shù)任務(wù)書的要求。 在變壓器的設(shè)計中，用戶和生產(chǎn)廠家的目標(biāo)應(yīng) 該是一致的。都是要合理地制定性能參數(shù)、設(shè)計相應(yīng)的主要幾何尺寸，降低制造成本，降低能耗，提高效率。但用戶的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行與廠家的制造成本也有一定的矛盾，所以，在變壓器設(shè)計過程中也要綜合考慮多方面因素，以便選擇最佳方案。 [1][2] 設(shè)計變壓器前，首先要明確變壓器產(chǎn)品的規(guī)格 ： 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3 變壓器的型式 電力變壓器按其結(jié)構(gòu)、用途和冷卻方式可分為：單相或三相；雙繞組或三繞組；升壓、降壓、聯(lián)絡(luò)或配電變壓器；自耦變壓器；油浸自冷、油浸風(fēng)冷、強(qiáng)油風(fēng)冷或強(qiáng)油水冷。 變壓器的額定容量 三繞組 變壓器的高壓、中壓和低壓的相對容量依次排列有三種： a、 100%， 100%， 100%； b、 100%， 100%， 50%； c、 100%， 50%， 100%。 三繞組變壓器的額定容量是指三個繞組中容量最大的一個繞組的容量。 另外，對于三繞組變壓器或自耦變壓器還應(yīng)注明第三繞組的容量。 自耦變壓器第三繞組容量取決于是否帶負(fù)載，如果僅僅考慮為三次諧波電流和零序電流構(gòu)成回路，所需容量為額定容量的 1/41/3。 變壓器的額定電壓及電壓組合 高壓、中壓及低壓的額定電壓；無勵磁調(diào)壓還是 有載調(diào)壓及調(diào)壓范圍；有載調(diào)壓范圍；有載調(diào)壓應(yīng)注明是在線端調(diào)壓還是在中性點(diǎn)調(diào)壓。 變壓器繞組的聯(lián)結(jié)組標(biāo)號 電壓分接范圍及級數(shù) 變壓器的阻抗電壓 對于三繞組或自耦變壓器，還應(yīng)包括在一定容量下的高中、高低以及中低之間阻抗電壓。 變壓器的空載電流、空載損耗及負(fù)載損耗 電力變壓器的設(shè)計計算任務(wù)，就是根據(jù)這些規(guī)格，按照國家標(biāo)準(zhǔn) ～ 5— 85和有關(guān)性能標(biāo)準(zhǔn)等，確定變壓器的幾何尺寸、電磁負(fù)載和電、熱、機(jī)械方面的性能數(shù)據(jù)，以滿足安全運(yùn)行要求。 而且在一定可靠性的基礎(chǔ)上價格要便宜、制造要簡單。 變壓器設(shè)計計算應(yīng)注意的問題 設(shè)計在計算前，應(yīng)仔細(xì)審閱合同規(guī)定的詳細(xì)條款與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，尤其對非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和某些特殊要求的產(chǎn)品，應(yīng)引起足夠的重視，常見非標(biāo)準(zhǔn)及特殊要求如下： 變壓器是否在正常條件下使用，如環(huán)境溫度、海拔高度等。 1. 三繞組變壓器及自耦變壓器的容量組合。 2. 電壓組合、調(diào)壓范圍及有載調(diào)壓變壓器級電壓的選取。 3. 變壓器絕緣水平有無特殊要求（主要指高壓變壓器）。 8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計 ） 4 4. 阻抗電壓有無特殊要求（主要指高壓變壓器）。 5. 空載損耗和負(fù)載損耗之比是否有特殊要求。 [1][2] 變壓器設(shè)計計算步驟 1. 決定基本的電磁參數(shù)：決定高壓、中壓及低壓繞組的線電壓、相電壓、線電流、相電流及繞組中電流。 2. 鐵心直徑估計和繞組匝數(shù)的確定。 3. 繞組計算及主縱絕緣的確定：主要包括高、中及低壓繞組型式的選擇，繞組尺寸的計算，主、縱絕緣距離的確定，對于高電壓大容量變壓器應(yīng)進(jìn)行沖擊分布和絕緣強(qiáng)度的計算。 4. 阻抗電壓計算。 5. 繞組數(shù)據(jù)、鐵心數(shù)據(jù)及油箱尺寸的計算。 6. 損耗計算：空載損耗、負(fù)載損耗計算，而負(fù)載損耗 中主要是渦流損耗、不完全損耗及結(jié)構(gòu)損耗的分析計算。 7. 溫升計算：包括繞組對油的溫升以及不同冷卻方式的溫升計算。 8. 繞組機(jī)械力的計算。 9. 重量計算。 10. 夾件、壓板、油箱等部位機(jī)械強(qiáng)度的分析計算。 [1][2] 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 5 第 2 章 變壓器的 結(jié)構(gòu) 變壓器的分類 變壓器的分類及用途 電力變壓器： 電力系統(tǒng) 傳輸電能的升壓變壓器 /降壓變壓器 /配電變壓器等。 電爐變壓器 (專用 ) 給電爐 (如煉鋼爐 )供電。 電焊變壓器 (專用 )給電焊機(jī)供電。 整流變壓器 (專用 )： 給直流電力機(jī)車供電。 儀用變壓器：用在測量設(shè)備中。 電子變壓器：用在電子線路中。 其他分類方法 除了按以上用途分類外，變壓器還可以按相數(shù) /繞組數(shù)目 /鐵心形式 /冷卻方式等特征分類。 按相數(shù)分 ：單相 /三相 /多相等 按繞組數(shù) ：雙繞組 /自耦 /三繞組 /多繞組 鐵心形式 ：心式 /殼式 冷卻方式 ：干式 /油浸式等 ......................................................................[1][2] 變壓器的結(jié)構(gòu) 變壓器主要部件是繞組和鐵心 (器身 )。 繞組是變壓器的電路，鐵心是變壓器的磁路。二者構(gòu)成變壓器的核心即電磁部分。 除了電磁部分，還有油箱 /冷卻裝置 /絕緣套管 /調(diào)壓和保護(hù)裝置等部件。 鐵心 變壓器鐵芯是由鐵柱及上下鐵軛組成，鐵芯柱截面是外接圓內(nèi)階梯形，鐵軛截面是隨鐵芯直徑大小而不同。鐵芯是由優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向的硅鋼片疊積而成，疊 片之中設(shè)有供散熱用的油道。鐵芯柱用無緯環(huán)氧玻璃粘帶綁扎，鐵軛通過空心螺桿用夾件夾緊。鐵芯的四角沖矩形槽，內(nèi)裝方鐵與夾件相連，供拉緊夾件，吊起器身和承受線圈短路機(jī)械應(yīng)力用。上夾件焊有吊環(huán)，供吊運(yùn)變壓器器身用。強(qiáng)油導(dǎo)向的變壓器，下夾件裝有導(dǎo)油管，使冷卻器打入油箱的油大部分導(dǎo)入繞組。 所有 7或 8型產(chǎn)品鐵芯均為 45176。全斜接縫無孔結(jié)構(gòu)，芯柱用無緯環(huán)氧玻璃粘帶綁8000KVA 油浸式變壓器設(shè)計 ） 6 扎，上下鐵軛通過裝在夾件上的拉帶夾緊。上下夾件利用鐵芯兩頭的低磁鋼接板牢固地連接在一起，構(gòu)成鋼性較強(qiáng)的框架式鐵芯結(jié)構(gòu) 鐵心的 作用 鐵心是變壓器的基本部件，是變壓器的磁路和基本骨架。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)化為磁能，又把磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔?，是轉(zhuǎn)換的媒質(zhì)。 鐵心由磁導(dǎo)率很高的硅鋼片制成，硅鋼片很?。?~），且有絕緣。 鐵心的分類 鐵心常有心式、殼式疊鐵心和心式卷鐵心三中類型。 電力變壓器心式疊鐵心常有單相二柱式、單相單柱旁軛式、單相二柱旁軛式、三相三柱式、三相三柱式旁軛式等幾種。 單相二柱式 ，它有兩個鐵芯柱， 用上、下兩個鐵軛將芯柱連接起來，構(gòu)成磁路。將繞組分別套裝在兩個鐵芯柱上，這兩個鐵芯柱上 的繞組可以接成串聯(lián)，也可以接成并聯(lián)。通常將低壓繞組放在內(nèi)側(cè)，即靠近鐵芯，而把高壓繞組放在外側(cè)，即遠(yuǎn)離鐵芯，這樣便于絕緣和其它方面的要求，例如便于處理繞組的分接抽頭等 . 三相三鐵芯柱 , 它是將 A、 B、 C 三相的三個繞組分別套裝在三個鐵芯柱上，三個鐵芯柱也由上、下兩個鐵軛連接起來，構(gòu)成磁回路，繞組的布置方式也同單相一樣，將低壓繞組放在內(nèi)側(cè)，而把高壓繞組放在外側(cè)。 三相五鐵芯柱 , 它與三相三鐵芯柱相比較，在鐵芯柱的左右兩個盡頭端， 多了兩個分支鐵芯柱，它稱為旁軛，各電壓級的繞組分別按相套裝在中間三個鐵芯柱上，而旁軛 是空的鐵芯，沒有繞組，這樣就構(gòu)成了三相五鐵芯柱變壓器，也就是我們常說的三相五柱變壓器。 鐵心的截面又有三種形狀：矩形截面、多級圓形截面、多級橢圓形截面。其中多級圓形截面廣泛適用于各種變壓器。 對于疊鐵心來說，鐵心由硅鋼