【導(dǎo)讀】電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的主要設(shè)備之一。能送到用電地區(qū)，還能把電壓降低為各級(jí)使用電壓，以滿足各級(jí)用電的需求。變壓器的設(shè)計(jì)工作，關(guān)鍵在于材料的選取和變壓器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。大的銅導(dǎo)線作為線圈，降低了線圈的負(fù)載損耗；在結(jié)構(gòu)上合理安排線圈的排列，盡量使高低壓線圈間的距離沿圓周方向一致；為使導(dǎo)線不出現(xiàn)太大的渦流損耗，導(dǎo)線的繞線方式采用多根并繞。負(fù)載損耗低、滿足空載電流百分?jǐn)?shù)和阻抗電壓百分?jǐn)?shù)條件的變壓器。Keywords：Power'Stransformer，coil，core，temperature，loss

　　

【正文】 ?????? ?? 式中： yh －最大一級(jí)的片寬， mm 設(shè)鐵心級(jí)數(shù)為 n，各級(jí)片寬用 nh 表示，各級(jí)的迭厚用 nt 表示，則 ? ?? ? ?????? 11 610)(nn n nynnq hhhtkgG 式（ ） 109 GG? 式中： g－硅鋼片比重， g=； K－迭片系為數(shù)， K=。 據(jù)式 得： kgG)300320(30021)280320(28016)260320(26013)230320(23011)202120(20210)170320(17012)150320(15010)130320(1309)110320(1107 69???????????????????????????????????????????????????? ?本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 21 角重： kgGGGG O ??????? ? 鐵心重硅鋼總重量： kgGGGG OYcFO 376042021761864 ??????? 空載損耗 Po 的計(jì)算 空載損耗 Po的計(jì)算按磁通密度 B=16300高斯，查得每公斤硅鋼片的損耗為 wP＝ W/kg。 WGPkp FOwo ??????? 式中： K－系數(shù)，冷軋硅鋼片采用全 斜迭片 ，并經(jīng)過退火處理， K 取 。 空載損耗的誤差為 % 46005062 ??? ， 符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。 空載電流 %OI 的計(jì)算 空載電流 0I 是以額定電流的百分?jǐn)?shù)表示的，它由兩部分組成。 %%% 22120 oo III ?? 式（ ） 式中 %1OI －有功分量占額定電流的百分?jǐn)?shù) %1 2 4 0 0 0105 0 6 210%1???? eOO SPI %2OI －空載電流無功分量占額定電流的百分?jǐn)?shù) eciFOcoO S AcgGgKI 10%2 ????? = % OK — 附加系數(shù)，冷軋鋼片取 ； eg — 單位鐵重磁功率， VA/kg； jg — 接縫單位面積激磁功率， 2/mmVA C— 接縫數(shù)。（與鐵心疊積結(jié)構(gòu)有關(guān)， C=6） 據(jù)式 得： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 22 %%%%%%2222120????? oo III 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 ％，大于標(biāo)準(zhǔn)值 ％，而空載電流允許偏差 為 ? 20％， 所以是合格的。 渦流百分?jǐn)?shù) WK 的計(jì)算 渦流損耗的計(jì)算，首先要算出渦流損耗占短路損耗的百分?jǐn)?shù) WK ： ① 高壓線圈渦流損耗百分?jǐn)?shù) WK 的計(jì)算 %)800 (10 )(102727????????????XxW HAanmfKK 式中： K－系 數(shù)，由材料和溫度而定，銅導(dǎo)線 75℃時(shí)，取 ； m－垂直于漏磁場(chǎng)方向的導(dǎo)線根數(shù)； n－平行于漏磁場(chǎng)方向的導(dǎo)線要數(shù)和； a－垂直于漏磁場(chǎng)方向裸導(dǎo)線寬度， mm； Ax單根導(dǎo)線截面積， 2mm ； Hx－線圈有效電抗高度， mm。 ② 低壓線圈渦流損耗百分?jǐn)?shù) Kw的計(jì)算 %)800 (10 27 ???????wK 線圈對(duì)油溫升的計(jì)算 線圈對(duì)油的溫升計(jì)算，首先要算出線圈表面熱負(fù)荷，即線圈單位表面積所負(fù)擔(dān)的損耗。一般連續(xù)式線圈的熱負(fù)荷計(jì) 算，是以一個(gè)負(fù)荷最大的線餅計(jì)算的，按下式計(jì)算 )/)(1001( 245 22 mWKLK KWIKq x ?? ????? 式（ ） 式中： I－線餅中流過的電流， A； K1－系數(shù)，與導(dǎo)線的導(dǎo)電率有關(guān)，銅導(dǎo)線時(shí)取 ； ? －線餅中的電流密度， 2/mmA ； W－線餅中匝數(shù)，即每段匝數(shù)，如 有分?jǐn)?shù)匝時(shí)應(yīng)是為 整數(shù)匝； K2－線匝絕緣校正系數(shù)，當(dāng) n1= 時(shí)， K2＝ 1，當(dāng) K1＞＝ 時(shí) aaK 12 ? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 23 a－導(dǎo)線厚度， mm； a1－導(dǎo)線帶絕緣厚度， mm； K4 －導(dǎo)線中總的附加損耗百分?jǐn)?shù)； K5－線餅的有效散熱面與線餅表面積之比 L－線餅斷面的周長(zhǎng)，（ mm），當(dāng)每個(gè)餅為 n根導(dǎo)線時(shí)，則 )ba2(nL 11 ??? 式（ ） 高壓線圈的熱負(fù)荷 77)(2)8(2 22 ??????????? banL 采用 40寬的墊塊 12個(gè) 1040121 35 ????? ?K 2/ mWq x ?? ????? ② 高壓線圈對(duì)油溫升 CTTqT yxxy ??? ????????? 8 5 11 CgpTCqkTxyxi??????????????111 式中 : 1iT? 為線圈絕緣校正溫升 1yT? 為段間油道寬度校正溫升 ③ 低壓線圈的熱負(fù)荷 63)(2)8(2 22 ??????????? banL 采用 30寬的墊塊 12個(gè) ?? ?????xyq ④ 低壓線圈對(duì)溫升 CTTqT yixyxy ??? ???????? 0 3 31 5 5 CT i ?? ??? 3 9 90 0 0 CT y ?? ??? 5020 ⑤ 線圈對(duì)空氣的溫升 本設(shè)計(jì)的變壓器為油 浸自冷方式，并且損耗較低，線圈產(chǎn)生熱量通過變壓器油介質(zhì)傳遞出來，因此 線圈對(duì)空氣的溫升是線圈對(duì)油的溫升和油對(duì)空氣平均溫升兩者之和 .為了使線圈的熱量有效地散開，要求線圈對(duì)油溫升控制在 30℃以下 ,本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 24 最好為 25℃左右 . 油箱尺寸的估計(jì) 油箱尺寸是由線圈尺寸、線圈對(duì)油箱的距離、開關(guān)、套管、引線 尺寸的布置決定的，油箱尺寸的最后確定，由布置圖來定，但在計(jì)算時(shí)也應(yīng)盡量估計(jì)準(zhǔn)確。 因?yàn)楦邏簜?cè)電壓較低，套管較小，故油箱尺寸主要有開關(guān)決定。開關(guān)是 DWJ型的單相夾片式的 ,線圈對(duì)箱壁的距離按 35KV級(jí)絕緣距離取 55mm即可 ,但考慮降低雜散損耗 ,最小取 75100 mm. 油箱的寬度 1BDB ?? 。 56428222 5 ????? RD 。 2501?B 。 8 1 42 5 02 8 22 ????B 油箱的長(zhǎng)度 mmBMDL O 1 8 1 8605 9 725 6 42 2 ???????? 油箱直線部分長(zhǎng) mmBLL 1 0 0 48 1 41 8 1 8/ ????? D=330BLM oM o 圖 油箱尺寸的估計(jì) 油箱高度 墊腳厚取 20mm,墊腳絕緣厚取 5mm,上鐵軛至油箱頂端一般為 100～ 150mm，本設(shè)計(jì)中取 110mm. 油箱高度 =墊腳厚 +墊絕緣厚 +窗高 +2 鐵軛高 +上鐵軛至油箱頂端距離 mmH mmHHHHHH deeO 182351818 1818135330*310058202 1??? ??????????? 雜散損耗計(jì)算 油箱周長(zhǎng) mmBHBL 4574)8141823(28147)(2 ???????? ?? 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 25 油箱平均半徑 mmMHBROp 3602 2)2(2???? 漏磁通在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的損耗 wRRHLfHUKKpxxnx396550)](2[)10(23432622?????????? ? 式中 :K－系數(shù) ,三相變壓器當(dāng)電抗 xU? －線匝絕緣校正系數(shù)，當(dāng) xU? %， =時(shí)，取 ，當(dāng) xU? ＞＝ %，時(shí)取 (查曲線 ) xU? －電抗壓降百分?jǐn)?shù) 。 n? － B?AC=16300?808=13170 千線 xH －線圈有效高度 。 34R －高低壓線圈空道平均半徑 mm 總損耗計(jì)算 變壓器的損耗分為兩種，其一是基本損耗包括空載損耗和線圈的電阻損耗；其二是附加損耗主要包括線圈、引線、油箱、鐵心及夾件等結(jié)構(gòu)中，由于漏磁通以及尺寸偏差等造成 的損耗。 首先算出 75℃時(shí)的負(fù)載損耗 ,因?yàn)檫@項(xiàng)損耗標(biāo)準(zhǔn)是按 75℃時(shí)規(guī)定的 .還要算出 85℃時(shí)的損耗 ,用來計(jì)算溫升 ,因?yàn)樽儔浩鞯膲勖前茨昶骄鶜馐菧?20℃計(jì)算的 ,因此線圈溫度為 65℃ +20℃ =85℃。 表 項(xiàng)目 75℃損耗 (W) 85℃損耗 (W) 高壓線圈損耗 15420 高壓渦流損耗 344% 5 4 2 0 ?? 低壓線圈負(fù)載損耗 11613 低壓渦流損耗 506% ?? 雜散損耗 4486 引線損耗 232%211613 ?? 總負(fù)載損耗 32601 3 3 6 4 40 3 2 6 0 1 ?? 空載損耗 5044 5044 總損耗 37645 38644 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 26 箱壁散熱面計(jì)算 ① 拱頂部分幾何面積 , 2m HLR 圖 38 拱頂形油箱面積計(jì)算圖 221 ????????? LRRA ? ② 下部箱壁 (如圖 38非藍(lán)色部分所示 ) 2m )()22( 39。2 ???????? HLRA ? ③ 箱壁有效散熱面 , ???? )( 213 AAA 散熱器的選擇 ① 估算油平均溫升 CTy ????? 372663 估算熱負(fù)荷按 , CqT yy ????? 2/1148 mWqy ? ② 估算總的有效散熱面 mqpAg ??? (P為 85℃時(shí)總損耗 ) ③ 散熱的器的總散熱面 234 mAAA ?????４ ④ 散熱器上下聯(lián)管中心距的選擇，根據(jù)油箱高度及散熱規(guī)格表選取上節(jié)油箱高 =1818100=1718,根據(jù) 1718mm 選中心距為 1700mm 為合適 . ⑤ 散熱器管數(shù)的選擇： 散熱器總散熱面積 ? 4A 2m 從表 8中看出 ,選擇 100根管 ,中心距為 1700mm的 1 只散熱器總散熱面為 220201 m＝? 與 ? 4A 2m 最為接近。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 27 油的溫升 油平均溫升 sT 的計(jì)算 h2h1散熱器中心線圈中心 圖 39 發(fā)熱中心與散熱中心示意圖 總 有效散熱面 ????????? AAAA 2m 熱負(fù)荷： 2/61 64 4 mWq y ?? CqT yy ????? 9 油頂層溫升 sT 計(jì)算 CCTTT Sys ??? ??????? 油頂層溫升 ,最高長(zhǎng)到 53℃ ,留有 2℃的裕度 . 式中 : ST? － 散熱中心校正值 ,此值是根據(jù) yT 和發(fā)熱的中心高 1h 與散熱的中 高 2h 比值 H而定 21 ?? hhH ，查表 9得CTS ?? ?8 。 線圈平均溫升 xT 的計(jì)算 ① 高壓線圈 CTTT yxyx ??????? 式中 : 1xyT 為高壓線圈對(duì)油溫升 。 yT 為油平均溫升 . ② 低壓線圈 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 電磁設(shè)計(jì) 28 ????? yxyx TTT ℃ 式中 2xyT 為低壓線圈對(duì)油溫升； 安匝分布 當(dāng)安匝分布不平衡時(shí)，則橫向漏磁越嚴(yán)重，渦流損耗和橫向漏抗將隨 之增加，產(chǎn)生較大的短路機(jī)械力，另外在大容量變壓器將產(chǎn)生局部過熱。因此，安匝平衡在計(jì)算上有重要意義，可能是絕對(duì)平衡是不肯能的，但在計(jì)算上可以使安匝分布做到比較平衡，來滿足機(jī)械 XXX度方面的要求。