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SFSZ10-31500/110電力變壓器的電磁計算本科論文.doc

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?SFSZ10-31500/110電力變壓器的電磁計算摘要本文完成了sfsz10-31500/110電力變壓器電磁計算,并且詳細的列出了計算公式和方法。該計算主要包括:變壓器鐵心的選擇及幾何尺寸的計算,變壓器線圈材料,型式選擇,高度確定,電壓電流計算及線圈幾何尺寸計算,短路阻抗計算,線圈損耗,引線損耗,雜散損耗,負載損耗計算,變壓器溫升計算,短路電動力計算,變壓器重量(總油量,器身重量,油箱重量,附件重量,運輸重量計算)等,并且將結果進行校核,得出電磁計算方案關鍵詞 電力變壓器、短路電動力計算、變壓器重量SFSZ10-31500/110 power transformer electromagnetism project calculationAbstractThis text introduced the SFSZ10-31500/110 power transform calculating and basic knowledge in project in electromagnetism primarily, than clarified the calculating and basic formula in transformer in power detailed with compute the method. Among them included choice and calculations of the transformer core, transformer coil material, pattern choice, high certain, the voltage and current computes and the coil computes, the short-circuit resistance computes, the coil exhausts, the fuse exhausts, miscellaneous spread to exhaust, load to exhaust the calculation, the transformer temperature rises the calculation, short circuit electricity the motive computes, total oil in transformer measure, total weight, conveyance the weight computes, the transformer insulates the school checkup. Synthesize the design calculation process that introduced the SFSZ10-31500/110 power transform.Keywords  power transform calculating、short circuit electricity、total weight,不要刪除行尾的分節符,此行不會被打印目錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 11.1 電力變壓器計算 11.2 電力變壓器發展 11.3 電力變壓器介紹 1第2章電力變壓器電磁計算 32.1 額定電壓、電流計算 32.1.1 線圈相電壓 32.1.2 線圈電流 42.2鐵心的確定 62.3線圈匝數的計算 62.4電壓比校核 72.5線段排列及計算 92.6 線圈絕緣半徑及導線長度計算 132.7短路阻抗計算 142.8 負載損耗計算 162.9 溫升計算 182.10 空載特性計算 212.11 短路電動力計算 222.12 變壓器重量計算 28結論 34致謝 34參考文獻 35附錄 36第1章 緒論1.1電力變壓器的計算變壓器的電磁計算方案,就是在保證滿足國家和行業以及用戶所提出的技術要求的基礎上,在符合現行工藝條件的前提下,計算出變壓器的各項主要經濟技術指標、各部分的幾何尺寸等。變壓器的電磁計算決定了變壓器的經濟特性和運行特性,因此電磁計算是變壓器生產制造的重要環節之一。1.2電力變壓器的發展我國電力變壓器制造工業,從建國以來,隨著國民經濟建設的發展,特別是隨著電力工業的大規模發展而不斷發展。電力變壓器單臺容量和安裝容量迅速增長,電壓等級也相繼提高。20世紀50年代發展110kV;60年代發展到220kV級;70年代發展到330kV;80年代已發展500kv級電力變壓器。建國前的1936年,我國只能生產單臺容量為300kVA的小型配電變壓器,到建國后50年代中期已能仿制31500kVA的電力變壓器,電壓等級已發展到110kV。60年代初我國由仿制階段過渡到自行設計和制造階段,60年代中期已發展到制造220kV、120000kVA的電力變壓器。到60年代末期,電力變壓器的容量已發展到260000kVA。70年代初期已達到生產330kV級、360000kVA電力變壓器的水平,到80年代國內最大容量為400000kVA。1995年制造出了容量為450000kVA電力變壓器,我國西北地區的輸電電壓除330kV外,2004年已達750kV。其他地區最高輸電電壓目前為500kV。系統中所用的升、降壓電力變壓器、聯絡用自耦變壓器等基本上為國產品。我國生產的變壓器2005年已超過4億kVA,除供國內使用外,還向國外出口,出口變壓器的電壓等級最高已達220kV;容量達250000kVA。在我國電力變壓器制造工業發展過程中,變壓器結構與性能均在不斷改進和提高。1.3電力變壓器介紹 電力變壓器是一種靜止的電氣設備,是用來將某一數值的交流電壓(電流)變成頻率相同的另一種或幾種數值不同的電壓(電流)的設備。當一次繞組通以交流電時,就產生交變的磁通,交變的磁通通過鐵芯導磁作用,就在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數的多少有關,即電壓大小與匝數成正比。主要作用是傳輸電能,因此,額定容量是它的主要參數。額定容量是一個表現功率的慣用值,它是表征傳輸電能的大小,以kVA或MVA表示,當對變壓器施加額定電壓時,根據它來確定在規定條件下不超過溫升限值的額定電流?,F在較為節能的電力變壓器是非晶合金鐵心配電變壓器,其最大優點是,空載損耗值特低。最終能否確??蛰d損耗值,是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產品結構布置時,除要考慮非晶合金鐵心本身不受外力的作用外,同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數。第2章 電力變壓器電磁計算方案變壓器的電磁計算方案,就是在保證滿足國家和行業以及用戶所提出的技術要求的基礎上,在符合現行工藝條件的前提下,計算出變壓器的各項主要經濟技術指標、各部分的幾何尺寸等。變壓器的電磁計算決定了變壓器的經濟特性和運行特性,因此電磁計算是變壓器生產制造的重要環節之一。本設計的技術條件本設計的基本技術條件如下,其他技術性指標均應滿足國家和行。省略部分。生了電壓。變壓器在原邊接收電能的同時也在向副邊所帶的負荷輸送電能。這就是變壓器的作用。3. 變壓器的工作原理當二次側電路開路是,即使原邊被施以正弦電壓Vp,也是沒有能量轉移的。外加電壓在一次側繞組中產生一個小電流Iθ。這個空載電流有兩項功能:(1)在鐵芯中產生電磁通,該磁通在零和φm之間做正弦變化,φm是鐵芯磁通的最大值;(2)它的一個分量說明了鐵芯中的渦流和磁滯損耗。這兩種相關的損耗被稱為鐵芯損耗。變壓器空載電流Iθ一般大約只有滿載電流的2%—5%。因為在空載時,原邊繞組中的鐵芯相當于一個很大的電抗,空載電流的相位大約將滯后于原邊電壓相位90o。顯然可見電流分量Im= I0sinθ0,被稱做勵磁電流,它在相位上滯后于原邊電壓VP 90o。就是這個分量在鐵芯中建立了磁通;因此磁通φ與Im同相。第二個分量Ie=I0sinθ0,與原邊電壓同相。這個電流分量向鐵芯提供用于損耗的電流。兩個相量的分量和代表空載電流,即I0 = Im+ Ie應注意的是空載電流是畸變和非正弦形的。這種情況是非線性鐵芯材料造成的。如果假定變壓器中沒有其他的電能損耗一次側的感應電動勢Ep和二次側的感應電壓Es可以表示出來。因為一次側繞組中的磁通會通過二次繞組,依據法拉第電磁感應定律,二次側繞組中將產生一個電動勢E,即E=NΔφ/Δt。相同的磁通會通過原邊自身,產生一個電動勢Ep。正如前文中討論到的,所產生的電壓必定滯后于磁通90o,因此,它于施加的電壓有180o的相位差。因為沒有電流流過二次側繞組,Es=Vs。一次側空載電流很小,僅為滿載電流的百分之幾。因此原邊電壓很小,并且Vp的值近乎等于Ep。原邊的電壓和它產生的磁通波形是正弦形的;因此產生電動勢Ep和Es的值是做正弦變化的。產生電壓的平均值如下Eavg = turns×即是法拉第定律在瞬時時間里的應用。它遵循Eavg = N = 4fNφm其中N是指線圈的匝數。從交流電原理可知,有效值是一個正弦波,其值為平均電壓的1.11倍;因此E = 4.44fNφm因為一次側繞組和二次側繞組的磁通相等,所以繞組中每匝的電壓也相同。因此Ep = 4.44fNpφm并且Es = 4.44fNsφm其中Np和Es是一次側繞組和二次側繞組的匝數。一次側和二次側電壓增長的比率稱做變比。用字母a來表示這個比率,如下式a = = 假設變壓器輸出電能等于其輸入電能——這個假設適用于高效率的變壓器。實際上我們是考慮一臺理想狀態下的變壓器;這意味著它沒有任何損耗。因此Pm = Pout或者VpIp × primary PF = VsIs × secondary PF這里PF代表功率因素。在上面公式中一次側和二次側的功率因素是相等的;因此VpIp = VsIs從上式我們可以得知 = ≌ ≌ a它表明端電壓比等于匝數比,換句話說,一次側和二次側電流比與匝數比成反比。匝數比可以衡量二次側電壓相對于一次惻電壓是升高或者是降低。為了計算電壓,我們需要更多數據。 終端電壓的比率變化有些根據負載和它的功率因素。實際上, 變比從標識牌數據獲得, 列出在滿載情況下原邊和副邊電壓。 當副邊電壓Vs相對于原邊電壓減小時,這個變壓器就叫做降壓變壓器。如果這個電壓是升高的,它就是一個升壓變壓器。在一個降壓變壓器中傳輸變比a遠大于1(a>1.0),同樣的,一個升壓變壓器的變比小于1(a<1.0)。當a=1時,變壓器的二次側電壓就等于起一次側電壓。這是一種特殊類型的變壓器,可被應用于當一次側和二次側需要相互絕緣以維持相同的電壓等級的狀況下。因此,我們把這種類型的變壓器稱為絕緣型變壓器。顯然,鐵芯中的電磁通形成了連接原邊和副邊的回路。在第四部分我們會了解到當變壓器帶負荷運行時一次側繞組電流是如何隨著二次側負荷電流變化而變化的。從電源側來看變壓器,其阻抗可認為等于Vp / Ip。從等式 = ≌ ≌ a中我們可知Vp = aVs并且Ip = Is/a。根據Vs和Is,可得Vp和Ip的比例是 = = 但是Vs / Is 負荷阻抗ZL,因此我們可以這樣表示Zm (primary) = a2ZL這個等式表明二次側連接的阻抗折算到電源側,其值為原來的a2倍。我們把這種折算方式稱為負載阻抗向一次側的折算。這個公式應用于變壓器的阻抗匹配。4. 有載情況下的變壓器一次側電壓和二次側電壓有著相同的極性,一般習慣上用點記號表示。如果點號同在線圈的上端,就意味著它們的極性相同。因此當二次側連接著一個負載時,在瞬間就有一個負荷電流沿著這個方向產生。換句話說,極性的標注可以表明當電流流過兩側的線圈時,線圈中的磁動勢會增加。因為二次側電壓的大小取決于鐵芯磁通大小φ0,所以很顯然當正常情況下負載電勢Es沒有變化時,二次電壓也不會有明顯的變化。當變壓器帶負荷運行時,將有電流Is流過二次側,因為Es產生的感應電動勢相當于一個電壓源。二次側電流產生的磁動勢NsIs會產生一個勵磁。這個磁通的方向在任何一個時刻都和主磁通反向。當然,這是楞次定律的體現。因此,NsIs所產生的磁動勢會使主磁通φ0減小。這意味著一次側線圈中的磁通減少,因而它的電壓Ep將會增大。感應電壓的減小將使外施電壓和感應電動勢之間的差值更大,它將使初級線圈中流過更大的電流。初級線圈中的電流Ip的增大,意味著前面所說明的兩個條件都滿足:(1)輸出功率將隨著輸出功率的增加而增加(2)初級線圈中的磁動勢將增加,以此來抵消二次側中的磁動勢減小磁通的趨勢??偟膩碚f,變壓器為了保持磁通是常數,對磁通變化的響應是瞬時的。更重要的是,在空載和滿載時,主磁通φ0的降落是很少的(一般在)1至3%。其需要的條件是E降落很多來使電流Ip增加。在一次側,電流Ip’在一次側流過以平衡Is產生的影響。它的磁動勢NpIp’只停留在一次側。因為鐵芯的磁通φ0保持不變,變壓器空載時空載電流I0必定會為其提供能量。故一次側電流Ip是電流Ip’與I0’的和。因為空載電流相對較小,那么一次側的安匝數與二次側的安匝數相等的假設是成立的。因為在這種狀況下鐵芯的磁通是恒定的。因此我們仍舊可以認定空載電流I0相對于滿載電流是極其小的。當一個電流流過二次側繞組,它的磁動勢(NsIs)將產生一個磁通,于空載電流I0產生的磁通φ0不同,它只停留在二次側繞組中。因為這個磁通不流過一次側繞組,所以它不是一個公共磁通。另外,流過一次側繞組的負載電流只在一次側繞組中產生磁通,這個磁通被稱為一次側的漏磁。二次側漏磁將使電壓增大以保持兩側電壓的平衡。一次側漏磁也一樣。因此,這兩個增大的電壓具有電壓降的性質,總稱為漏電抗電壓降。另外,兩側繞組同樣具有阻抗,這也將產生一個電阻壓降。把這些附加的電壓降也考慮在內,這樣一個實際的變壓器的等值電路圖就完成了。由于分支勵磁體現在電流里,為了分析我們可以將它忽略。這就符我們前面計算中可以忽略空載電流的假設。這證明了它對我們分析變壓器時所產生的影響微乎其微。因為電壓降與負載電流成比例關系,這就意味著空載情況下一次側和二次側繞組的電壓降都為零。
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