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S9-400/10.5/0.4變壓器電磁計算本科論文.doc

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?S9-400/10.5/0.4變壓器電磁計算摘 要電力變壓器是一種靜止的電氣設備,電力變壓器是電力網中的主要電氣設備。其設計和制造的好壞是直接影響其運行質量和經濟效益的關鍵所在,因此電力變壓器的電磁計算就顯得尤為重要。電磁計算的任務在于確定變壓器的電、磁負載和主要幾何尺寸,計算性能數據和各部分的溫升以及計算變壓器的重量、外型尺寸和取得比較合理的技術經濟效果。計算結果必須滿足國家標準及有關技術標準的規定和使用部門的要求。本文對400kVA/10.5kV/0.4電力變壓器進行了電磁計算。首先對電力變壓器的發展歷史、基本的特性及變壓器的設計方法進行了簡單的闡述。在電磁計算中,最開始是鐵心的選擇,這是變壓器設計的起點也是一個關鍵點,然后是變壓器繞組材料和型式的選擇,繞組有關數據的計算,最為關鍵的是短路阻抗、負載損耗、空載電流、空載損耗等變壓器性能參數的計算,最后完成變壓器油箱、變壓器溫升、短路電動力、變壓器總油量和總質量的確定與計算。其中的短路阻抗計算困難最大,需要經過反復計算才能達到技術要求。在電磁計算的全過程中較為詳細的闡明了電力變壓器計算的基本公式和計算方法,給出了一套完整的設計方案。關鍵詞: 電力變壓器;電磁計算;繞組;短路電動力S9-400/10.5 /0.4/of Electromagnetic Power Transformer Design AbstractPower transformer is a kind of static electrical equipment in power network, it is the main electric equipment. The design and manufacturing quality is directly affecting the operation quality and the economic benefit is the key, so the electromagnetic calculation of power transformer is very important. Electromagnetic computing task is to identify transformer electric, magnetic load and main dimensions, computing performance data and the various parts of the temperature rise and the calculation of transformer weight, dimensions and obtain reasonable technical and economic effect. The calculation results must meet the national standards and the relevant technical standards and the use of department. The 400KVA/10.5KV/0.4KV power transformer electromagnetic computation. The power transformer development history, basic characteristic and design method of simple exposition. In the electromagnetic calculation, most beginning is core selection, which is the starting point of transformer design is also a key point, and then is transformer winding material and type selection, calculation of winding of relevant data, the most important is the short circuit impedance, load loss, no load current, no load loss of transformer performance parameters are calculated, finally finished oil tank of transformer, transformer temperature rise, power transformer short circuit, the total oil volume and total quality determination and calculation. The calculation of short circuit impedance difficulty the biggest requires repeated calculation can reach the technical requirements. In the electromagnetic calculation of whole process detailed expounds the power transformer basic calculation formula and method, given a complete set of design scheme. Power transformer; electromagnetic computing; winding short-circuit force;Keywords  Power transformer; Electromagnetic calculation; Short-circuit force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 課題背景 11.2 電力變壓器的發展及研究現狀 11.3 電力變壓器的基本結構 31.4 電力變壓器的性能參數 51.5 變壓器計算的一般程序 51.6 本論文研究內容 6第2章 變壓器電磁計算 72.1 本設計的技術條件 72.2 變壓器設計 72.2.1 變壓器主要結構的確定 72.2.2 硅鋼片的選用 72.2.3 鐵心直徑的確定 72.2.4 鐵心截面積確定 82.2.5 鐵心碟片系數確定與級數的選取 82.2.6 變壓器主縱絕緣 82.3 電磁計算 92.3.1 額定電壓和額定電流的計算 92.3.2 繞組匝數計算 92.3.3 繞組計算 112.3.4 絕緣半徑及導線長度計算 122.3.5 75℃時繞組直流電阻計算 132.3.6 繞組導線質量計算 132.3.7 短路阻抗計算 142.3.8 負載損耗的計算 152.3.9 繞組表。省略部分。和科研機構都熱衷于對具有較好電性能的硅鋼片的研發,以及對硅鋼片各個參數的優化。制造變壓器所需的各種不同的材料中,繞組所用材料占的比例最大。表I列出了制造一臺變壓器時所需的各種材料占總材料的比例,表I是對容量在15kVA~1000kVA,電壓在13200V~220Y/127V的變壓器進行實驗得出的結論。在本次研究中,主要研究考慮以下兩個因素:(a)接縫長度,(b)每級接縫數,本論文在研究中得出的實驗數據將對變壓器行業的工程師具有很大的幫組。II 用實驗的方法使用磁屏蔽降低配電變壓器的雜散損耗本實驗的器材使用了一臺容量為500kVA的實驗變壓器,該實驗變壓器為殼式結構,即繞組被鐵心所包圍。本實驗的目的在于詳細研究變壓器的附加損耗及檢測出變壓器附加損耗的規律。在變壓器的結構中,油箱的箱體中的漏磁通很大,箱體中的漏磁通會引起很大功率的損耗,降低變壓器的負載損耗主要集中在降低該部分的附加損耗,而降低該部分的附加損耗主要在于降低箱體中的磁通。在磁場的起始位置和末端位置設置一個自然屏障,該自然屏障被稱為屏蔽層,可以達到此目的。屏蔽層的材料包括導磁材料和導電材料兩種,導磁材料是高滲透性材料,并且被一個叫做“磁通分流器”的機械裝置屏蔽;導電材料是一種具有高傳導率的材料,它會被一種被稱為“渦流消失”的現象所屏蔽。在這種情況下,電流被導入導體,它產生的磁場能夠抵消原磁場的作用。負載損耗中繞組的直流電阻損耗占主要部分,由于渦流損耗引起的附加損耗主要是在變壓器的金屬附件中產生的,例如在夾件中和油箱壁中,因此對研究附加損耗和降低附加損耗最有效的方法就是改善變壓器的電磁設計。變壓器的附加損耗于很多因素有關,包括鐵心、繞組的幾何尺寸、電壓等級以及油箱的材質。如圖2所示,變壓器的附件損耗隨容量的增大而增大。因此,在小型變壓器中設置屏蔽來減小附加損耗的作用不大,設置屏蔽之后,附加損耗的減小量與變壓器容量之間的關系如下式所示:附加損耗占負載損耗的百分比可由下式得出:附加損耗占負載損耗的百分比于變壓器容量之間的關系如圖3所示。磁屏蔽是由許多的鋁制薄板組成,并垂直安裝在油箱上。鋁制屏蔽板與油箱是等高的,鋁制薄板厚0.3mm。在油箱壁上安裝磁屏蔽是一項非常耗時的工作。在此過程中鋁需要花費掉311.7美元,占變壓器材料花費的10%左右,如表II所示。變壓器負載損耗和附加損耗是在以下三種情況在進行測量的:(a)無屏蔽(b)設置1.2mm厚的鋁屏蔽(c)設置10mm的鋁屏蔽。表格III列出了在(b)情況與(c)情況下變壓器的附加損耗和效率。在室溫下,無屏蔽情況下負載損耗的大小為504.12W,這種情況下變壓器的效率為99.09%。實驗表明當不設有10mm鋁屏蔽時,附加損耗將增大20.9%。而對于不設屏蔽和設置1.2mm鋁屏蔽而言,兩種情況下的負載損耗相差不多,這是由于磁場的穿透距離大于鋁屏蔽的厚度,以致于磁通可以進入硅鋼片。在油箱內壁設置鋁屏蔽降低變壓器損耗是因為鋁屏蔽中產生的磁場能夠抵消原磁場的作用,換句話說,就是鋁屏蔽層中的磁通密度與原磁通密度的方向相反。III 在空載實驗中電解質損耗的重要性空載損耗()包括渦流損耗(),磁滯損耗()和電解質損耗()。由于空載電流的數值很小,所以繞組的電阻損耗()可以忽略不計,因此:表格IV列出了四臺容量為37.5kVA的變壓器在三種不同制造過程中空載損耗的數值。表格的第一列列出了被測繞組有12匝時的空載損耗的數值,表格的第二列列出了被測繞組在無油箱時的空載損耗的數值(高壓繞組1066匝,低壓繞組16匝),表格的第三列列出了變壓器在結構完整時的空載損耗的數值,即變壓器有油箱,并且變壓器全部浸于油中。從表格IV所列的數據中,我們能得出兩條結論:第一:只有鐵心繞組的變壓器的空載損耗要比結構完整的變壓器的空載損耗要大,這是因為,當鐵心繞組被測試時,繞組絕緣結構的發熱增大了電解質損耗,電解質損耗的大小可由下式得出:式中:——電壓 ——角頻率 ——介質損耗角正切 ——介質電容第二:表格中第二列中損耗的數值要大于第一列中損耗的數值,這是由于繞組在繞制過程中要受到壓力的作用,硅鋼片接縫處的壓了和繞組承受的壓力可以通過熱處理過程得以減輕。正常情況下,由于壓力的作用可以導致材料磁性能的退化,本論文的實驗中所使用的變壓器都是剛出廠的變壓器而且都未做過沖擊實驗,這一點非常重要,因為當變壓器使用年限過長或是經過沖擊實驗,其空載損耗會增大,會產生此種現象的原因是薄板之間發生局部擊穿而導致損耗增大。IV 接縫技術對配電變壓器損耗的影響有關鐵心的各項參數如圖5所示,這些參數是變壓器鐵心特有的參數。交錯式結構:一組硅鋼片大約由4~25塊硅鋼片組成,在圖5中,前四個硅鋼片(從頂部到尾部)稱為一級??諝庀叮╣): 空氣隙位于一層硅鋼片的兩個壓板之間,再制造過程中,空氣隙一般要小于3mm。搭接長度(L):搭接長度就是兩層硅鋼片之間相鄰的空氣隙之間的距離,搭接長度一般在1~2mm。壓板厚度(T):硅鋼片厚度的標準都按AISI的標準制定。絕緣厚度():絕緣通常是在硅鋼片上涂上C—2的絕緣層或是用C—5的絕緣層涂在C—2的絕緣層之上。C—2絕緣層的標準厚度是0.0001cm。絕緣層的目的減小鐵心中的附加損耗。在圖5中,硅鋼片連續排列是為了獲得較高的機械強度及機械穩定性,接縫技術可以防止硅鋼片在運行過程中發生分離,還可以降低變壓器的噪聲,減小變壓器在操作過程中的振動。很多科技論文都分析了變壓器鐵心的結構。到目前為止,人們對變壓器鐵心接縫技術的研究還很少。研究的目的在于通過實驗研究鐵心的各個參數對變壓器損耗的影響。本論文通過兩個實驗對其進行了研究,在實驗中,鐵心的級數、空隙隙、搭接的長度都是變量。 接下來的實驗使用了一臺容量為15kVA的變壓器,該變壓器的鐵心每級有25個硅鋼片,額定情況下,鐵心中的磁通密度為1.5T,60HZ下硅鋼片的單位損耗時0.98W/kg,搭接長度和空氣隙的長度分別為10mm和3mm。結論本論文論述了通過實驗研究降低配電變壓器孫哈的方法。實驗數據對變壓器行業的研究人員有很大的幫助。論文中所闡述的各個實驗都是在外界環境控制良好的情況下進行的。第一:負載損耗實驗是在以下三種情況下進行的:(a)不采用屏蔽 (b)采用1.2mm的屏蔽 (c) 采用10mm的屏蔽,實驗表明磁屏蔽可以抵消磁材料中的磁場作用,從而使變壓器的負載損耗下降。在實驗中測得,使用10mm厚的屏蔽層可以使變壓器的附加損耗降低20.9%,而對不采用磁屏蔽和采用1.2mm厚的磁屏蔽而言,兩種情況下的負載損耗相差不多,這是由于磁場的穿透距離大于鋁屏蔽的厚度,以至于磁通可以進入箱體。實驗證明,變壓器絕緣中含水時電解質損耗也會影響變壓器的負載損耗。到目前為止,對變壓器鐵心接縫技術的研究很少,本論文通過了兩個實驗對鐵心接縫技術進行了研究。(a) 搭接長度(b) 每級硅鋼片數。實驗表明,各級硅鋼片的數目對鐵心損耗無影響,這是由于當硅鋼片數量增大時,搭接距離就會減小的原因。實驗表明,當接縫長度大于2cm時,變壓器的損耗會明顯增大。
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