电机课程设计三维LF.docx

1、电机课程设计三维LF电机设计课程设计指导书中原工学院信息商务学院一、概述 1二、要求和注意事项 1三、设计内容 2附录 参考设计方案 28参考文献 30一 概 述本课程设计是电气工程其及自动化专业教学计划中一个重要的教学实践环节，通过本课程设计不仅使学生了解工程设计的一般过程和技巧，同时可以使学生进一步加深对变压器的基本结构、原理的理解，对结构尺寸、电气参数与性能指标之间的关系有进一步的认识，并使学生在工程设计、综合分析能力等方面得到全面锻炼。本课程设计的先修课程为电路、电机学、电机设计等基础及专业课。二 要求及注意事项一、 课程设计组织形式课程设计过程按分组的方式进行，由指导教师向学生发放有

2、关的课程设计背景资料，并向学生讲述课程设计的方法、步骤和要求，设计过程采取课堂集中辅导，分散设计的方式进行。课程设计按36个人为一组，要求在小组内分工协作、充分讨论、相互启发的基础上形成设计方案，课程设计结束要求提交一份课程设计报告书，必要时可要求各小组选出一个代表，进行课程设计方案演示和答辩，评出若干优秀设计成果。二、 课程设计具体要求设计过程以小组为单位，各组设一个组长，负责组织和协调本小组的讨论、任务分工等；设计过程必须在本组内独立完成，不得跨组参考或抄袭，避免方案出现雷同；设计书一律采用A4纸打印，用统一封面装订；课程设计原则上在2周内做完；最后一周进行优秀设计方案评选，在各组推选代表

3、进行方案介绍的基础上，推选出2-3个优秀设计方案。三 设计内容1 电机课程设计任务书一、 题目：变压器的设计二、 内容：设计一台S9-20006300/35电力变压器。完成电磁设计、给出计算单。三、 要求：满足国标GB1094、GB6451的要求。四、 步骤：1. 电压、电流的计算。2. 铁心直径的选取。3. 磁密及匝数的确定。4. 电压比的校核=0.25%5. 线圈型式的选取及计算。6. 阻抗的计算。2.5%7. 空载损耗的计算。5%8. 负载损耗的计算。5%9. 线圈温升的计算。10. 油面温升的计算。五、 原则：1 在满足设计要求（GB1094、GB6451）的前提下价格最低。2 尽可能

4、多出方案。2 电磁设计原理1电压、电流计算：1.1电压1.1.1单、三相变压器的线电压和相电压通常变压器技术规范中的额定电压均为线电压，而确定线圈匝数所进行的计算则需要相电压。单相变压器： Uxg = Uxn其中：Uxg额定相电压，kV；Uxn额定线电压，kV。三相变压器：Y（星形）接法：Uxg = Uxn/（三角形）接法：Uxg = Uxn1.1.2标准线、相电压及其各分接电压为了方便起见现列出下表供使用。表中列出了110kV级及以下各种线、相电压，并给出了以额定电压为基础的5%及其他一些分接范围的标准值。表1-1标准的线、相电压电压+5%额定值（V）-5%5%差值电压+5%额定值（V）-5

5、%5%差值线24223021812线630060005700300相1401331267相363734643291173线40038036020线660063006000300相231219.520811.5相381136373464173线42040038020线690066006300300相242.5231219.5150相398438113637173线31503000285087线10500100009500500相181917321045150相606257745485289线33003150300087线110001050010000500相190518191732150相635

6、160625774289线345033003150150线115501100010450550相19921905181987相666863516034317电压+10%+7.5%+5%+2.5%额定值（V）-2.5%-5%-7.5%-10%2.5%差值线385003762036750358703500034130332503238031500875相222302172021220207102021019710192001870018190505线40420394603850037540365803561034650960相223402278022230216802112020560200105

7、55线121000118250115500112750110000107250104500101750990002750相6986068270666806510063510619206034058750571601585线1270501240201210001179801149501119301089003025相7335071610698606811066370646206287017451.2电流计算三相变压器的线、相电流根据接法不同应分别计算1.2.1三相变压器为YN（Y）接法相电流（Ixg）、线电流（Ixn）的计算公式如下：1.2.2三相变压器为三角（）接法相电流（Ixg）、线电流（I

8、xn）的计算公式如下：线电流 相电流 综上所述，根据已知的额定容量、额定电压（包括各分接电压）接法及相数按上述各有关公式计算出所需的线、相及各分接电流。2铁心直径估算及线圈匝数计算2.1铁心直径估算：铁心直径的选取是变压器计算中很重要的工作，铁心直径选取的是否合适，它将直接影响变压器的技术经济指标，如材料的消耗、变压器的成本、变压器的重量、体积及运输等。通常同一变压器当选取的铁心直径过大时，则变压器的铁心重量、空载损耗将要增大，而线圈所用的导线重量和负载损耗则减小，变压器较矮。当选取的铁心直径过小时，则得到相反的结果。铁心直径的确定目前是采用经验公式估算的，用估算的铁心直径按计算程序进行计算，

9、当算到阻抗电压时，如果阻抗电压值与标准植相差较大时，此时应调整铁心直径，直到调整到阻抗电压合格或者相差很小为止，阻抗电压的计算值相差很小可通过调整其它尺寸来满足阻抗电压的要求。现阶段铁心直径的选取通常采用下述经验公式进行计算。式中：D - 铁心直径尺寸，mm;P- 每柱容量，kVA;K - 经验系数。经验系数K值随着电源频率、铁心磁通密度及结构型式而变化，这是推荐的经验系数供计算中选取铁心直径时参考。经验系数K见下表表2-1变压器额定容量Se与P的关系及经验系数K变压器类别Se与P的关系式K（铜线圈）冷轧片热轧片三相双绕组P=Se/353576064三相三绕组P=Se/251555862单相双

10、绕组P=Se/253576064单相三绕组P=Se/451555862单相双绕组单柱P=Se53576064效益系数KB=0.5三相自耦P=KBSe/251555862单相自耦P=3KBSe/42.2变压器容量的折算双绕组变压器由于两侧线圈均为额定容量，因而在计算每柱容量时则不需折算。三绕组变压器有时中压或低压线圈的容量不是额定容量，因此在计算中必须将三线圈的容量折算为同一容量。三绕组变压器容量的折算三绕组变压器折算成同一容量： 式中：SG、SZ、SD分别为高中低压绕组的容量，kVA。 2.3铁心截面铁心柱和铁轭通常采用多级梯形结构，在直径一定的条件下，级数愈多有效截面积愈大，此时，铁心制造工

11、艺则较复杂，一般铁心柱截面的较合理的级数如下表中推荐的级数。叠片系数的选择叠片系数的大小与硅钢片的厚度、平整度及漆膜的厚度有关。通常对于0.35mm厚的冷轧硅钢片，若不涂漆时，叠片系数可取0.960.97，涂绝缘漆时，叠片系数可取0.950.96。铁轭截面通常与铁心柱截面完全相同的多级梯形，铁轭截面也可采用“T”形或矩形（比铁柱截面级数少），通常铁轭截面比铁心柱截面大510%，来减小空载损耗和空载电流。表2-2铁心截面、参数表铁心直径(mm)毛截面积cm2叠片系数0.97夹件内距mm夹件油道厚mm线圈撑条数级数D纸筒内径净截面cm2三相角重kg9010055.854.136.95831.565

12、951056462.089.11891.56510011070.468.299.91951.5651051157976.6312.531001.56611012086.483.8113.551061.56611512594.191.2816.371061.566120130102.199.0417.61121.586125135111.8108.4521.31171.586130140120.2116.622.641221.586135145130.4126.49271271.586140150139.9135.728.541301.586145155153.4148.834.321421.5

13、87150160163.8158.936.51481.587155165174.5169.2741.861521.587160170185.7180.1344.121581.587165175199.6193.6151.111631.587170180210.4204.0953.421661.587175185223.1216.4160.681701.587180190237.2230.0964.011771.587185195250.8243.2872.331821.587190200264256.0875.491871.587195205277.8269.4784.731911.58720

14、0210292283.2488.181971.587205215307.8298.5798.882021.587210220323.8314.09102.962081.587215225339.8329.61114.542341287220230356.3345.61119.062391287225235371.6360.45131.252441287230240388.8377.14136.12461287235245406.1393.92149.862511287240250423.4410.7155.032561287245255444.6431.26171.05262128825026

15、0462.4448.53176.692671288255265482.3467.83193.442731288260270500.7485.68199.22751288265275520.4504.79216.922801288270280540.8524.58223.922861288275285560.7543.88242.892911288280290581.2563.762502961288285295601.8583.75270.33001288290300622.8604.12278.033051288300310667.5647.48308.353131288310320714.

16、4692.97340.2731812109320330759.1736.33373.5732512109330340808.4784.15410.8333512109340350859.4833.62450.7134612109340352849.8824.3442.5330121212350362901.2874.16483.7340121212360372953.6924.99527.23501212123703821007.8977.56573.63601212123803921064.61032.66623.13701212123904021122.61088.92674.938012

17、12124004121183.41147.89730.53901212124104221239.81202.67864001212124204321305.21266.04847.84101212134304421368.21327.15910.94201212134404521433.81390.78977.84301212134504621475.81413.521031.214401212134604721528.41482.541091.645016121347048215971549.091166.24601612134804921671.21621.061246.447016161

18、34905021740.61688.381327.44801616135005121815.81761.321413.5490161613三、 磁密及匝数的确定通常在选好铁心直径（计算值应靠标准铁心直径）后，首先计算没有分接的线圈（如低压线圈）匝数，然后计算高压或中压线圈匝数。3.1初算每匝电压et当额定频率为50Hz时： et= BAt450当额定频率为60Hz时： et= BAt375式中： et-初算每匝电压(V)； At-铁心截面积,cm2;B-磁通密度,千高斯.通常0.35mm厚的冷轧硅钢片(如DQ137-35,DQ15135)选取的磁通密度为17.117.5千高斯。3.2初算低压线

19、圈匝数WD=Uxg/ et式中：WD-初算的低压线圈匝数，应取成整数匝WD；Uxg-低压线圈相电压，V。按上式计算的低压线圈匝数不一定是整数，若舍去小数位时，磁通密度B将比初算et时大；若进位为整数匝时，磁通密度B将比初算et时小。3.3确定每匝电压etet=Uxg/Wd (式中et值算至小数点后三位)3.4磁通密度和磁通的计算当确定了的每匝电压计算完之后，便可确定出正式的磁通密度和磁通。B =450 etAt（千高斯）=450 et（千线）。3.5高压或中压线圈匝数的计算通常高压线圈都带有分接，根据各分接相电压求出相应分接的匝数。首先计算出最大分接的匝数，随后再根据两个相邻分接的相电压之差，

20、求出每调一级电压的分接匝数。最大分接匝数WG1=Uxg/ et（取成整数匝WG1）各分接匝数WG1=Uxg/ et（取成整数匝WG1）根据WG1减去WG1，即可分别求出其它各分接相对应的匝数。四、 电压比校核4.1主分接电压比的校核按国家标准电力变压器GB1094.1的规定电压比的数值比上述值大，但考虑制造与试验的偏差，设计时应保留一定的裕度。4.2具有分接的线圈电压比校核高压线圈具有分接电压比的校核，通常首先校核主分接，然后校核最大和最小分接。主分接的校核同上，最大和最小分接的电压比校核按下式：式中Uxgi最大（小）分接的标准电压；Uxgi最大（小）分接电压的计算值。上式计算得出结果不许大于

21、1%。容量kVA电压kV线圈型式线圈类别630及以下0.4双层层式内线柱500及以下310多层层式外线柱630及以下352000及以下63分段层式80010000.4双螺旋式内线柱125020000.4四螺旋式4000100003单螺旋或单半螺旋1600050000640000600001080031503连续式或者纠结连续式外线柱800100006630及以上10800及以上352500及以上635000及以上110五、 线圈计算 5.1线圈结构型式的确定 表5-1线圈结构型式线圈结构型式的确定是根据变压器容量的大小及电压的高低，下面介绍部分变压器的线圈结构型式供参考选取，随着技术的发展新的

22、结构型式将会出现。推荐的结构型式如右表线圈的结构型式通常有如下几种A层式线圈 B螺旋式线圈 C连续式线圈 D纠结式线圈E纠结连续式线圈F插入电容式线圈5.2 线圈用导线及其电流密度的选取5.2.1导线的选取线圈常用的导线有高强度缩醛漆包（铜、铝）线，纸包圆线，纸包扁线。通常导线直径在1.5以下时采用铜线，而扁线的宽度在16mm以下，厚度在4.0以下，扁线的宽厚比：层式线圈为1.53；螺旋式为24，连续与纠结式为2.56。从工艺的角度来讲，连续式线圈导线并绕根数应6，纠结式并联根数3。5.2.2密度的选取线圈导线的电流密度主要取决于负载损耗、线圈温升及变压器二次侧突然短路时的动、热稳定，一般铝线

23、的电密2.3A/mm2，铜线的电密4A/mm2目前低损耗变压器的导线电密选取范围为23.5 A/mm2。线规表见下页：5.3饼式线圈段数及每段匝数5.3.1线段的分配通常先分配带有分接的高压线圈的段数，高压线圈的每段匝数一般取与分接段匝数相同，特殊情况下取分接段匝数的一半（此时，每一分接匝数为两段）。带有分接段的高压线圈为了引出分接线，其线圈的总段数为四的倍数；而无分接段的中、低压线圈其段数应为偶数。每段匝数尽可能满匝，避免垫段过多，（有主绝缘要求者除外）。5.3.2确定线圈段数及每段匝数A外部（高压）线圈段数的确定 高压线圈总段数取决于电压等级、纵绝缘尺寸及其阻抗电压数值等。通过计算实践现推

24、荐右表作为初选用 表5-2高压线圈总段数线圈电压等级（kV）1035110总段数N4060567656762（3444）B每段匝数的确定分接段每段匝数WF=WG/NF（取整数）式中：WF-分接段每段匝数；WG-高压分接段匝数；NF-高压分接段段数。 正常段每段匝数WG=W1/(N-NF)（取整数）式中：WG -正常段每段匝数；W1-最小分接时的匝数；N-高压线圈总段数，当线圈为中部出线时，取N/2；NF-分接段段数。通常10kV级端部或中出线4；35kV级端部出线取8。加强线段的每段匝数：由于加强线段内径垫纸条或增大匝绝缘的需要，其匝数比正常段通常要少12匝。高压线圈总匝数等于各种线段数乘以每段各自匝数之和。对于中部出线之线圈，由于上下部为关联结构，因而只计算某半部的匝数即是线圈的总匝数。表5-3圆铜导线（QQ-2）线规表裸线直径d截面(mm2)最大直径绝缘重（%）铜线裸线直径d截面(mm2)最大直径绝缘重（%）铜线0.060.002830.090.590.27340.662.850.070.003850.10.620.30190.692.710.080.005030.110.640.32170.722.850.090.006360.120.670.