铁芯电抗器设计.docx

电气与电子工程学院《电磁装置设计原理》课程设计设计题目 铁芯电抗器设计指导老师 孙剑波 班 级 电气1212 姓 名 曹鹏举 学 号 U 完成日期2015年6月19日目录480KVA/10kV 铁芯电抗器参数列表 31. 电抗器的额定值与技术要求 42. 铁芯参数选择 43. 线圈电压电流及电抗值 54. 线圈匝数 55. 主电抗计算 56. 线圈设计 67. 绝缘设计 88. 绝缘半径计算 89. 线圈漏电抗 910 总电抗 911. 线圈导线每相总长 1012. 线圈损耗 1013. 线圈导线重量 1014. 铁芯窗高 1115. 铁芯损耗 1116. 总损耗 1117. 线圈温升计算 1218. 成本核算 12附 1：480KVA/10kV 铁芯电抗器设计表格 13附2：铁芯电抗器尺寸图 17480KVA/10kV 铁芯电抗器参数列表心柱直中心距窗高Ho(mm)磁密B(T)绕组电流铁心损负载损绕组绕组层绕组每径DMo密度J耗PFe耗Wk匝数数层匝数(mm)(mm)(A/mm2)(W)(W)WNhWH210499.7501.80.85971681110.58491.874335.5254124.5绕组高绕组外导线厚导线高气隙气隙长主电抗总电 抗Xk(Q)绕组温成本度HH直径dh度a度b个数度8Xm升TXMM(mm)(mm)(mm)(mm)n(mm)(Q)(K)（元）0.37180.4697410.6105.40.71780.905094.8759362.061. 电抗器的额定值与技术要求1） 额定容量 Sc=480KVA2） 所接电网电压 10kV3）频率 50Hz4） 相数 35） 相电压 381V6） 相电流 419A（7）绝缘材料耐热等级H级（145°C）8）总损耗9） 铁芯材料10） 导线材料11） 绕组温升12 ）铁芯饼高度<7000W （附加损耗系数1.2）DQ133-30铜导线 pl45C=0.02616Q *mm2/m <95K （附加损耗系数1.35）HB=50mm；叠压系数 Kdp=0.952. 铁芯参数选择1 ）铁芯直径 由直径估算公式D = K 4S / mD、 e z其中经验系数K为经验系数，对于冷轧钢片、铜导线取值为0.054〜0.058。

D取值为 0.058 进行计算得：D = K 4S / m 二 0.0584'480/3 二 0.2063D、e z选择D =0.21m查表5-11得：芯柱有效截面面积A =0.02918m2Z铁轭有效截面面积 A =0.03213m2e角重铁芯最大片宽铁芯总叠厚G =84.8kgAB =0.2mMA =0.178mM铁轭片高b =0.19mem1引自《电磁装置设计原理讲义》P1543. 线圈电压电流及电抗值(1) 设计线圈时电压 U=381V(2) 设计线圈时电流 I=491A(3) 电抗值 X 二 U /1 二 381/ 491 二 0.90930 k4. 线圈匝数由匝数计算公式kVZ其中预取磁密B'=0.93T, k为主电抗比例系数，初值范围为0.85〜0.93，此m处取值为 0.85代入上式得：W' _ k V _ 0.85 x 381 _ 53 76W — m — — 53.76血 fB' A 后 x 50 x 0.93 x 0.02918Z故实际线圈匝数为:W — INT(W'+ 0.5) — 545. 主电抗计算(1)初选单个气隙长度 5 — 0.0054m2) 气隙等效导磁面积计算 铁芯饼高度 HB=0.05m气隙磁通衍射宽度s—5 ln(5+-HB) 兀 50.0054 0.0054 + 0.05— ln( )兀 0.0054— 0.0040气隙磁通衍射面积A — 2s (2s + b +A )52 M M— 2 x 0.004(2 x 0.004 + 0.2 + 0.178)— 0.0030气隙等效导磁面积A = + A8 K S 2dp=0.02918 + 0.00300.95=0.0337m 23) 主电抗由计算公式 X=竺2 fW2 A X10_7 n8取 n=10 ，得：=竺 2 号 2A x10_7n88兀 2 x 50 x 542 x 0.0337 “= X10-710 x 0.0054=0.717804) 铁芯中磁密0.85x381kVB = -m- = = 0.8597T血 fWA 血 x 50 x 54 x 0.02918Z6. 线圈设计(1) 线圈高度估计值由公式H = (n- 1)H + n8 -HL B A其中 H 为线圈至上下铁轭绝缘距离，根据 10kV 对地线电压查表 4-162取 AH =2 x 0.065 m ，代入公式计算得：AH = (n-1)H +n8 - HL B A= (10-1)x0.05+10x0.0054- 0.13= 0.374m(2) 初选导线 查线包扁铜线规格表 4-133裸导线 a=0.004m； b=0.0106m； SL=0.00004154m2对铜导线绝缘厚度A =0.0005m带绝缘导线 a1=0.0045m；b1=0.0111m3)并绕根数初选电密 J '=1800000A/m2并绕根数1 pp - S - J'L_ 419_1x 0.00004154 x 1800000=5.6037M 二 INT(M ' + 0.5)二 INT(5.6037 + 0.5)二 6 (均采用轴向并绕)114)电流密度pp - S - M 'L1_ 419—lx 0.00004154 x 6=1681110.576A / m2( 5 )线圈高度 取每层匝数 WH=4.5 则线圈高度，取裕度系数为 1.015，计算得：H = 1.015(WH +1)- M - b 二 1.015 x (4.5 + 1)x 6x 11.1 二 0.3718mmL 1 1 线圈电抗高度Hx 二 1.015WH - M - b 二 1.015 x 4.5 x 6x 11.1 二 0.3042mm11( 6 )线圈辐向厚度 线圈共12 层，将其进行分段，一般内侧与外侧层数之比为1:3 或 2:5，内外散热面积相差较小时，可取对称。

故对称分段，分为 4 段，每段层数为 N =3 H1层、 N =3 层、 N =3 层、 N =3 层H 2 H3 H 4取裕度系数为 1.05，由于均采用轴向并绕，辐向并绕根数为 1查表 4-17 圆筒式线圈层间绝缘 4可知，两层间需垫 Nomex 绝缘纸 3 层，每层厚度为 0.127m m故各段线圈厚度为：B 二 1.05x (M N a + (N - 1)x 3 x 0.127)H1 B H 1 1 H1二 1.05 x (1x 3 x 4.5 + (3 -1) x 3 x 0.127) x 0.001二 0.0147mB 二 B 二 B 二 B 二 0.0147 mH 2 H3 H 4 H14引自《电磁装置设计原理讲义》P737. 绝缘设计根据10kV对地线电压查表4-165，取线圈至上铁轭距离为H =0.065m,线S1圈至下铁轭距离H =0.065m，相间距离C =30mm，铁芯外径到线圈1内径绝缘S 2 x距离取C =35mm，含线圈1内置2mm绝缘层08. 绝缘半径计算(1) 铁芯半径 R 二 D/2 二 0.21/ 2 二 0.105m0(2) 线圈 1 内半径 R 二 R + C 二 0.105 + 0.035 二 0.14m100(3) 线圈 1 外半径 R 二 R + B 二 0.14 + 0.0147 二 0.1547m2 1 H 1由于圆筒式绕组辐向气道宽度一般选取在8〜19mm,故本绕组辐向气道取为SS =8mm。

线圈1外置2mm绝缘层；线圈2内置2mm绝缘层1(4) 线圈 2 内半径 R 二 R + SS + 26 二(0.1547 + 0.008 + 2x0.002)二 0.1667 m3 2 1(5) 线圈 2 外半径 R 二 R + B 二 0.1667 + 0.0147 二 0.1814m4 3 H 2气道取为SS =8mm线圈2外置2mm绝缘层；线圈3内置2mm绝缘层2(6) 线圈 3 内半径 R 二 R + SS + 26 = (0.1814 + 0.008 + 2x0.002)二 0.1934m5 4 1(7) 线圈 3 外半径 R 二 R + B 二 0.1934 + 0.0147 二 0.2081m6 5 H 2气道取为SS =8mm线圈2外置2mm绝缘层；线圈3内置2mm绝缘层3(8) 线圈 4 内半径 R 二 R + SS + 26 二(0.2081 + 0.008 + 2x0.002)二 0.2201m7 6 3(9) 线圈 4 外半径 R 二 R + B 二 0.2201 + 0.0147 二 0.2348m8 7 H 3(10) 线圈直径 D 二 2R 二 2x 0.2348 二 0.4697m8(11) 铁芯柱中心距 M 二 D + C 二 0.4697 + 0.045 二 0.4997m0x5引自《电磁装置设计原理讲义》P729.线圈电抗1) 线圈平均半径R 二(R + R )/2 二(0.14 + 0.2348)/2 二 0.1874mp 1 82) 线圈辐向厚度B 二 R - R = 0.2348 - 0.14 二 0.0948mH 8 13) 线圈漏磁等效面积2A = 一兀B R + 兀R 2 一 A /kQ 3 H p 1 Z dp=-兀 x 0.0948 x 0.1874 + 兀 x 0.142 - 0.02918 / 0.95 3= 0.068m 24) 洛氏系数c ! 2(R -R)l 兀Hx=［一 2(0.2348 - 0.105)兀 x 0.3042= 0.72815) 线圈漏电抗8 兀 2 fW 2 P AX = j X10-7g Hx8兀 2 x 50 x 542 x 0.7281x 0.068 “= x10-70.3042=0.1873010 总电抗X =X +X =0.7178+0.1873=0.9050 k m g总电抗误差| 0.905 - 0.9093|K = x 100% = 0.47%e 0.9093误差满足要求，可进行以下项目计算。