铁芯电抗器设计.doc

电气1212 铁芯电抗器设计 曹鹏举U201212040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 U201212040 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径D(mm)中心距Mo(mm)窗高Ho(mm)磁密B(T)绕组电流密度J(A/mm2)铁心损耗PFe(W)负载损耗Wk(W)绕组匝数W绕组层数NH绕组每层匝数WH210499.7501.80.85971681110.58491.874335.5254124.5绕组高度HH(mm)绕组外直径DH(mm)导线厚度a(mm)导线高度b(mm)气隙个数n气隙长度δ(mm)主电抗Xm(Ω)总电抗Xk(Ω)绕组温升TX(K)成本MM(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=480KVA（2）所接电网电压 10kV（3）频率 50Hz（4）相数 3（5）相电压 381V（6）相电流 419A（7）绝缘材料耐热等级H级（145℃）（8）总损耗 ≤7000W（附加损耗系数1.2）（9）铁芯材料 DQ133-30（10）导线材料 铜导线ρ145℃=0.02616Ω*mm²/m（11）绕组温升 ≤95K（附加损耗系数1.35）（12）铁芯饼高度 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其中经验系数为经验系数，对于冷轧钢片、铜导线取值为0.054~0.058。

取值为0.058进行计算得：选择=0.21m查表5-1 引自《电磁装置设计原理讲义》P154得:芯柱有效截面面积 =0.02918m²铁轭有效截面面积 =0.03213m²角重 =84.8kg铁芯最大片宽 =0.2m铁芯总叠厚 =0.178m铁轭片高 =0.19m3.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4.线圈匝数由匝数计算公式其中预取磁密=0.93T，为主电抗比例系数，初值范围为0.85~0.93，此处取值为0.85代入上式得：故实际线圈匝数为:5.主电抗计算（1）初选单个气隙长度 （2）气隙等效导磁面积计算铁芯饼高度 HB=0.05m气隙磁通衍射宽度气隙磁通衍射面积气隙等效导磁面积（3）主电抗由计算公式 取n=10，得：（4）铁芯中磁密6.线圈设计（1）线圈高度估计值由公式其中为线圈至上下铁轭绝缘距离，根据10kV对地线电压查表4-16引自《电磁装置设计原理讲义》P72取=m，代入公式计算得：（2）初选导线查线包扁铜线规格表4-13引自《电磁装置设计原理讲义》P59裸导线 a=0.004m； b=0.0106m； SL=0.00004154m²对铜导线绝缘厚度=0.0005m带绝缘导线 a1=0.0045m；b1=0.0111m（3）并绕根数初选电密 =1800000A/m²并绕根数 （均采用轴向并绕）（4）电流密度（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：线圈电抗高度（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=3层、=3层、=3层、=3层取裕度系数为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引自《电磁装置设计原理讲义》P73可知，两层间需垫Nomex绝缘纸3层，每层厚度为0.127mm故各段线圈厚度为：7.绝缘设计根据10kV对地线电压查表4-16引自《电磁装置设计原理讲义》P72，取线圈至上铁轭距离为=0.065m，线圈至下铁轭距离=0.065m，相间距离=30mm，铁芯外径到线圈1内径绝缘距离取=35mm，含线圈1内置2mm绝缘层8.绝缘半径计算（1）铁芯半径 （2）线圈1内半径 （3）线圈1外半径 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=8mm线圈1外置2mm绝缘层；线圈2内置2mm绝缘层4）线圈2内半径 （5）线圈2外半径 气道取为=8mm线圈2外置2mm绝缘层；线圈3内置2mm绝缘层6）线圈3内半径 （7）线圈3外半径 气道取为=8mm线圈2外置2mm绝缘层；线圈3内置2mm绝缘层8）线圈4内半径 （9）线圈4外半径 （10）线圈直径 （11）铁芯柱中心距 9.线圈漏电抗（1）线圈平均半径（2）线圈辐向厚度（3）线圈漏磁等效面积（4）洛氏系数（5）线圈漏电抗10总电抗总电抗误差误差满足要求，可进行以下项目计算。

11.线圈导线每相总长（1）线圈平均匝长 （2）每相总长 其中为引线长1.8m12.线圈损耗（1）每相电阻 （2）线圈电阻损耗 （3）线圈损耗 其中损耗附加系数为1.213.线圈导线重量（1）裸导线重量 其中为铜的密度，为8900kg/m³2）绝缘导线重量对铜导线绝缘重量所占比例：绝缘导线重量14.铁芯窗高15.铁芯损耗（1）铁芯柱重量（2）铁轭重量（3）铁芯重（4）铁芯损耗其中=1.8，芯柱单位铁损和铁轭单位铁损值由和从表4-9 铁磁材料损耗曲线引自《电磁装置设计原理讲义》P52查出，查该表得出其拟合曲线为，代入上式可得=0.2762W/kg，=0.3349W/kg=491.8712W16.总损耗≤7000W损耗符合要求17.线圈温升计算芯柱等效直径气道平均宽度绕组轴向气道有效散热系数内绕组表面积计算 外绕组表面积计算绕组有效散热面积绕组温升≤95K绕组温升满足要求18.成本核算硅钢片35元/kg，铜导线65元/kg硅钢片价格=元铜导线价格=元总造价=30657.94+28704.11=59362.06元附1：480KVA/10kV 铁芯电抗器设计表格附2：铁芯电抗器尺寸图图1 芯柱尺寸图（单位mm）图2 铁芯、线圈及绝缘尺寸图（单位mm）图3 线圈布置图（单位mm）评分一览表：评分项目评 分 等 级优良中及格不及格设计水平综合运用知识能力写作水平总体评价总分：学 生 签 字： 指导老师签字： 年 月 日19。