电力变压器铁芯柱截面的优化设计bstp.docx

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1、2009“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛A题电力力变压器器铁心柱柱截面的的优化设设计电力变压压器的设设计中很很重要的的一个环环节就是是铁心柱柱的截面面如何设设计。我我国变压压器制造造业通常常采用全全国统一一的标准准铁心设设计图纸纸。根据据多年的的生产经经验，各各生产厂厂存在着着对已有有设计方方案的疑疑问：能能否改进进及如何何改进这这些设计计，才能能在提高高使用效效果的同同时降低低变压器器的成本本。现在以心心式铁心心柱为例例试图进行行优化设设计。电力变压压器铁心心柱截面面在圆形形的线圈圈筒里面。为为了充分分利用线线圈内空空间又便便于生产产管理，心心式铁心心柱截面面常采用用多级阶阶

2、梯形结结构，如如图1所所示。截截面在圆圆内上下下轴对称称，左右右也轴对对称。阶阶梯形的的每级都都是由许许多同种种宽度的的硅钢片片迭起来来的。由由于制造造工艺的的要求，硅硅钢片的的宽度一一般取为为5的倍倍数（单单位：毫毫米）。因因为在多多级阶梯梯形和线线圈之间间需要加加入一定定的撑条条来起到到固定的的作用，所所以一般般要求第第一级的的厚度最最小为226毫米米，硅钢钢片的宽宽度最小小为200毫米。图1 铁心柱截面示意图铁心柱有有效截面面的面积积，等于于多级铁铁心柱的的几何截截面积（不不包括油油道）乘乘以叠片片系数。而而叠片系系数通常常与硅钢钢片厚度度、表面面的绝缘缘漆膜厚厚度、硅硅钢片的的平整度度

3、以及压压紧程度度有关。设设计时希希望有效效截面尽尽量大，既既节省材材料又减减少能量量损耗。显显然铁心心柱的级级数愈多多，其截截面愈接接近于圆圆形，在在一定的的直径下下铁心柱柱有效截截面也愈愈大。但但这样制制造也工工艺复杂杂，一般般情况下下铁心柱柱的级数数可参照照表1选选取。表1 铁铁心柱截截面级数数的选择择铁心柱直直径mmm级数80-11955-7200-26558-100270-390011400-740012-114760以以上15问题一：当铁心心柱外接接圆直径径为6550毫米米时，如如何确定定铁心柱柱截面的的级数、各各级宽度度和厚度度，才能能使铁心心柱的有有效截面面积最大大。问题二：实际

4、生生产中线线圈的内内筒直径径和铁心心柱的外外接圆直直径不是是精确地地相等，而而留有一一定的间间隙以便便于安装装和维修修，设计计的两个个直径的的取值范范围称为为各自的的公差带带。因此此可以在在设计铁铁心截面面时稍微微增加铁铁心柱的的外接圆圆的直径径以使得得铁心柱柱有更好好的截面面形状。请请结合铁铁心柱截截面的设设计而设设计出二二者的公公差带。问题三：铜导线在电电流流过过时发热热造成的的功率损损耗简称称为铜损损；铁心心在磁力力线通过过时发热热造成的的功率损损耗简称称为铁损损。为了了改善铁铁心内部部的散热热，铁心心柱直径径为3880毫米米以上时时须设置置冷却油油道。简单地地说，就就是在某某些相邻邻阶梯形形之间留留下6毫毫米厚的的水平空空隙（如图22所示），空隙里里充满油油，变压压器工作作时油上上下循环环带走铁心心里的热热量。具具体油道道数可按按表2选选取。油油道的位位置应使使其分割割的相邻邻两部分分铁心柱柱截面积积近似相相等。分别针对对问题一一和问题题二的情情况，增增加油道道要求再再给出设设计，并并指出油油道的位位置。表2 冷冷却油道道数的选选择铁心柱直直径mmm半圆中66mm油油道个数数380-41000420-50001510-69002700-84003油道图2 带油道的铁心柱截面- 4 -