三相低压干式变压器设计

1 引言

由于电力电网各时期负荷用量不一样，也就造成电压波动较大，不能正常对各低压电器进

行有效地供电，因此三相低压干式变压器应运而生，能提供较稳定的电压，避免顺时的尖

波电压，进而保护了家用电器等设备。该变压器广泛应用各工矿企业、学校、家庭中。由

于其安全、可靠性相当高，三相低压变压器其特点是：防燃防爆等优点，主要通过三角形

联结输入，变压转换后再通过星形联结，即为Dyn11接法，现国际上多数国家的三相配

电变压器均采用Dyn11结线（即原表示法的△/Y0—11结线）；它不但保持了输出两种

电压的好处，而且具有：作用①降低谐波电流，改善供电正弦波质量；②零序阻抗小，提

高单相短路电流，有利于切除单相接地故障；③三相不平衡负荷情况下能充分利用变压器

容量，同时降低变压器损耗等优点。同时输出电压是相当稳定的，此外对其绝缘是要求非

常严格的，其绝缘等级要求很高的，一般为H级(180°)以上的绝缘。

三相变压器有特殊性的设计思路，与单相变压器不一样的，以下简要说明一下的设计方法

和思路：

2 设计计算的任务和目标：

2.1 先要满足国家标准及其它有关标准的要求，还要符合满足客户的要求即以下技术规范。

a. 变压器的型式：如是Dny11或Yyn0接法较为普遍。

b. 相数，是否是自耦、升压或降压。

c. 变压器的额定容量，在不同的温度上升情况下，所负荷的容量不一样。

d. 变压器的短路阻抗电压值及联接组标号，空载及负载损耗要求，额定频率及安装地点的

海拔高度。

e. 特殊要求，如安装孔尺寸及外形结构设计的要求等等。

2.2 电磁设计计算的基本步骤：

a. 电压计算；

b. 电流计算；

c. 铁心直径估计和线圈计算；

d. 主纵绝缘的确定及线圈计算；

e. 短路阻抗计算；

f. 绕组数据计算；

g. 铁心数据计算；

h. 温升计算；

i. 重量的计算；

j. 各种突入电流所引起应力分析计算。

2.3 产品规格及技术要求：

a. 变压器额定容量：160kVA（过载时以115%即185kVA仍能正常运行）；

b. 变压器额定线电压：高压为400V，低压侧为400V；

c. 变压器连接组别：Dyn11；

d. 变压器相数：3相；

e. 额定频率：50Hz；

f. 冷却方式：空气自冷式；

g. 温升为140K（H级绝缘）MAX；

h. 空载损耗P0：450W MAX；

i. 负载损耗Pk（短路损耗）4000W MAX；

j. 短路阻抗电压Uk%：2.8%+/-10%；

k. 高压线圈一分钟工频试验电压：3kV，低压线圈一分钟工频试验电压：3kV；

l. 变压器运行周围条件：用于一般地区：海拔在1000m及以下，气温最高+40℃最低为-30℃，年平均为+20℃。

2.4 主要材料：

a. 硅钢片：冷轧硅钢D147（厚度为0.35mm）

b. 线圈导线：高低压为铝箔

c. 绝缘材料：用H级以上绝缘材料

d. 线圈绝缘漆：用H级以上绝缘清漆

2.5 变压器主要结构：

2.5.1 铁心结构：

铁心柱的夹紧：通过绝缘板隔离后，利用铁心穿孔用上下螺杆和槽钢夹紧。

铁轭用通过铁心穿孔用螺杆和槽钢夹紧（如下图所示）。

铁心采用长方形所用宽度完全一致，且铁轭的级数与铁心柱级数完全一致性，节省材料和工数。结构示意图如下图如下：

2.5.2 线圈的固定采带框的无磁钢板和粘性NOMEX（厚度为0.05mm）且在线包内接热电偶线采用温度控制测试线，外接微电脑进行温度控制。为了更有效地降低温升，中间采用空气隙进行分离，温升分布均匀。

2.5.3 高、低压线圈引出线全采用电流密度较小的厚铝板进行接线。从而减少的电流的波

动及稳定。

2.6 额客电压和额定电流的计算：

a. 高压线圈为D接线时，其线电压等于相电压=400V

b. 低压线圈为y接线，其线电压为400V时，相电压为=400 /=230V

c. 高压线圈为D接线时，其线电流=185/(0.4 ×)=267A，相电流=267 /=154.2(A)

d. 低压线圈为y接线，其线电流=185/(0.4×)=267A，相电流=267(A)

2.7 铁心直径的选择

铁心直径的大小，直接影响材料的用量，变压器的体积及性能等经济指标。故选择经济合

理的铁心直径是变压器设计的重要一环。硅钢片重量和空载损耗随铁心直径增大而增大，

线圈导线重量和负载损耗随时铁心直径增大而减小。合理的铁心直径就是硅钢片和导线材

料的用量比例适当，达到最经济的效果，铁心直径的大小与采用的硅钢片性能和导线材料

直接有关，根据关系式的推导，铁心直径D与变压器容量P的四分之一次方成正比的关系，但因为变压器分单相、三相、双绕组、自耦等等，同样容量但消耗材料不同。一般将材料

消耗折算成物理容量进行计算，为了计算方便，均以每柱的物理容量Pa为其础，按下式

求出铁心直径D

由于使用了铝线材料，依据经验公式，D=58~62=60×=168mm

如若使用圆形截面,其截面约为198cm2。由于该设计使用矩形面积为

=160×135x0.91=198cm2（0.91为叠片系数），所以长×宽=160×135mm；净面

积为198cm2铁心采用DQ147-35A优制钢片。

2.8 线圈匝数的计算：

a. 每匝电压et的确定：

按电磁感应定律得：E1=4.44×f×N1×Bm×Ae×10-5

其中E1近似为输入电压，

N1为一次卷线卷数，

Bm磁通密度（千高斯）

Ae铁心有效截面积（cm2）

F频率50Hz

b. 每匝电压，初选取每匝电压，已知铁心截面硅钢片牌号，即可实选et

磁通密度为较低些好，取15-16.5千高斯，现暂取为16.0kGauss

c. （伏/匝）