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HV-Power-Transformer-Design-and-Mfg-Oct-8-9.pdf

深度学习

transformer

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transformer

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本文是图解Transformer的中文翻译版本，内容最大程度忠实于原文，并穿插了部分笔者自己的学习见解，本文详细剖析了Transformer的基本原理，是学习Transformer很好的一个起点。

Power Transformer Fundamentals:

Design and Manufacturing

Waldemar Ziomek, Engineering Manager

CG Power Systems Canada Inc

IEEE Training, Houston, Texas,

Oct.8-9, 2013

Overview

• Transformer Design

– Transformer Types

– Construction and Parts

• Core & Coils

– Electrical design

• Losses & Impedance

• Thermal, Dielectric & Short Circuit

• Cooling & Sound Level

– Mechanical design

• Tank

• Oil Preservation

• Transformer Manufacturing Process

Power Transmission & Distribution

The traditional power supply chain - from the

central power generator to the consumer:

GENERATION TRANSMISSION SUB-TRANSMISSION DISTRIBUTION DISTRIBUTED POWER

Generator Step-Up Auto-Transformer Step-Down Pads

Transformer Transformer

115/10 or 20 kV 500/230 230/13.8

132 345/161 161

161 230/115 132

230 230/132 115

345 69

500 34

With and without LTC

Specification vs. Design

• SPECIFICATION GIVES BASIC

PARAMETERS:

– Voltages (kV, BIL) ,

– power rating ( MVA),

– impedance (IZ), …

• DESIGNER/PRODUCER GIVES:

– Dielectric system

– Magnetic system

– Thermal system

– Mechanical system

– Oil flow ‘system’

– Sound ‘system’

Standards

 USA

 (ANSI) IEEE Std C57.12.00-1993, standard general requirements for liquid-

immersed distribution, power and regulation transformers ~ 50 Pages

 ANSI C57.12.10-1988, safety requirements 230 kV and below 833/958 through

8,333/10,417 KVA, single-phase, and 750/862 through 60,000/80,000/100,000

KVA, three-phase without load tap changing; and 3,750/4,687 through

60,000/80,000/100,000 KVA with load tap changing ~ 30+ Pages

 (ANSI) IEEE C57.12.90-1993, standard test code for liquid-immersed

distribution, power and regulating transformers and guide for short-circuit

testing of distribution and power transformers ~ 107 Pages

 NEMA standards publication no. TR1-1993; transformers, regulators and

reactors ~ 2 Pages

• CSA

• IEC

Simple Transformer

• Left coil - input

(primary coil)

– AC Source is connected

– Magnetizing current flows

and establishes the flux

in core

• Right coil - output (secondary

coil)

– Load

• Magnetic circuit (core)

• Problems ? Stray flux, transients,

heating, vibrations, noise, losses,

regulation, saturation, human errors,

dielectrics (high voltage insulation),

non-linear magnetics, fluid

dynamics, material defects,

contamination, etc.etc.

Real single phase transformer

Wound leg

LV winding

HV winding

Return core leg

In order to better control the stray flux distribution, both windings

are wound on same core leg

Equivalent Circuit

Rp+jXp Rs+jXs

X m

R m

Load

Rp+Rs ’ Xp+Xs’

X m R m

Load

Transformer Design Basis

Thermal

Dielectric

Short Circuit

Quality

Reliability

Consistent performance

Long Service life

Design Procedure

•

Select Core Diameter & Area (A)

•

Select Maximum Flux Density (Bm)

•

Find Volts/Turn = 4.44 x Freq x Bm x A

•

Find LV Turns = LV volts per Phase/ (V/T)

•

Find HV Turns = HV volts per Phase/ (V/T)

•

Select current densities LV & HV

•

Select Conductor Area = Current / Density

•

Select type of Winding:

–

Helical,Disc,Center-fed,end-fed

•

Finalize HV Axial & Radial

•

Finalize LV Axial & Radial

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