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研究生:郭英德
研究生(外文):YING-TE KUO
論文名稱:油浸式非晶質鐵心配電變壓器設計技術
論文名稱(外文):Design Technology for Oil-Immersed Amorphous Metal Core Distribution Transformer
指導教授:周至如何金滿
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:代替論文:技術報告(應用科技類)
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:非晶質鐵心變壓器
外文關鍵詞:Amorphous Transformer
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非晶質鐵心變壓器是以非晶合金材料製成鐵心之變壓器,它具有超低鐵損的特性,再加上適度的降低銅損,故非晶質鐵心變壓器可說是一種具環保及省能源產品,值得推廣應用於電力系統中。油浸式非晶質鐵心變壓器的設計,可以分為電氣設計和構造設計(機械設計)兩大部份。依顧客所要求的規格,計算所需鐵心大小、線圈導體的匝數及尺寸,以及電氣特性(通常包括效率、電壓調整率、激磁電流、漏阻抗及耐壓等特性)的設計,稱為電氣設計。依照電氣設計所求出的各種參數,隨後進行構造設計,主要為絕緣間距及構造強度相關之設計並繪製製造圖面。本報告主要針對油浸式非晶質鐵心配電變壓器之電氣設計,文中首先介紹非晶質鐵心變壓器的特點及目前台電公司使用此種變壓器之現況與預期發展,然後針對此種變壓器在電氣設計上所考慮的因素及項目加以介紹,並針對鐵心、線圈及主要配件的設計方法及相關計算加以說明,最後並舉實例,以說明整個設計的過程細節以供參考。
The transformers with amorphous metal core have characteristics of very low core loss and moderate decreasing the copper loss. Therefore, they are compatible with environmental protection and energy conservation. They are widely used in the power systems. The design of amorphous metal core transformers can be divided into two major parts, namely electrical design and structure design. The electrical design, according to the specifications requested by the customers, is to calculate the core size, the conductor size and turn number of windings, and the required electrical characteristics which in general include efficiency, voltage regulation, excitation current, leakage impedance and voltage stress. Based on the electrical design parameters, the structure design is proceeded which mainly include the designs related to insulation span and strength of structure. This report mainly focuses on the electrical design of oil-immersed amorphous metal core transformers. The features of this type of transformer are first introduced, and their application situations on Taipower system and future tendency are described too. Then the considerations associated with electrical design are illustrated. Furthermore, the design method and related calculations are described in detail. Finally, a practical design case is presented for depicting the whole design procedure details.
目 錄

中文摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
圖 目 錄 VI
表 目 錄 IX

第一章 緒 論 1
1.1 動機及目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 技術報告範圍與內容 2

第二章 變壓器之構造及基本原理介紹 3
2.1變壓器之基本構造 3
2.2法拉第定律(FARADAY'S LAW) 4
2.3安培定律 (AMPERE'S LAW) 6
2.4變壓器之等效電路模型 9
2.5磁滯迴線(HYSTERESIS LOOP) 14

第三章 非晶質鐵心材料介紹 19
3.1 非晶質合金材料的成份 19
3.2 非晶質合金材料的製造 20
3.3 非晶質鐵心特性介紹 21
3.4非晶質鐵心形式及製造流程 26
3.4.1非晶質鐵心型式 26
3.4.2非晶質鐵心製造流程 30

第四章 非晶質鐵心變壓器應用特性及發展概況簡介 33
4.1傳統與非晶質鐵心變壓器的特性比較 33
4.2非晶質鐵心變壓器運轉總成本之經濟評估 34
4.3非晶質鐵心變壓器在國內發展概況 40
4.4非晶質鐵心變壓器大容量化實用技術之發展概況 43

第五章 油浸式非晶質鐵心變壓器的設計綱要和實例 55
5.1設計程序 55
5.2設計實例之解說 56

第六章 結論與未來展望 76

參 考 文 獻 77

圖 目 錄
圖 2-1 變壓器構造簡圖 3
圖 2-2 三相內鐵式及外鐵式變壓器示意圖 4
圖 2-3 變壓器電路示意圖 5
圖 2-4變壓器鐵心磁路與繞組電流示意圖 8
圖 2-5封閉路徑包圍一次側與二次側電流匝數示意圖 9
圖 2-6實際變壓器等效電路模型 10
圖 2-7二次側置換至一次側變壓器等效電路模型 12
圖 2-8變壓器近似等效電路模型 13
圖 2-9鐵心磁滯迴線例 14
圖 2-10(a)電壓、磁通及激磁電流(b)相對應的磁滯迴線 15
圖 2-11以HC - BC曲線表示之磁滯迴線 17

圖 3-1結晶質與非晶質金屬的分子排列情形 19
圖 3-2非晶質合金製造示意圖 21
圖 3-3傳統與非晶質鐵心變壓器磁化曲線比較 22
圖 3-4非晶質合金與矽鋼片損耗比較 23
圖 3-5非晶質鐵心溫度與鐵損關係 24
圖 3-6非晶質鐵心溫度與激磁容量關係 24
圖 3-7十字形鐵心 26
圖 3-8環形鐵心 27
圖 3-9分佈搭接式鐵心 27
圖 3-10分佈搭接型鐵心製作方法 28
圖 3-11鐵心搭接情形 28
圖 3-12外鐵型疊接式鐵心 29
圖 3-13圓形鐵心切斷 29
圖 3-14鐵心切斷後展開成疊片 29
圖 3-15將疊片在接模上重組 29
圖 3-16成型後之疊接式鐵心 30
圖 3-17積鐵心的疊合方式 30
圖 3-18非晶質鐵心生產流程示意圖 31
圖 3-19非晶質鐵心桿上型與亭置式變壓器之外觀 32

圖 4-1單相25KVA矽鋼片與非晶質變壓器運轉總成本比較 36
圖 4-2單相50KVA矽鋼片與非晶質變壓器運轉總成本比較 37
圖 4-3單相100KVA矽鋼片與非晶質變壓器運轉總成本比較 38
圖 4-4三相矽鋼片與非晶質鐵心變壓器運轉平衡年限比較圖 39
圖 4-5容量5000KVA之非晶質變壓器照片 40
圖 4-6非晶質桿上型與亭置式變壓器外觀照片 41
圖 4-7 鐵心端面塗膠示意圖 44
圖 4-8 線圈與鐵心橫臥式組裝示意圖 44
圖 4-9 捲繞式非晶質鐵心裁剪加工示意圖 45
圖 4-10 捲繞式三相五腳鐵心結構 46
圖 4-11 三相五腳鐵心直立組裝示意圖 47
圖 4-12 三相三腳鐵心直立組裝示意圖 48
圖 4-13 疊積式非晶質鐵心裁剪組裝示意圖 48
圖 4-14 疊積式三相三腳鐵心結構 49
圖 4-15 疊積式三相五腳鐵心結構 49
圖 4-16 改良式三相三腳非晶質鐵心組裝示意圖 50
圖 4-17 多段鐵心組合示意圖 52
圖 4-18 鐵心側面支撐鐵板示意圖 53

圖 5-1 非晶質鐵心變壓器之心體結構 74
圖 5-2 非晶質鐵心變壓器之外型結構 75


表 目 錄
表 3-1非晶質合金材料與G6H方向性矽鋼片的特性比較 25

表 4-1 單相25KVA變壓器特性 33
表 4-2 非晶質鐵心變壓器與矽鋼片鐵心變壓器的鐵損比較 34
表 4-3 改使用非晶質鐵心變壓器預估在2010年可節約的能源 41
表 4-4非晶質鐵心變壓器對環境收益比較表 42
表 4-5 三相三腳與三相五腳非晶質鐵心變壓器之比較 51

表 5-1油道設計 59
表 5-2高壓線圈設計 60
表 5-3低壓線圈設計 60
表 5-4線圈完成尺寸設計 60
表 5-5 %IX設計 62
表 5-6損失設計 67
表 5-7線圈溫升設計 68
表 5-8外殼設計 68
表 5-9總重量設計 69
表 5-10非晶質鐵心變壓器2500KVA設計參數 70
參 考 文 獻
【1】C.E.Lin,C.L.Cheng and C.L.Huang,“Harmonic Analysis Part II,”

IEEE Transactions on Power Delivery,Vo1.8,No.1,January 1993.

【2】John H. Brunke, Klaus J Frohlichand, Elimiation of Transformer

Inrush Currents by Controlled Switching-Part I: Theoretical

Considerations, Senior Member, IEEE Transactions on Power

Delivery, Vo1.16,No.2,April 2001.

【3】G.Segers, A.Even and M.Desmedt,“Amorphous Core Transformer:

Behavior in Particular Network and Design Comparison,”CIRED

97,Conference Publicayion,No.438,IEEE,2-5 June,1997.

【4】B.A.Luciano,“Single Phase 1-kVA Amorphous Core Transformer:

Design, Experimental Test,and Performance After Annealing,”

IEEE Transactions on Magnetics, Vo1.35,No.4,July 1999.

【5】Gary W. K. Chang, IEEE Power Engineering Society Tutorial on

Harmonics Modeling and Simulation TP-125-0,Chapter 2,1998.

【6】S. Lupi, M. F. Nunes,“Amorphous Core Transformers For

Induction Heating Converters at 25KHz”,IEEE Transactions on

Magnetics.2935-5(1990)pp.2036-2039.

【7】P. S. Shin, J. Lee,“Magnetic Field analysis of Amorphous Core

Transformer Using Homogenization Technique”,IEEE

Transactions on Magnetics. Vo1.33, No.2,March 1997.

【8】Q. F. Xu, A. Refsum,“Analysis of some Numerical Models of

Hysteresis loops”,IEE 2nd International Conference on Advances

In Power system control, Operation and Management, December

1993, Hong Kong.

【9】Francisco de Leon, Adam Semlyen,“A simple Representation of

Dynamic Hysteresis Losses in Power Transformers”,IEEE

Transactions on Power Delivery, Vo1.10. No.1,January 1995.

【10】Juhani Tellinen,“A Simple Scalar Model For Magnetic”, IEEE

Transactions on Magnetics, Vo1.34, No4, July1998.

【11】“Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control

in Electric Power Systems”,IEEE Standard 519-1992, IEEE, New

York,1993.

【12】J.Arrillaga, D. A. Bradley, and P. S. Bodger, Power System

Harmonics, John Wiley & Sons, New York,1985.

【13】G. T.Heydt, Electric Power Quality, Stars in a Circle

Publications, West Lafaystte, IN,1991.

【14】Linden W.Pierce,“Transformer Design and Application

Considerations for Nonsinusoidal Load Currents”IEEE Trans.

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【15】Draft of Practices and Requirements for Semiconductor Power

Rectifier Transformers, Draft 7, IEEE standard C57.18.10,

Mar.25,1992.

【16】A.E.Fitzgerald, Charles Kingsley, Jr.Stephen D.Umans,

“Electric Machinery”,5/E in SI Units, Metric Editions,1992.
【17】陳勵生,“不同直流偏壓下對25KVA 非晶質鐵心變壓器的影響分析與測試”,pp.41~57,中原大學電機系碩士論文,91年6月。
【18】周錦明,“非晶質變壓器磁滯迴線的求取分析與測試”,pp.49~59中原大學電機系碩士論文,91年5月。
【19】簡永欽,“諧波對非晶質鐵心變壓器的性能影響分析與測試”pp.13~14,中原大學電機系碩士論文,91年6月。
【20】張欽聰,“非晶質鐵心變壓器的特性研究”,pp.6~7,逢甲大學電機系碩士論文,93年1月。

【21】劉明智,“非晶質鐵心變壓器”,電機月刊,第四卷第四期,pp.80~84,1994年4月。
【22】郭約瑟,“非晶質鐵心配電變壓器的效益與展望”,電機月刊,第六卷第四期,pp.123~126,1996年4月。
【23】譚聖達,“簡介非晶質鐵心配電變壓器”,電機月刊,第三卷第五期,pp.85~87,1983年5月。
【24】潘耀徵,“電力及配電變壓器產業發展趨勢分析”,經濟部ITIS專題報告,pp.6-1~6-8,1999年6月。
【25】陳健賢,“進口非晶質鐵心配電變壓器特性研究”,台灣電力公司80年度研究報告,pp.2~4,1996年6月。
【26】陳建富、鄭至焜,“非晶質變壓器投資運轉成本之研究”,第十九屆電力工程研討會,pp.45~47,1998年11月。
【27】歐明師,“非晶質變壓器之運轉成本”,電機月刊,第八卷第四期, pp.192~196,1998年4月。
【28】陳昶男、林添福,“非晶質鐵心變壓器大容量化實用技術”,電機
月刊,第三卷第四期,pp.70~75,2005年4月。
【29】大同公司重電桃園廠網頁(網址:http://www.tatung.com)
【30】大同公司超高效率非晶質變壓器型錄,1999年3月。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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