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HXD3B大功率运货电力机车变压器研究

时间:2013-04-08 22:32来源:e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
将HXD3B型电力机车变压器与HXD3型电力机车变压器比较,从而发现此次HXD3B型电力机车变压器设计与工艺上有何优势,存在的欠缺,以便在今后的批量生产中进行改进,并且可以将总结出来

第一章 绪论


1.1课题的提出
我公司自2000年生产SS4G型电力机车至今,一直采取技术合作、技术引进手段,尚未独立设计并制造出电力机车的牵引变压器,因此此次HXD3B型电力机车变压器的试制也尤为重要,它的成功与否直接关系到我公司此次与庞巴迪公司合作项目的成败,更将影响到我公司在国内电力机车制造行业的地位以及未来的发展。在此次HXD3B型电力机车变压器的试制过程中,我公司工程师先后克服了主变压器外形几何尺寸限制、线圈短路阻抗精度要求高和内置3个电抗器的合理布置等一道道技术难关,并在结构形式的采用等方面,取得了许多再创新,同时生产制造严格推行全过程标准化,使生产的首台主变压器成为当今同类产品中体积小、重量轻、容量大、性能可靠、技术先进的产品,达到设计要求和装车要求。因大功率电力机车变压器的独立设计及制造在国内尚属首例,因此有必要对HxD3B型电力机车变压器的设计理念与制造工艺进行分析,同时找出它目前存在的不足,为日后的改进做好准备。


1.2电力机车及变压器的发展概况
自1958年试制成功我国第一台551型干线电力机车牵引变压器以来,国内企业先后研制成功553-559,TMI,DDjl等12种交直传动电力机车用牵引变压器。并在近十年内相继开发研制了AC4O00,DJ,“蓝箭”,“奥星”,“先锋号”,“中原之星”,“中华之星”,“天梭”,“SSJ3”等10余种交流传动机车及动车组用牵引变压器。
通过国内相关工程技术人员的努力,牵引变压器设计、制造技术取得了较大发展,满足了电力牵引总体线路对牵引变压器的要求,满足了我国电力机车及动车组用户的要求,为我国电气化铁路的发展作出了重大贡献。我国电力牵引变压器设计及工艺技术起源于20世纪50年代从前苏联引进的6Y2机车牵引变压器技术,代表产品为551型电力机车用TBQI型牵引变压器。该变压器为立式结构,采用铜管冷却、车内进风等技术。经过不断的技术改进,基本上形成了一个初步技术平台。20世纪70年代后期经过自主创新及技术升级等艰难过程,完成了552,553型机车牵引变压器的研制,此阶段为牵引变压器发展的初始期。80年代,随着我国改革开放,铁路发展加快,市场需求增加,牵引变压器技术进入了其发展壮大期,国内相继研制成功554系列货运机车用TBQ4系列变压器、555型机车用TBQS型变压器及557系列机车牵引变压器。90年代完成了交直牵引系列牵引变压器研制,包含556,557,555,559等型机车系列牵引变压器产品。
90年代中期开始了交流传动牵引变压器产品的研制,先后研制成功AC400O,Dj,DJJ等机车用10种交流传动牵引变压器。21世纪初期我国引进了DJI型机车及ABB公司的技术,牵引变压器设计及制造技术得到快速发展,平均每年有两个以上新品种面世。在主变流器的发展过程中,电力半导体器件起着决定性的作用,新型可关断功率器件不断涌现,其电压和电流以及开关频率不断提高。牵引变压器经历了与晶闸管牵引变流器、GTO牵引变流器、IGBT(1PM)牵引变流器三个配套发展阶段,牵引变压器技术与此同步发展。纵观牵引变压器的发展历史,可以将我国电力牵引变压器的设计及工艺技术划分为6个技术平台,近几十年来电力牵引变压器设计及工艺技术发展进程加快,逐步与国外牵引变压器技术接轨,主要技术上不存在太大的差异,制造工艺也取得了长足进步,形成了系列化的变压器设计及制造能力。


第二章HXD3B电力机车变压器的工艺分析


HXD3B型电力机车变压器为我公司首次独立设计制造的机车牵引变压器,其中涉及到了变压器各方面的计算。本章将重点介绍变压器的铁心、线圈、引线、油循环的设计及工艺。


2.1铁心
HxD3B型电力机车变压器铁心为心式,直接缝,心柱截面采用多级圆结构,铁扼截面为矩形,心柱上开工艺孔,铁辘上开孔使用穿心螺杆紧固夹件。


2.1.1铁心截面的优化设计
变压器铁心最佳截面,是指在给定的铁心直径D、级数n、最小级片宽bn和其他一些如片宽尾数必须是O或5、叠厚必须是整数、外圆误差在允许范围内等约束条件下的铁心最大截面。最佳截面计算方法很多,穷举法是常用的方法之一,即将各种可能的叠积尺寸均试算一遍,从中选取一组使截面为最大时的叠积尺寸,这一方法在铁心直径较小(<120)时很有效。但当铁心直径较大、级数较多时,不适合用穷举法,而适合用动态规划方法。用该方法计算任意铁心直径截面的最优解,既准确又快捷,结果令人满意。本次HXD3B型电力机车变压器铁心便是采用了动态规划方法,最终确定每级叠厚和截面积。下面将简要介绍一下采用此方法的原理以及HXD3B型电力机车变压器铁心参数。


2.2线圈
HXD3B电力机车变压器线圈的设计是此次我公司独立设计制造电力机车变压器成败的关键。不但是因为线圈参数直接决定变压器的变比、额定电流、阻抗电压等参数,更因为变压器温度最高部位往往集中在线圈处,所以线圈处温升的控制也是变压器设计的难点。本节将首先对HXD3B电力机车变压器线圈形式及参数做一介绍,然后将介绍线圈油道的设计,最后将介绍并分析线圈绕制工艺。


2.2.1线圈形式及参数
HXD3B电力机车变压器线圈的绕线方式为层式。层式线圈的散热主要依靠层间油道,由线圈的层间油道以及夹件共同组成了变压器器身的散热系统。为了满足高阻抗的要求,线圈采用复杂的全分裂结构,六个牵引线圈之间互不相连,相互退祸,彼此影响小,高压线圈是并联的。满足总体对主变的电磁祸合要求,牵引线圈之间为疏祸合。导线采用了换位导线,所谓换位导线,就是由一定根数的漆包扁铜线组合成宽面相互接触的两列,按要求在两列漆包扁导线上面和下面沿窄面做同一转向的换位,并用电工绝缘纸带或网带作多层连续紧密或单层绕包的绕组线。换位导线基本结构的设计和制造工艺己基本成熟,共分(1)纸绝缘缩醛漆包扁铜线CTC;(2)纸绝缘自粘缩醛漆包铜扁线CTC;(3)热收缩自粘漆包铜扁线网包(绳包)自粘CTC:(4)带油道网包自粘缩醛漆包铜扁线CTC;(5)带屏蔽的纸绝缘缩醛漆包铜扁线CTC;(6)阶梯状纸组合绝缘缩醛漆包半硬态铜扁线CTC;(7)上述各种类型CTC的半硬态形式;此次采用的是纸绝缘自粘缩醛漆包铜扁线CTC,绝缘纸为H级,优点是绝缘等级高,采用自粘缩醛漆包铜扁线在线圈热风干燥过程中重新固化,有利于线圈的定型,提高线圈的机械强度。


第三章 HXD3B与HXD3电力机车变压器.............................. 56-62
    3.1 外形尺寸的比较........................... 56-58
    3.2 结构的比较 ...........................58-60
        3.2.1 铁心结构的比较........................... 58-59
        3.2.2 线圈结构的比较........................... 59-60
    3.3 油循环系统的比较........................... 60-61
    本章小结 ...........................61-62
第四章 试制过程中的关键问题........................... 62-63
    4.1 变压器线圈油道........................... 62
    4.2 变压器器身的接地问题........................... 62
本章小结 ...........................62-63


结论


此次HXD3B机车变压器的设计制造从2007年3月至2008年9月历时18个月,在设计过程中,先后突破了主变压器外形几何尺寸限制、线圈短路阻抗精度要求高和内置3个电抗器的合理布置等一道道技术难关,并在结构形式的采用等方面,取得了许多再创新,在试制过程中,克服了线圈油道散热面损耗大的缺点、变压器结构件接地状况不良等设计缺陷,并顺利通过权威检测机构—国家变压器质量监督检验中心沈阳变压器研究所的型式试验。


参考文献
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2电力变压器手册.辽宁科学技术出版社.1989
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4姚志松姚磊.中小型变压器实用全伟.机械工业出版社.2003
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7贺以燕,杨治业编.变压器试验技术人全.辽宁科学技术出版社.2005
8【日】村松政彦.降低人容量变压器损耗的措施.变压器损耗研究译文集.1987.5
9我国电力牵引变压器技术现状及展望.维普数据库.2006
10孙定华.对国产变压器质量的几点看法.变压器,2007(4)
 

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