小型单相变压器

1、电机拖动课程设计烟台南山学院题目小型单相变压器设计姓 名： 张 栋所在学院：烟台南山学院所学专业：自动化班 级：09自动化一班学 号：200902010104指导教师：刘丽丽完成时间：2012-10-23摘要本文设计内容为单相变压器，包括单相变压器的结构及参数确定。因此在单相变压 器的设计中，只有了解单相变压器的结构和原理，正确计算参数，才能最终设计出合理， 实用的单相变压器。根据单相变压器的基本结构和工作原理，先通过测量计算二次侧总容量和一次侧 总容量得出变压器的额定电容，然后通过测量铁芯的宽度和厚度来确定铁芯的截面积， 继而选定铁芯尺寸，再者测量绕组匝数和导线的直径，最后通过前几步的测量和

2、计算， 绕组排列及铁芯尺寸的最后确定。关键词：单相变压器；绕组；铁芯；额定电容。AbstractThis design for the single-phase transformer, including single phase transformer structure and parameters determination. Therefore in the single phase transformer design, only to understand the structure and principle of the single-phase transformer, t

3、he correct calculation of parameters, to design a reasonable, practical single-phase transformer.Single phase transformer according to the basic structure and working principle, first through the measurement and calculation of two side total capacity and total capacityof a side drawntransformer rate

4、d capacity, then by measuring the core width and thickness to determine the core cross-sectional area, and then the selected core size, then measures the number of winding turns and the diameter of the wire, finally before a few step measurement and calculation, winding arrangement and core size det

5、ermining final.Key words: single phase transformer; winding; core; rated capacity. TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 绪论1 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1小型单相变压器2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.1变压器简介2 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.2变压器的工作原理

6、2 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.2.1电压变换2 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 1.2.2电流变换3 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2变压器的基本结构4 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 设计内容5 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.1额定容量的确定 5 HYPERLINK l bookmark57 o Current Doc

7、ument 3.1.1二次侧总容量5 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.1.2 一次绕组的容量 5 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.1.3变压器的额定容量 6 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 3.1.4 一次电流的确定6 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 3.2铁心尺寸的选定6 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.3绕组的匝数与导线直

8、径8 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.4绕组排列及铁心尺寸的最后确定9 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 总体计算10总结12 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 心得体会13 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 参考文献14绪论我国电力变压器节能产品的发展历史从五十年代初到七十年年代末这三十年中，随 着我国经济建设事业的发展，变压器类产品从无到有，发展为几十个系列，其中大部分产 品是仿苏热

9、轧硅钢片产品，技术经济指标较低，基本上处于世界上五、六十年代的水平。 一九七九年四月，当时的一机部电工总局在长沙召开了电器、电材行业产品更新换代会议, 提出“更新的产品要在确保运行安全可靠的前提下，节约能源的奋斗目标。低损耗电力变 压器是机械工业十二类节能产品中取得较好成绩的一类产品。1983年大、中、小型低损 耗电力变压器生产量达700多万干伏安，其中小型电力变压器约为300万千伏安。这些电 力变压器代替五十年代生产的高损耗变压器，全部投入运行后，年节电量约在l2亿度以 上。为了进一步节约能源，提高产品的经济效益，中小型电力变压器仍须不断地向前发 展。另一方面，在全球化竞争中，虽然我国在小容

10、量方面已经拥有相当的实力，并在国 际市场中占有重要的地位，但是在高容量、超高容量变压器方面，我国的技术实力还非 常薄弱，这就造成了欧美发达国家高容量、超高容量变压器市场我国无法进入的情况， 这将阻碍我国变压器行业今后的发展，需要引起高度的关注。1小型单相变压器1.1变压器简介变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，电子变压器厂当初级线圈中通有交流 电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流。变压 器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫 初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。电感变压器产品可以提供 进口滤波平面电感器、平 面主变压器、初

11、级电流互感器、输出滤波平面电感器、输出滤波用金属磁粉心磁环MPP 等电感变压器整套的产品.电感变压器公司开发出LAMDA模块用系列平面变压器产品 PULSE平面变压器替代产品小型变压器指的是容量1000V.A以下的变压器。最简单的小 型单相变压器由一个闭合的铁心（构成磁路）和绕在铁心上的两个匝数不同、彼此绝缘的 绕组（构成电路）构成。这类变压器在生活中的应用非常广泛。1.2变压器的工作原理变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变 压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。变压器（transformer）是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一 电压的交

12、流电的能量的变换装备2-。根据法拉弟电磁感应定律和楞次定律，简单说明如下：当原线圈（就是本来就有电的 那组线圈）中的电流增大时，这个线圈在铁芯中产生的磁场也增强（磁场的方向可以用右 手螺旋定则来判断），这时，在副线圈（就是原本没有通电的那组线圈）上就要产生感应电 流，感应电流的方向与原线圈中的电流方向相反（这样的结果是副线圈中的电流产生的磁 场的方向与原线圈中的电流产生的磁场的方向相反）。当原线圈中的电流在减小时，电流在铁芯上产生的磁场也减弱，这时在副线圈中就 产生了与原线圈电流方向相同的电流，这个电流在铁芯上产生的磁场方向与原线圈在铁 芯中产生的磁场方向相同。如此变化下去，原线圈中由于电流的

13、改变，就在副线圈中产生了电流。这就是变压 器的工作原理。1.2.1电压变换当一次绕组两端加上交流电压时，绕组中通过交流电流，在铁心中将产生既与一次绕组交链，又与二次绕组交链的主磁通。k说明只要改变原、副绕组的匝数比，就能按要求改变电压。1.2.2电流变换变压器在工作时，二次电流12的大小主要取决于负载阻抗模| Z1 |的大小， 流I1的大小则取决于12的大小。又 U 111 = U 212（1）（2）（3）（4）而一次电（5）（6）说明变压器在改变电压的同时，亦能改变电流。小型变压器的原理：小型单相变压器一般是指工频小容量单相变压器。2变压器的基本结构变压器基本结构如图1所示。图1变压器绕组结

14、构1、铁心：铁心是变压器磁路部分。为减少铁心内磁滞损耗涡流损耗，通常铁心用含 硅量较高的、厚度为0.35或0.5mm、表面涂有绝漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁心分为铁柱和铁轭两部分，铁柱上套装有绕组线圈，铁轭则是作为闭合磁路之用， 铁柱和铁轭同时作为变压器的机械构件。铁心结构有两种基本形式：心式和壳式。2、绕组：绕组是变压器的电路部分。一般采用绝缘纸包的铝线或铜线绕成。为了节 省铜材，我国变压器线圈大部分是采用铝线。3、其它结构部件：储油柜、气体继电器、油箱。图2单相心式变压器1一铁柱一铁轭；3高压线圈；4-低压线圈3设计内容计算内容有四部分：额定容量的确定；铁心尺寸的选定；绕组的匝数与导线

15、直径； 绕组（线圈）排列及铁心尺寸的最后确定。3.1额定容量的确定变压器的容量又称表现功率和视在功率，是指变压器二次侧输出的功率，通常用KVA 表示。3.1.1二次侧总容量小容量单相变压器二次侧为多绕组时，若不计算各个绕组的等效的阻抗及其负载阻 抗的幅角的差别，可认为输出总视在功率为二次侧各绕组输出视在功率之代数和，即S = U I + U I +. + U I（7）22233n n式中， s 二次侧总容量（VA）U : U，U 二次侧各个绕组电压的有效值（V）；I 2，I，3 I 二次侧各个绕组的负载电流有效值（A）。23n3.1.2 -次绕组的容量对于小容量变压器来说，我们不能就认为一次绕

16、组的容量等于二次绕组的总容量， 因为考虑到变压器中有损耗，所以一次绕组的容量应该为ss1= T （单位为VA）（8）式中s变压器的额定容量；门一一变压器的效率，约为0.80.9,表1所给的数据是生产时间的统计数据， 可供计算时初步选用。表1小容量变压器计算参考数据变压器容量sIV A磁通密度B /-4m X10 T效率n（%）电流密度j/ (A mm 2)铁心计算中的K值小于106000700060 703 2.50210 507000800070 802.5 22 1.550 1008000900080 852.5 21.5 1.310050090001100085 902.5 1.51.3

17、 1.255001000110001200090 921.5 1.21.25 1.13.1.3变压器的额定容量由于本次设计为小型单相变压器，所以不考虑在三相变压器中的情况，只考虑在小 型单相变压器的情况。小型单相变压器的额定容量取一、二绕组容量的平均值， TOC o 1-5 h z S=1 *（Si +S2）（单位为 VA）（9）21 23.1.4-次电流的确定/= （1.11.2）S（10）1（10）式中（1.11.2）考虑励磁电流的经验系数，对容量很小的变压器应取大的系 数。3.2铁心尺寸的选定（1）计算铁心截面积A为了减小铁损耗，变压器的铁心是用彼此绝缘的硅钢片叠成或非晶材料制成。其中

18、套有绕组的部分称为铁心柱，连接铁心柱的部分称为铁轭，为了减少磁路中不必要的气 隙，变压器铁心在叠装时相临两层硅钢片的接缝要相互错开。小容量变压器铁心形式多采用壳式，中间心柱上套放绕组，铁心的几何尺寸如图4 所示。图3变压器铁心小容量心柱截面积A大小与其视在功率有关，一般用下列经验公式计算（单位为cm2 ）。(11)A铁心柱的净面积，单位为cm2K 截面计算系数，与变压器额定容量S 有关，按表3-2选取，当采用优质冷轧硅钢 0片时K 0可取小些截面积计算系数K 0表2截面积计算系数k。的估算值S Sn/VA500K 021.751.751.51.51.351.351.251.251.0计算心柱截

19、面积A后，就可确定心柱的宽度和厚度，根据图3可知A ab = ab K（12）式中 a心柱的宽度（mm）；b心柱的净叠厚（mm）；b心柱的实际厚度（mm）；七一一叠片系数，是考虑到铁心叠片间的绝缘所占空间引起铁心面积的减小所引 入的。对于0.5mm厚，两面涂漆绝缘的热轧硅钢片，K =0.93；对于0.35mm厚两面涂漆 绝缘的热轧硅钢片，K =0.91 ；对于0.35mm厚，不涂漆的冷轧钢片，k =0.95。按A的值，确定a和b的大小，答案是很多的，一般取b=（1.22.0）a，并尽可能 选用通用的硅钢片尺寸。表3列出了通用的小型变压器硅钢片尺寸。表3小型变压器通用的硅钢片尺寸achAH137

20、.52240341692450401910.530605022113366552512.537.57562.528144284703216489680381957114954422661321105025751501255828841681406432961921603.3绕组的匝数与导线直径(1)计算每伏电压应绕的匝数从变压器的电势公式E=4.44fNBmA，若频率f=50Hz，可得出每伏所需的匝数(13)可取B=1.2m(14)(15)心 N1084.5 X103N =0 E 4.44fB AB A式中N0 对应于每伏电压的匝数，单位：匝/V Bm 铁心柱内工作磁密最大值，单位：TA铁心柱

21、截面积，单位：cm2当铁心材料国热轧硅钢片时，取B=1.01.2T；采用冷轧硅钢片时， m1.5T。然后根据N和各线圈额定电压求出各线圈的匝数N2 = (1.05 1.10) N U2N = NUN3 =(1.05 1.10)N U3(16)式中NN2Nn各线圈的匝数。为补偿负载时漏阻抗压降，副边各线圈的匝数均增加了 5%10%。(2)计算导线直径d小型变压器的线圈多采用漆包圆铜线(QZ型或QQ型)绕制。为限制铜损耗及发热， 按各个绕组的负载电流，选择导线截面，如选的小，则电流密度大，可节省材料，但铜 耗增加，温升增高。小容量变压器是自然冷却的干式变压器，容许电流密度较低，根据 实践经验，通过

22、导线的电流密度J不能过大，对于一般的空气自然冷却工作条件，J=2 3A/mm2。对于连续工作时可取J=2.5A/mm2导线的截面积：Ac=I/j。导线的直径：d =己=1.13，mm =0.715 1 兀、j j导线直径可根据工作电流计算，式中：d原、副边各线圈导线直径，单位：mm；I原、副边各线圈中的工作电流，单位：A；根据算出的直径查电工手册或表4选取相近的标准线径。当线圈电流大于10A时，可采用多根导线并联或选用扁铜线。表4导线材料的选取螺线螺径 线直 导线品种线卜、口口 种X0.06径.140.150.210.230.330.350.490.510.620.640.720.740.96

23、1.01.741.812.022.12.44高强度聚酯漆包线0.030.040.050.060.070.080.090.110.120.13硅有机单玻璃丝包线0.200.220.220.24硅有机双玻璃丝包线0.250.270.270.283.4绕组排列及铁心尺寸的最后确定绕组的匝数和导线的直径确定后，可作绕组排列。绕组每层匝数为(17)n 0.9h - (24)N =。 d式中 d绝缘导线外径(mm)；h铁心窗高(mm)；0.9考虑绕组框架两端厚度的系数；(24)考虑裕度系数。各绕组所需层数为(18)Nm =Nc各绕组厚度为(19)t = m (d + d ) + yi=1，2, .，n式中

24、。一一层间绝缘厚度(mm),导线较细(0.2mm以下)，用一层厚度为0.02 0.04mm白玻璃纸，导线较粗(0.2mm以上)，用一层厚度为0.050.07mm 的电缆纸(或牛皮纸)，更粗的导线，可用厚度为0.12mm的青壳纸； 绕组总厚度为t = (t +1 +1 +. +1 ) X (1.11.2)(20)012n4总体计算UTTU图4三绕组变压器如图 4 所示，取U = 220V U = 300VU = 50V I = 0.2A I = 0.1A计算变压器的主要参数，并选择可行的材料。23解：1、计算变压器的额定容量S N计算副边的容量:S =U I +U I =300*0.2+50*0

25、.1=65(VA)22 23 3计算原边的容量：q = s2/n根据表1：小型单相变压器的效率n的估算值可以取n=0.82因此，S = S /n=65/0.82=79.3(VA)计算变压器的额定容量S =1/2 (S + S ) =0.5* (65+79.3) =72.2(VA)考虑到存在着一定的损耗，故可以定变压器的额定容量近似取75V-A2、铁心尺寸的选定1)计算铁心截面积AA = k0、.Sv N根据表2.截面积计算系数K0的估算值可以取K0=1.40因此，A=k；1二1.40瑚75 =12.1 (cm2)2)铁心中柱宽度a与铁心叠厚b的计算根据表3.参数a、b的选取可以近似取a=28m

26、m因此，b=110F/a=110*12.1/28=47.5mm.此时b/a=47.5/28=1.7满足b=(1.22)a的通常要求。3、计算绕组线圈匝数1)求出每伏电压应绕的匝数心 N1034 450000 ,N0 = E = 444A = =3.4 (匝/V)mm式中的B=1.1T(铁心材料国热轧硅钢片)2）根据N 0和各线圈额定电压求出各线圈的匝数N 1 = N0U1=3.4*220=748N2 =(1.051.10)N0U2=1.10*3.4*300=1122N3 =(1.051.10)N0U3=1.10*3.4*50=1874、计算导线直径d导线的截面积：Ac=I/jS11 = (1.11.2)可1二 1.15*79.3/220=0.415(A)Ac1=0.415/2.5=0.17mm2d1 =1.13=0.715 7 =0.46mm同理：Ac2=0.08mm2d2 =0.32mmAc3=0.04mm2d 3 =0.23mm根据所求解的数据:可以取原边的材料为高强度聚酯包线QZ0.06副边的材料为高强度聚 酯包线QZ0.05总结，总结在本次的课程设计是以电机与拖动我们的教材为主线，基本能按照设计任务书、 指导书、技术条件的要求进行。通过上面的设计可知：一般的小容量单相变压器的计算内容有四种部分：容量的确 定;铁心尺寸的确定；