关于小型单相变压器的设计

关于小型单相变压器的设计 一、变压器的结构及工作原理 1.铁心 铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成 ,铁心分为铁心柱和铁轭俩部分;铁心柱套有绕组,铁轭闭合磁路之用 ;铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 。 2.绕组 绕组是变压器的电路部分， 它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成 3、变压器的工作原理： 变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。 小型变压器指的是容量1000VA以下的变压器。这种变压器在日常生活中应用非常广泛。 其基本工作原理如下： 在同一铁芯上分别绕有匝数为 N1 和 N2 的两个高、低压绕组，其中接电源的、从电 网吸收电能的 AX 绕组称为原绕组（一次绕组），接负载的、向外电路输出电能的 ax 绕组称为副绕组（二次绕组）。 当原绕组外加电压 U1 时，原边就有电流 I1 流过，并在铁芯中产生与 U1 同频率的交变主磁通 Φ ，主磁通同时链绕原、副绕组，根据电磁感应定律，会在原、副绕组 中产生感应电势 E1 、 E2，副边在 E2 的作用下产生负载电流 I2 ，向负载输出电能。 根据电磁感应定律则有： 在一次绕组上外施一变流电压U1便有I0流入，因而在铁心中激励一交流磁通φ，磁通φ同时也与二次绕组匝链。由于磁通φ的交变作用在二次绕组中便感应出电势ez。根据电磁感应定律可知，绕组的感应电势正比于安的匝数。因此只要改变二次绕组的匝数， 便能改变电势ez 的数值，如果二项绕组接上用电设备，二次绕组便有电压输出，这就 是变压器的工作原理。 假设初次、次级绕组的匝数分别为W1,W2,当变压器的初级接到频率为f，电压为V1的正弦变流电源时，根据电磁感应原理，铁心中的交变磁通φ将分别在一、二次绕组中感应出电势。一次绕组感应电势为：e1 - W1*dφ/dt 式中的dφ/dt为磁通的变化率，负号表示磁通增大时，电势e1的实际方向与电势的正方向相反。如果不计漏阻抗， 根据回路电势平衡规律可得： U1=- E1 其数值V1=E1=4.44fW1φm (1) 在二次侧同理可以得出： U2= E2= 4.44fW2φm (2) 由（1），（2）式之比得 U1/U2 = E1/E2 = W1/W2 = K 式中K就是变压器的变比，或称匝数比，设计时选择适当的变比就可以实现把一次 侧电压变到需要的二次电压。可见，只要改变原、副绕组匝数之比，就可变换电压，满 足不同用户的需求，这就是变压器基本工作原理。 1 二、确定变压器的额定容量 1、 一次电流的确定 SI1=（1.1～1.2） (A) U1 式中1.1～1.2—考虑励磁电流的经验系数。 U1—初级电压（V） 2、二次绕组侧的总容量 变压器的容量需要根据实际情况来确定，由于变压器内部有损耗，所以变压器的容量 要比实际大一些。 考虑一般情况，二次侧可能有多个绕组，在忽略各绕组的等效阻抗及负载阻抗的幅 角存在差距的情况下，可以认为输出总功率为二次侧绕组输出功率之和，即 S2=U2I2+U3I3+„„UnIn(VA) 一次绕组的容量对于小容量变压器，由于电功率在绕组传输中的损耗，不能认为一 次绕组的容量等于二次绕组的总容量，考虑变压器的损耗，一次绕组的容量应为： S2S,1 , 式中 S2——变压器二次容量，VA： U2、U3、„Un——二次各绕组电压有效值，v； I2、I3、„In——二次仍各绕组电流有效值．A。 η——变压器的效率。η总是小于1，变压器的容量越小，η也越小，v的数值见表1: 表1：小容量变压器效率值 二小于10-30 30-80 80-200200-400 400以次容量 10 （VA） （VA） （VA） （VA） 上（VA） S2 （VA） η 0．6 0．7 0．8 0．85 0．9 0．95 3、 变压器的额定容量： （单位V?A） 2 三、确定变压器铁心截面积Ac，并选用硅钢片尺寸 1、 铁心 为了减少铁损耗，变压器的贴心是用彼此绝缘的硅钢片叠成或非晶体片制成。其 中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，乡邻两层硅钢片的接缝要相互错开。 壳式变压器的特点是铁心包围绕组。此类变压器用铜量少，多用于小容量变压器中。 a b c H A 变压器的铁心中柱截面Ac的大小与变压器的额定功率有关，可按下列经验公式计 算，即 式中 Ac —— 变压器铁心截面积，cm2； Ko—— 经验系数，它是根据铁心材料好坏得出的经验数据，其值可由表2选取表2 P2（VA） 0～10 10～50 50～500 500～1000 K0 1.25～1.15 1.15～1．12 1.12～1．10 1 3 式中 a ——中柱宽，cm； b ——净叠厚，cm。 考虑到硅钢片冲制时切口边沿部分的毛刺和片间的绝缘层，铁心的实际迭厚b′比b大，即： b′=b/K（?） C 式中K——迭片系数。对厚度为0.35mm和0.5mm的硅钢片,K可取0.90～0.95,若CC采用成型框架绕制,K值可相应增大至0.96～0.97. C 上述K值是假设硅钢片冲制成型后,其切口边沿毛刺不大于0.035mm(此一毛刺高度C 常作为验收的最低标准),且装迭时,毛刺按同一方向排列.冲制质量欠佳,装迭时又不注意毛刺方向者,K值应取0.9或更小值. C 有时需要适当调整a与b,使b=(1.2-2.0) a比较合理.下表可查硅钢片尺寸 a c h A H 32 16 48 96 64 38 19 57 114 76 45 37 66 171 119 50.8 25.4 75 152.4 101.6 4 四、各组匝数N 1、 绕组 变压器的绕组用绝缘导线或扁导线绕成，实际变压器的高，低压绕组并不是分装 在两个铁心柱上，而是同心地套在同一个铁心柱上的。为了绝缘的方便，通常低 压绕组在里面，靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面。 2、 选择磁感应强度Bm 普通生铁片，取Bm?0.6～0.7T。Bm?热轧硅钢片1.11～1.5T；冷轧硅钢片1.5～ 1.7T 3、 计算主磁通Φm Φm =ABm 4、 计算绕线匝数N1和N2 N1=U1/4.44fBmA N2=U2/4.44fBmA „„ Nn=Un/4.44fBmA 式中 B---心柱的磁通密度最大值（T） f---交流电频率（Hz） U---该组电压（V） N---某组总匝数（匝） 对小容量变压器，要考虑其内部阻抗压降，为使在额定负载时二次侧有额定电压， 适当的增加二次侧绕组的匝数，约增加5%-10%的匝数。 5 五、 计算绕组导线的直径d1和d2 4I1N,d1 ,j 4I2N,d2 ,j 式中I—某组的工作电流(A) j—电流密度(A?mm2) j的数值与变压器使用情况有关,连续使用的变压器j可取3.7—4.7A?mm2;间歇 或短时工作的变压器j=5—6A?mm2. 计算出来的d值,应按表4查取. 截面积AC/0．02545 0．07548 0．1419 0．1735 ?2 裸线直径0．180 0．310 0．425 0．470 d/? 高强度聚0．217 0．362 0．488 0．536 酯漆包线QZ/? 6 六、计算线圈的尺寸、铁芯窗口尺寸核算 根据绕组匝数、线径、绝缘厚度，核算绕组所占铁芯窗口的面积，它应小于实际 窗口面积h×c，否则绕组有放不下的可能。 1、 线圈的厚度H1=(d1+f1)+F1 式中 ： f1---层间绝缘厚度，mm F1---线圈间绝缘厚度，mm 层间绝缘一般用0.55mm电缆线和牛皮纸，当线较细的时候可用厚0.02mm的电容纸或白玻璃纸，若线较粗可采用厚0.12mm的电缆纸或请壳纸。原，副边的绝缘厚度 F1，在电压不超过500V时，可选用2—3mm的电缆线，或者用0.12mm的清壳纸。 总厚度H应小于窗口宽度C.如果H>C,表示窗口不能容纳线圈，需增加铁心厚度 或铁心冲片厚度，重新进行计算，直至线圈能够绕下而剩余空隙有不大为好。 在电子线路中使用的电源变压器中，为了减小由电源引入的干扰，常在原线圈与 副线圈之间加一静电屏蔽层。 2、 根据所选铁芯的窗高h,计算绕组每层可绕的匝数ni ,0.9[h(2~4)],n id'式中：0．9——考虑到绕制时，匝间排线的平整、致密而加的系数。 2～4——为加强绕组两端与铁芯间的绝缘而预留的绝缘间隙。 3、 3、 每组绕组需绕层数 Ni(层) m,ini 7 七、设计过程 U1=220V U2=300V U3=36V I2=0.3A I3=0.1A 要求设计一个小型变压器，求出剩余参数。 1I 2I 1 223 UN NU 4 22 1U 5 N1 NU6 33 2 I7 3 图2 单相电源变压器 1、 一次绕组的容量S1 S2，，S,,163.1V,A1 , 式中η取0.85 2、 计算二次侧容量S2 绕组提供全波整流器，且用π形滤波器，因此实际输出功率应约为视在功率的 0.7---0.8倍，这里取Kb=0.75, S2=Kb(2U2I2)+U3I3=[0.75×(2×300×0.3)+36×0.1]V?A=138.6(V?A) 3、 变压器的额定容量 S，S142，15812 ，，S,,,150.8V,A22 4、 一次电流 150.8I1=（1.1～1.2） = S，，1.15，,0.60AU22015、 铁心截面 2 A,KS,1150.8,12.3cmO 式中K按表 2 取1 O A12.3 a,,,32.0mm1.21.2 8 按表3选用a=32mm的硅钢片，则 A12.3 b',,,42.7mmKa0.9，3.2C 6、 各绕组的匝数 取b′=43mm,硅钢片尺寸b/a=1.344有表3查得 2C=16mm h=48mm A=96mm H=80mm ,ABmwb,,12.3，10，0.9,0.001107,4m BmT,0.9式中 U220 N,,,895IN1,f4.444.44，50，11.07，10,4m U3002NN,,,12112,4 ,f4.444.44，50，11.07，10m U36 3NN,,,1463,4f,4.444.44，50，11.07，10m 7、 导线直径及导线选择 2 取电流密度j=4A/mm 2A=I/j=0.6/4=0.15mm 1′查表4导线的直径为d=0.425mm，查得QZ型漆包线膜后的直径为d=0.488mm。 11 同理 ′Ac=0.075mm d=0.310mm d=0.362mm 222′Ac=0.025mm d=0.180mm d=0.217mm 333 8、 各绕组所需层数 m=N/n=895/86=10.4取11（层） 111 m=1.08N/n=1.08×1221/114=11.6取12（层） 222 m=1.05N/n=1.05×146/191=0.80取1（层） 333 9、 各绕组每层匝 N=0.9[h-?(2～4)]/d′= 0.9×(48-2)/0.488=85 11 N=0.9[h-?(2～4)]/d′= 0.9×(48-2)/0.362=114 22 9 N=0.9[h-?(2～4)]/d′= 0.9×(48-2)/0.217=191 33 10、 各绕组厚度 对地绝缘：两层电缆纸（0.05mm ）,夹一层黄蜡布（0.14mm）,故F=2× 0.05+0.14=0.21（mm） 绕组间绝缘，一层青壳纸（0.12mm） 层间绝缘：N绕组及N绕组用一层电缆纸，f=f=0.05mm,N绕组用一层白玻璃纸,12121则f=0.02mm3 绕组框架用0.5mm弹性纸绝缘,外包对地绝缘厚度为F,其厚度E=(0.5+0.2)=0.7mm H=m(d+f)+F=11×(0.488+0.05)+0.2=6.12mm 1111 H=m(d+f)+F=12×(0.362+0.05)+0.2=5.14mm 2222 H=m(d+f)+F=1×(0.217+0.02)+0.2=0.44mm 3333 11、 绕组总厚度 H,1.15，(H1，H2，H3，E，2F) ,1.15，(6.12，5.14，0.44，0.7，2，0.2) ,14.72mm,c,16mm 所以按照这个参数可以设计成变压器. 10 八、结论 通过关于小型单相变压器的设计，我更多的了解了变压器，对于本次设计的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 如 下： 1． 小型变压器没制冷设备，完全靠自然冷却的干式变压器，容许的电度较低， 多用于控制系统当中，只有保证t 心得体会 决胜全面小康心得体会学党史心得下载党史学习心得下载军训心得免费下载党史学习心得下载 这是我第一次进行课程设计，在同学们的齐心努力和指导老师的精心的指导下顺 利完成了设计，过程曲折可谓一语难尽。通过设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这 一词的真正含义，才知道我们的科学前辈在搞科研时是多么不容易。 通过设计，我也学会了什么才是真正的团结协作，当和同组的同学一起工作的时 候可以让我们相互帮助，设计开始时，我怀着既好奇有担心的心情尝试做设计，在此 期间我也失落过，也曾一度热情高涨。汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味 无长。其中的艰辛只有我自己能体会。我感觉我和同学们之间的距离更加近了，相信 在此以后我们会更加团结，更加友爱，更重要的是做为一名合格的大学生拥有这样的 素质是很有必要的，团结协作是我们设计成功的一项非常重要的保证，而这次设计也 正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。同时我认为我们的工作是一个团队的工作， 团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能 导致整项工作的失败。设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知 道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。 课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前 老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我 才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力 提高自己知识和综合素质。 总之,这次的课程设计对我是一次考验,我从中也学会了不少书本中没有的知识, 积累了很多经验,相信有了这次经历对我以后的成长是非常有好处的,真的很感谢院 里给我这次机会. 12 十、参考文献 1、《电机工程手册》机械工业出版社，机械工程编写委员会1996年著 2、《变压器实验技术》保定天威保变电气股份有限公司 编著 2003年出版 3、《电机拖动与控制》 曹承志 主编 机械出版社 1997年出版 4、《电机与拖动》 唐介 主编 高等教育出版社 2003年出版 5、《电力拖动基础》 杨长能 编 重庆大学出版社 2002年出版 13