电拖课程设计-小型单相变压器设计.doc

小型单相变压器设计现今社会已经近乎于主导地位的洁净能源，还在继续提高着自己的位置。围绕着它所展开的学术研究也一天天的多了起来，针对着世界能源紧缺这个不可回避的问题，人们把希望寄托到了电的身上。它的产生方式很多，这就为它能多方式的产生打下了基础，如水能、风能等不好利用的能源，都能被合理的转化成电能，可见电的发展前景是很广阔的。发电、变电、用电，很多课题都已经大规模的展开，变压器也是其中一门很重要的学科。变压器是一种静止的电器，他广泛应用于电力系统及测量、控制和一些特殊的用电设备上。变压器的分类：按相数的不同，变压器可分为单相变压器和三相变压器等。按每相绕组数量的不同，变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。按结构型式的不同，变压器可分为心式和壳式两种。心式变压器的特点是绕组包围着铁心，此类变压器用铁量较少，构造简单，绕组的安装和绝缘比较容易，多用于容量较大的变压器中。壳是变压器的特点是铁心包围着绕组，此类变压器用铜量较少，多用于小容量变压器中。 对变压器设计，要求结合实验室提供的实物（该变压器为一台单相变压器，视载功率约为6VA，原方额定电压220伏，副方额定电压9V），上网查阅有关变压器的设计资料。对预设计变压器给出详细的理论计算。预设计单相变压器参数：视载功率50VA 原/副方额定电压220V/12V。 一、 变压器的工作原理变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图（1）所示。一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为，副绕组匝数为。图（1）变压器结构示意图理想状况如下（不计电阻、铁耗和漏磁），原绕组加电压，产生电流，建立磁通，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势。（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。 （1-1） （1-2）（） （1-3） （1-4）说明只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。（2） 电流变换变压器在工作时，二次电流的大小主要取决于负载阻抗模|的大小，而一次电流的大小则取决于的大小。 （1-5） （1-6）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。二、 变压器的基本结构1、 铁心：铁心是变压器磁路部分,【 它把互感的磁场与线圈耦合在一起。】为了减少涡流带来的损耗和产生的热量，实际使用的变压器铁心采用非常薄（通常厚度为 0.35 mm0.3mm0.27 mm）、含硅量较高电阻较大的硅钢片叠压而成或用非晶材料制成，通常表面还涂有绝缘漆。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。一般采用双丝包绝缘扁线或漆包圆线绕成。为了节省铜材，我国变压器线圈大部分是采用铝线。通常以内圈低压绕组、外圈高压绕组的形式绕在同一铁心柱上。如图（2）所示。 图（2）单相心式变压器3、 其它结构部件：储油柜、气体继电器、油箱。三、 设计内容计算内容有四部分：1、原副方额定电流计算 2、铁芯截面积计算 3、硅刚片的选择 4、原、副方绕组匝数的计算 5、原、副方绕组导线直径计算 6、铁芯窗口面积核算变压器的效率，约为0.80.9，表3-1 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3-1 小容量变压器计算参考数据变压器容量VA磁通密度10T效率（%）电流密度铁心计算中的值小于1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.11原副方额定电流计算 D1=0.374；I1=0.273 D2=1.600；I2=5.0052、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（4）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 ）。 （3-5）A=10.61A铁心柱的净面积，单位为cm2截面计算系数，与变压器额定容量有关，按表3-2选取，当采用优质冷轧硅钢片时可取小些截面积计算系数表3-2 截面积计算系数的估算值 /VA1010505010010050050021.751.751.51.51.351.351.251.251.0计算铁心柱截面积A后，就可确定心柱的宽度和厚度，根据图3可知 （3-6）a=2.5;Kc=1.7;A=式中 a心柱的宽度（mm）；b心柱的净叠厚（mm）；心柱的实际厚度（mm）；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，=0.93；对于0.35mm厚两面涂漆绝缘的热轧硅钢片， =0.91；对于0.35mm厚，不涂漆的冷轧钢片，=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3-3列出了通用的小型变压器硅钢片尺寸。表3-3小型变压器通用的硅钢片尺寸achH1316192225283238445058647.5910.51112.5141619222528322224303337.542485766758496405060667584961141321501681923440505562.57080951101251401603、硅钢片材料：冷轧硅钢片4、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 （3-7）Bm=1.47;No=303匝/V式中 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：T A铁心柱截面积，单位：cm2当铁心材料国热轧硅钢片时，取Bm=1.01.2T；采用冷轧硅钢片时，可取Bm=1.21.5T 然后根据N和各线圈额定电压求出各线圈的匝数 N1=No*U1=66660匝 （3-8） =4000匝 式中N1、N2 Nn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%。5、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=23A/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： =0.715 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3-4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3-4 导线材料的选取螺线直径导线品种0.060.140.150.210.230.330.350.490.510.620.640.720.740.961.01.741.812.022.12.44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0.250.270.270.286、铁芯窗口面积s=hc=37.5*12.5=468.75 cm2四、 实例计算如上图所示，取 计算变压器的主要参数，并选择可行的材料。1、原副方额定电流计算 D1=0.374；I1=0.273 D2=1.600；I2=5.0052、计算铁心截面积AA0根据表2. 截面积计算系数K0的估算值可以取K0=1.40因此，A0=1.40=12.1（cm2）3、硅钢片材料：冷轧硅钢片4、计算绕组线圈匝数 1）求出每伏电压应绕的匝数 =3.4（匝/V）式中的=1.1T (铁心材料国热轧硅钢片)2) 根据和各线圈额定电压求出各线圈的匝数 =U1=3.4*220=748 =（1.051.10） U2=1.10*3.4*300=1122 =（1.051.10） U3=1.10*3.4*50=1875、计算导线直径d导线的截面积：Ac=I/j. =1.15*79.3/220=0.415(A) Ac1=0.415/2.5=0.17 mm2 =0.715=0.46 mm同理：Ac2=0.08 mm2 =0.32 mmAc3=0.04 mm2 =0.23 mm 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。6、铁芯窗口面积s=hc=37.5*12.5=468.75 cm2五、 结论设计个单相小容量的变压器，首先要想到的就是变压器的基本结构，只有将参数设置的很好，才能让变压器更好的工作。当参数设定不正确的时候，变压器就会发生异常，甚至不工作或出现危险。按照上问我所写出的计算过程计算变压器的各个参数是很科学的，能很正确又快捷的计算出它们的理论值，对变压器的大概形象有个初步的定性。按照变压器的结构，有些部分对于小容量的变压器来说没有多大的意义，反而加大了变压器的体积，所以我们在可以省略的情况先，将一些不必要的东西省略，这就是化繁为简，既对变压器本身有好处，又能减低成本。当然，我们也不能不考虑变压器的安全性与稳定性。变压器是为我们服务的电气，如果反到伤害到我们的健康与生命，那都是我们不愿意见到的。其实贵在防范，如果我们正确的操作，并加大安全防范措施，那么我们就能安心的让它为我们服务了。上面我也说了几点变压器容易出现的事故，我们可以看到，只要我们注意，一切都是可以避免的。六、心得体会经过这次课程设计，给我我最大的感受就是科学的严密性，无论是参数的计算，还是不必要的部件的省略，甚至是安全设施的配备，都让我们感觉到科学是如此的严密，只要我们能正确合理的运用它们，它们就是我们最好的朋友。其实也不得不承认我们学习知识的局限性。平时我们学习的东西都只是书本上的死知识，我们只懂得原理不，却不懂得应用，到了我们做设计的时候，才发现我们真的是不会用我们学到的东西，知识到了我们的大脑里，我们却不知道怎么才能它叫出来。看似很简单的东西，到了真正自己做的时候才知道，其实也不是那么简单。事在人为，其实只要我们平时多看点课外的文献、书籍，我们就能多懂得一些关于我们学到的东西的真正用处。当老师给我们讲完了我们不明白的问题的时候，我们就想