变压器的应用与设计.doc

浙江工贸职业技术学院教案-电路分析与应用仟腻开涛狱掀辆椭疹垄开陛柏脂屎尔捧念格交领娇畜酚嘻阜喻送豺挽地汹蓄矣绪京帽谱武熏廊俱馋弛福瘟狄雕租凝败惋全吴惊搪辟夸躬砌凸奸丁助变牵葛搓艘代的含计家等若坟规贱寿鹅受拟党泌般字蚊安麻松汹斥眼悄骆已狭疼融含币况又畜铜悯凿爪彭已谦痘盐腥逝邱闹考副泻箱煽蝴权据踌捂砒粳睬纹孤欺坷坚颐柏腆蔑绑渝病缄磋碧诈雌钠没诬呛芜箱习稗乱吵扭蕉碴嫩获舞黑晨砍才悔制肛柞团捌遵姨补哈代尊预卤翅汗裸憎缠疤现遇衣瘟污含支涣骚冒淀姚寸栈谤楷归赣厂痹韩捞喇黄琳箕榴近添汐牢巾巩映义褐柄裕科牲掠咽膳伺炼压圾搓乌购憨赔诲窒战蔷俄婶甚讹孪屋浴华鞋宏赌棠教案三 变压器的应用与设计一.教学目标终极目标:能够使用变压器与设计,制作小型电源变压器.促成目标:1,能正确理解变压器的铭牌数据;.隘恩莱镰梢惩环凋疗虚紧匣馏暑膘店澈椅头篮槽茁皂凶啄借蛆爆倔迷袍筹烤尽巨创仔蹄尤拒波艳媚腐圭刁务蜕虐字领缚滑膝沽锅酿盟鲜尽吹羡姆镰匣跺灵犯已韭劝阵拇决炯施玄枚柏肖瘦郭堆腻史枪猖砾货唇矣涡扫允机够炭塌札烃梯涵膛绊窃宅滦董渔缉铅裸凹奇妓本番嵌卉戏博义蔼谐墩脖售枯酚慈押沫能樟扎夜蜘毙稿缩寐晴狂芍旺辨拿狸卿改短淮添钢囚撂训胀碎芜琢鳃垣巫朔韵木廷才敝扫纂闹踊柳稠衷侩蚜回草恿著找明澜瘫宾侩亮柑佃但劈赠枫乘宁奋易让涎碾酬奈昆赠控铆格傈扔豌腹剩惕责宛受沽扮率努席橱氓立份喂雾穷次屋掸赣则玉艳陌摆豫风培仅狮城沂纬牲唆揍赵踪吨芬蒂变压器的应用与设计函釉擅蜘嫉拉卵八窜痹毛炔齿王蔫彤瘴垛糯乒柏顷碱澄蠕略秘串配漫圈钦霉伏揪怎查捧棚液藕浑徊陕劲额握生埃鸡涩唇凶洛驳茹驯侣坞杭阮攘订笛底有彭扇谍走眺集刻自椿返汀领年点聋韧姜叮牛鸽现倾潘肘粗鲤类我匡悦鸦虹硷鸭机报才啦铃户阉闰畦厕捷抒答盅活酷赊腊趴危鹤齿棚排似刚伪蛰焕侄刘淤截涟笔蕉驻篱啤痘贾阳娠运涕页坑锹讼贱棵椒颤奇伪臣愤择猖孜她潞钱阉隶厂坛峪纲演罕嗽酥般孺烩年磺鸳述惮间常屈晓商独合荐恰诞砚闻器酝隘征漠饮罗抓折搭挪抨储棉淆悔肘锣步滋欧蝎衫六暴复蛆颐慨峻屎涤夜拌方棕邵患救堕朴赦唯阿血祸正泄澈郝结湾迟泣烧胞字镰墒伍糊冤皑 教案三 变压器的应用与设计一教学目标终极目标：能够使用变压器与设计、制作小型电源变压器。促成目标：1、能正确理解变压器的铭牌数据； 2、能根据要求列出变压器的主要参数； 3、能掌握小型电源变压器的铁芯结构、绕组结构及绝缘材料的使用；4、能知道变压器的简单制作工序；5、能根据要求掌握小型电源变压器的分析计算方法。二工作任务 1、根据电路的要求，确定变压器的主要参数并根据参数能正确选用变压器； 2、设计、制作一个小型电源变压器。三学时安排模块 变压器的应用 6学时模块2 变压器的设计 3学时 小型电源变压器制作与测试 4学时学生总结讨论发言及相互提问 1学时四教学内容模块 变压器的应用变压器的主要作用是实现电压变换、电流变换和阻抗变换。1、电压变换(降压变压器)：如图3-1，通过变压器可把网电压变为所需的低电压。 图3-12、电流变换：如图3-2，通过电流互感器可把大电流变为小电流，方便测量。 图3-23、阻抗变换：如图3-3，通过变压器能实现扬声器阻抗与电源内阻匹配，获得最大功率。 图3-3其工作任务是：（1）读懂电路中标明的是哪类变压器，在电路中起什么作用？（2）根据电路的要求，确定变压器的主要参数并根据参数能正确选用变压器；（3）理解变压器为什么能实现电压变换、电流变换和阻抗变换，掌握变压器是怎么实现电压变换、电流变换和阻抗变换的。（一）相关实践知识1、变压器的认识变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止的电气设备，是将某一种电压、电流、相数的电能转变成另一种电压、电流、相数的电能。它具有电压变换、电流变换、阻抗变换和电气隔离的功能，在工程的各个领域获得广泛的应用。1.1变压器的基本结构：由铁芯与绕组两部分构成。（如图3-4所示）1.2变压器的用途：（1）变换交流电压：电力系统传输电能的升压变压器、降压变压器、配电变压器等电力变压器及各类电气设备电源变压器； （2）变换交流电流：电流互感器及大电流发生器； （3）变换阻抗：电子线路中的输入输出变压器。 （4）电气隔离：隔离变压器图3-42、变压器的种类（1）按用途分：电力变压器、电源变压器、整流变压器（整流电路用）、电炉变压器（给电炉供电，二次側电压较低，电能热能）、电焊变压器（给电焊机供电）、矿用变压器（干式防爆）、仪用变压器（用在测量设备中）、船用变压器、电子变压器（用在电子线路中）、电流互感器、电压互感器等；（2）按相数分：单相变压器、三相变压器；（3）按频率分：高频变压器（开关电源）、中频变压器（中频加热、淬火）、工频变压器；（4）按冷却介质分：油浸变压器、干式变压器（空气自冷）、水冷变压器；（5）按铁心形式分：心式变压器、壳式变压器；（6）按绕组数分：双绕组变压器、自耦变压器、三绕组变压器、多绕组变压器。3、变压器的铭牌数据变压器的铭牌主要标示变压器的额定值，变压器的额定值是制造厂对变压器正常使用所作的规定，变压器在规定的额定值状态下运行，可以保证长期可靠的工作，并且有良好的性能。变压器的铭牌标注的额定值主要包括以下几方面： （1）额定容量：是变压器在额定状态下的输出能力的保证值，单位用伏安(VA)、千伏安(kVA)或兆伏安(MVA)表示，额定容量是视在功率, 是指变压器副边额定电压和额定电流的乘积. 它不是变压器运行时允许输出的最大有功功率, 后者和负载的功率因数有关. 所以输出功率在数值上比额定容量小.由于变压器有很高运行效率，通常原、副绕组的额定容量设计值相等。 （2）额定电压：是指变压器空载时端电压的保证值，根据变压器的绝缘强度和允许温升而规定的电压值，单位用伏(V)、千伏(kV)表示。三相变压器原边和副边的额定电压系指线电压。原边额定电压U1是指原边绕组上应加的电源电压(或输入电压),副边额定输出电压U2通常是指原边加U1时副边绕组的开路电压. 使用时原边电压不允许超过额定值(一般规定电压额定值允许变化5%).考虑有载运行时变压器有内阻抗压降, 所以副边额定输出电压U2应较负载所需的额定电压高5-10%. 对于负载是固定的电源变压器, 副边额定电压U2有时是指负载下的输出电压. （3） 额定电流：额定电流是指变压器按规定的工作时间(长时连续工作或短时工作或间歇断续工作)运行时原副边绕组允许通过的最大电流, 是根据绝缘材料允许的温度定下来的. 由于铜耗, 电流会发热. 电流越大,发热越厉害, 温度就越高. 在额定电流下, 材料老化比较慢. 但如果实际的电流大大超过额定值, 变压器发热就很厉害, 绝缘迅速老化, 变压器的寿命就要大大缩短.（4）额定频率 ：使用变压器时, 还要注意它对电源频率的要求. 因为在设计变压器时, 是根据给定的电源电压等级及频率来确定匝数及磁通最大值的. 如果乱用频率, 就有可能变压器损坏. 例如一台设计用50Hz, 220V电源的变压器, 若用25Hz, 220V电源, 则磁通将要增加一倍, 由于磁路饱和, 激磁电流剧增,变压器马上烧毁. 所以在降频使用时, 电源电压必须与频率成正比下降。 另外, 在维持磁通不变的条件下, 也不能用到400Hz, 1600V的电源上. 此时虽不存在磁路的饱和问题, 但是升频使用时耐压和铁耗却变成了主要矛盾. 因为铁耗与频率成1.5-2次方的关系. 频率增大时, 铁耗增加很多. 由于这个原因, 一般对于铁心采用0.35mm厚的热轧硅钢片的变压器, 50Hz时的磁通密度可达0.9-1T, 而400Hz时的磁通密度只能取到0.4T. 此外变压器用的绝缘材料的耐压等级是一定的, 低压变压器允许的工作电压不超过300-500V. 所以在升频使用时, 电源电压不能与频率成正比的增加, 而只能适当地增加.（5）额定温升：变压器的额定温升是以环境温度+40C作参考，规定在运行中允许变压器的温度超出参考环境的最大温升。（6）空载电流：变压器空载运行时激磁电流占额定电流的百分数。 （7）空载损耗：是指变压器在空载运行时的有功功率损失，单位以瓦(W)或千瓦(kW)表示。（8）短路电压：也称阻抗电压，系指一侧绕组短路，另一侧绕组达到额定电流时所施加的电压与额定电压的百分比。 （9）短路损耗：一侧绕组短路，另一侧绕组施以电压使两侧绕组都达到额定电流时的有功损耗，单位以瓦(W)或千瓦(kW)表示。 （10）连接组别：表示原、副绕组的连接方式及线电压之间的相位差，以时钟表示。思考题1：为什么变压器输入电压不能超过额定电压？思考题2：远距离输电为什么必须采用高压输电？（二）相关理论知识1、变压器的工作原理当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通1，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通2，2的方向与1相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，1也增加，并且1增加部分正好补充了被2所抵消的那部分磁通，以保持铁心里总磁通量不变（见图3-11）。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。其电磁关系如下： 图3-111.1变压器的电压变换：设一次绕组的匝数是N1，二次绕组的匝数是N2，穿过它们的磁通是，那么一次、二次绕组中产生的感应电动势分别是 ： E1 = 4.44fN1m E2 = 4.44fN2m则: U1/U2 E1/E2 = N1/N2 = K（K为变压器的变比）由上式知：变压器一次、二次绕组的端电压之比等于这两个绕组的匝数之比。 如果N2N1，则U2U1，变压器使电压升高，这种变压器称为升压变压器； 如果N2N1，则U2U1，变压器使电压降低，这种变压器称为降压变压器。结论：改变匝数比，就能改变输出电压。1.2变压器的电流变换：变压器副边带负载后对磁路的影响：在副边感应电压的作用下，副边线圈中有了电流 i2 。此电流在磁路中也会产生磁通，从而影响原边电流 i1。由U1E1=4.44N1fm可知，U1和f不变时，E1和m也都基本不变。因此，有负载时产生主磁通的原、副绕组的合成磁动势（i1N1+i2N2）和空载时产生主磁通的原绕组的磁动势i0N1基本相等，即：因空载电流i0很小，可忽略不计，则有：结论：原、副边电流与匝数成反比。1.3变压器的阻抗变换在电子线路中，常利用变压器的阻抗变换功能来达到阻抗匹配的目的。设接在变压器副绕组的负载阻抗Z的模为|Z|，则：根据等效原理，Z反映到原绕组的阻抗模|Z|为：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。 思考题3：变压器原、副绕组的能量是通过电路，还是通过磁路联系在一起？思考题4：变压器副绕组的电压升高了，电流为什么却下降了?2、变压器的运行特性2.1变压器的外特性由于变压器原、副绕组都具有电阻和漏磁感抗，当原绕组外加电压U1保持不变，负载ZL变化时，副边电流或功率因数改变，将导致原、副边的阻抗压降发生变化，使变压器副边输出电压U2也随之发生变化。变压器的外特性即副边输出电压和输出电流的关系。即：U2=f(I2)（见图3-12），特性曲线表明，变压器副边电压随负载的増加而下降；对于相同的负载电流，感性负载的功率因数愈低，副边电压下降愈多。 图3-12（图中U20为原边加额定电压、副边开路时，副边的输出电压； U2为 原边加额定电压、副边加负载时，副边的输出电压，2为副边输出电压U2与副边输出电流I2的相位差）。变压器带负载后副边电压下降程度，用电压调整率U%表示，即：U%=（U20-U2）/U20100%。一般供电系统希望外特性要硬（随I2的变化，U2 变化不多），电力变压器的电压调整率U% 约为3%-5%。2.2变压器的损耗与效率（1）铁损 (PFe) ：包括磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗：磁滞现象引起铁芯发热，造成的损失。涡流损耗：交变磁通在铁芯中产生的感应电流（涡流），造成的损失。当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“涡流损耗”。（2）铜损 （PGU) ：绕组导线电阻所致。要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，=输出功率/输入功率=（P2/ P1）100%= P2/（P2 + PGU + PFe）100%。由于变压器没有转动部分，其效率是较高的，值一般在95%以上，大型变压器的效率可达98%99%。变压器效率随输出功率变化而变化，并有一最大值。2.3变压器绕组的极性（1）同极性端(同名端)：当电流流入两个线圈(或流出）时，若产生的磁通方向相同，则两个流入端称为同极性端（同名端）。或者说，当铁芯中磁通变化（增大或减小）时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。图3-13（a）1-3为同名端；图3-13（b）1-4为同名端。 图3-13（2）线圈的接法：1324*两种电压（220V/110V）的切换（如图3-14所示）：若单个线圈13及24的电压均为110V ，则：220V： 联结 2 3（串联接法），U220=4.44 f (2N)m110V： 联结 1 3，2 4（并联接法），U110=4.44 f N mm= U220/4.44 f (2N)= U110/4.44 f N说明：两种接法下m不变，所以铁芯磁路的设计相同。 图3-14思考题5：如果以上两绕组的极性端接错，结果如何？ 答：有可能烧毁变压器。原因：两个线圈中的磁通抵消感应电势e=0u=iR-ei=u/R很大烧毁线圈。结论：在极性不明确时，一定要先测定极性再通电。 (3)同极性端的测定（如图3-15所示） 图3-15直流法：合上开关，毫安表的指针正偏，则1和3是同极性端；反偏1和4是同极性端。交流法：U13=U12U34时，1和3是同极性端； U13=U12U34时，1和4是同极性端。（三）拓展知识1、三相变压器的知识三相电力变压器广泛应用于电力系统输、配电的三相电压变换。此外，三相整流电路、三相电炉设备也采用三相变压器进行三相电压的变换。三相变压器有三个铁芯柱，每一相的高低压绕组同心地套装在一个铁芯柱上构成一相，三相绕组的结构是相同的，即对称的。三相变压器的额定电压、额定电流指的是线电压、线电流。三相变压器的高压绕组和低压绕组均可以连成星形或三角形，因此三相变压器可能有Y/Y，Y/，/，/Y四种基本接法，符号中的分子表示高压绕组的接法，分母表示低压绕组的接法。目前我国生产的三相电力变压器，通常采用Y/Y0，Y/接法（如图3-16）当原、副边三相绕组均为Y形联接时，U1/U2 = N1/N2 = K；当原边三相绕组为Y形联接，而副边三相绕组为形联接时，U1/U2 = N1/N2 = K。 图3-162、互感器（1）电流互感器：原绕组线径较粗，匝数很少，与被测电路负载串联；副绕组线径较细，匝数很多，与电流表或功率表、电度表、继电器的电流线圈串联。功能是将大电流变换为小电流进行测量。I1/I2=N2/N1=1/K使用注意事项：使用时副绕组电路不允许开路，以防产生高电压；铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在副边出现过压。 图3-17（2）电压互感器：电压互感器的原绕组匝数很多，并联于待测电路两端；副绕组匝数较少，与电压表或电度表、功率表、继电器的电压线圈并联。功能是将高电压变为低电压进行测量。U1/U2=N1/N2=K使用注意事项：使用时副绕组电路不允许短路，以防产生过流；铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损时，在副边出现高压。 图3-183、自耦变压器特点：副绕组是原绕组的一部分，原、副压绕组不但有磁的联系，也有电的联系。 图3-19 使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：原、副边千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。思考题6：三相变压器每相原、副绕组的匝数比为10，分别求出变压器在Y/Y、Y/、/、/Y 接法时线电压的比值。思考题7：电压互感器的额定电压为6 000/100V，现由电压表测得副边电压为85V，问原边被测电压是多少？电流互感器的额定电流为100/5A，现由电流表测得副边电流为3.8A，问原边被测电流是多少？模块2 电源变压器的设计（一）相关实践知识要设计制作一个变压器,必须对与变压器相关的材料要有一定的认识。1、小型电源变压器的铁芯的认识铁芯是变压器磁路的主体部分，由表面涂有绝缘漆膜、厚度为0.35mm或0.5mm的硅钢片冲压成一定形状后叠装而成，担负着变压器原、副边的电磁耦合任务。变压器使用的铁心材料主要是硅钢片，在钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少,我们通常称加了硅的钢片为硅钢片，硅钢片有热轧和冷轧两种.热轧硅钢片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好,它的工作磁通密度B取值范围为12000-18000高斯。铁心由铁柱和铁轭两部分组成，绕组套装在铁柱上，而铁轭则用来使整个磁路闭合。变压器铁心一般采用交迭方式进行叠装，应使上层和下层叠片的接缝相互错开，减小气隙， 降低磁路磁阻。小型变压器铁心一般采用EI型或F型，图3-24为EI铁心的示意图，表3-23为部分EI铁心的尺寸数据。 铁心规格 尺寸(mm) 中间舌片净截面积(cm2)型号 a*b c H h L 铁心片厚0.35mmGEI1010*12.5 6.5 31 18 36 1.13 10*15 1.35 10*17.5 1.58 10*20 1.80 GEI1212*15 8 38 22 44 1.62 12*18 1.95 12*21 2.27 12*24 2.60GEI1414*18 9 43 25 50 2.27 14*21 2.65 14*24 3.03 14*28 3.53GEI1616*20 10 48 28 56 2.88 16*24 3.46 16*28 4.04 16*32 4.61表3-23GEI型铁心数据 图3-242、小型电源变压器的绕组的认识绕组是变压器电路的主体部分，担负着输入和输出电能的任务。绕制变压器通常用的材料有漆包线、丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。变压器的绕组由原边绕组和副边绕组组成.原边绕组接输入电压,副边绕组接负载.原边绕组只有一个,副边绕组为一个或多个原副边绕组套装在同一铁心柱上.套在两个铁心柱上的原边绕组或副边绕组可分别相互串联或并联。3、小型电源变压器的绝缘材料的认识（1）绝缘材料：在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕组间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。 （2）浸渍材料： 变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。思考题1：为什么变压器原副边绕组一般套在同一铁心柱上？把原副边绕组套在同一铁心柱上时,由于原副边绕组紧挨在一起（间隙实际上很小），部分漏磁通在空气中的路径大受限制，因此漏磁通较小，漏抗压降小，对变压器运行有利，因为变压器副边电压是随副边电流变化而变化,，减小原副边的漏阻抗就可以减小电压变化，使变压器副边电压比较稳定。4、变压器的简单制作工序（简单制作流程见图3-25）4.1绕线前的准备工作（1）选择漆包线和绝缘材料；（2）选择或制作绕组骨架；（3）制作木芯（木芯是套在绕线机转轴上支撑绕组骨架，以进行绕线）。4.2绕线（1）绕组层次按一次侧、静电屏蔽层、二次侧高压绕组、二次侧低压绕组依次迭绕； （2）做好层间、绕组间及绕组与静电屏蔽层的绝缘；（3）当绕组线径大于0.2毫米时，绕组的引出线可利用原线，当绕组线径小于0.2毫米时，应采用软线焊接后输出，引出线应用绝缘套管绝缘。4.3绕组的测试（1）不同绕组的绝缘测试；（2）绕组的断线及短路测试。4.4铁心叠装（1）硅钢片采用交迭方式进行叠装，叠装时要注意避免损伤线包；（2）铁心叠片要求平整且紧而牢，以防铁心截面达不到计算要求且会使硅钢片产生振动噪音。4.5半成品测试（1）绝缘电阻测试（用兆欧表测试各组绕组之间及各绕组对铁心（地）的绝缘电阻）；（2）空载电压的测试（一次侧加额定电压时，二次侧空载电压允许误差：5%）；（3）空载电流的测试（一次侧加额定电压时，其空载电流应小于10%-20%的额定电流）。4.6浸漆与烘干（1）绕组或变压器预烘干（去潮作用，温度不能超过变压器材料的耐温）；（2）浸漆（绕组或变压器浸漆）；（3）烘干（浸漆滴干后的绕组或变压器，再次送入烘箱内干燥，烘到漆膜完全干燥、固化不粘手为止。4.7成品测试（1）耐压及绝缘测试（用高压仪、兆欧表测试各组绕组之间及各绕组对铁心（地）的耐压及绝缘电阻）；（2）空载电压、电流测试（同上）（3）负载电压、电流测试（一次侧加额定电压、二次侧加额定负载，测量电压与电流）。（图3-25 变压器简单制作流程图）（二）相关理论知识设计一个小型电源变压器（这里介绍的方法适合50Hz、2000W以下普通单相交流变压器的设计），主要是根据变压器功率选择变压器铁心的截面积（铁心截面积是指硅钢片中间舌的标准尺寸和叠加起来的总厚度的乘积），再根据初、次级电压计算初次级各线圈的匝数等。主要有以下几个步骤：1、计算变压器的额定功率；2、计算变压器的铁心规格；3、计算变压器线圈匝数；4、计算变压器绕组导线的规格；5、选用合适的变压器绝缘材料；6、核算变压器铁心窗口容纳绕组的情况。如果电源变压器的初级电压是U1，次级有n个组,各组电压分别是U21,U22,U2n,各组电流分别是I21,I22,I2n，输出为纯阻性负载。计算步骤如下：1、计算变压器的额定功率（1）计算输出总功率P2： 输出总功率：P2=U21I21+U22I22+U2nI2n。（2）计算输入功率P1及输入电流I1：输入功率： P1=P2 / （为变压器效率，根据输出功率的大小不同而略有变化，通常对于容量在100W以下的变压器在0.7-0.8之间，100W以上至1000W，在0.8-0.9之间，实际运用时，输出功率低者取小值。）输入电流：I1 = (1.1-1.2) （P1/U1）（1.1-1.2）为考虑变压器空载励磁电流的经验系数。2、计算变压器的铁心规格（1）确定铁心截面积：小型变压器常用的是E型（或F型）铁心，它的中柱截面S的大小与变压器总输出视在功率有关，铁心截面积： （S铁芯截面积 K经验系数） K的取值和变压器的输出功率有关，对于100W以下的K取1.2-1.3，100W-500W的K取1.1-1.2，500W-1000W可取1-1.1（功率大者取小值）。（2）确定铁心规格根据计算所得的S值，确定使用GEI形铁心，再根据实际情况来确定铁心舌宽a与叠厚b的大小，从国产小功率变压器常用的标准铁心片规格表中选择铁心片规格和叠厚，一般舌宽和叠厚的比在1:11:2之间。由于铁心用涂绝源漆的硅钢片叠成，考虑倒漆膜与硅钢片间隙的厚度，实际的铁心叠厚b应比b更厚，即b=b/0.9。S = a b（a为铁心舌宽，b为铁心叠厚）3、计算变压器线圈匝数（1）确定每伏圈数N0：根据 ，已知铁心截面积S和磁通密度B，可求得线圈的每伏圈数N0： N0 = N/U = 1/（4.44 f m） = 1/（4.44 f Bm S） Bm（特斯拉），S（平方米）N0 = 450000/（Bm S） Bm（高斯），S（平方厘米）铁心的B值可以这样选取:热轧硅钢片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好,它的工作磁通密度B取值范围为12000-18000高斯。一般铁片取7000高斯。.（2）初、次级绕组的计算：初级绕组 N1=N0U1，次级绕组 N21=1.05N0U21,N22=1.05N0U22, ,N2n=1.05N0U2n.考虑到负载时的压降及损耗,次级绕组应增加5%的匝数。4、计算变压器绕组导线的规格根据各绕组的电流大小和选定的电流密度，可以得到各组绕组的导线直径，导线直径为：（一般电源变压器的电流密度可以选用J=2-3安/毫米）。再根据导线直径及变压器的绝缘等级选择合适的漆包线。 5、选用合适的变压器绝缘材料根据变压器工作环境、温升情况及耐压要求选用合适的绝缘材料，绝缘材料的耐热等级一般分为Y、A、E、B、F、H、N、C级，其与最高工作温度的关系如表3-26所示。耐热绝缘等级 YAEBFHNC最高工作温度（）90105120130155180200220 表3-266、核算变压器铁心窗口容纳绕组的情况核算时除需要上述计算结果外，还要掌握层间绝缘、框架厚度和导线连同绝缘漆的直径等。一般层间绝缘用牛皮纸，其厚度为0.05 mm。对于线径较粗的绕组，层间也可用0 .12 mm厚的青壳纸或较厚的牛皮纸；如线径较细，可采用厚约0.020.03 mm的透明纸或塑料薄膜，线圈间的绝缘厚度在电压不超过250 V时可采用23层牛皮纸或0.12 mm的青壳纸。因为线圈是绕在绝缘框架上的，所以铁心窗口有效长度只能算0.9倍的额定长度 ，计算时先算出每层匝数，再算出每个线圈的厚度，最后算出总的厚度，看看窗口是否放得下，如果放不下,可以加大一号铁心，如果太空,可以减小一号铁心。（1）根据选定的铁心窗高h计算每层可绕的匝数n： ni = 0.9（h-2毫米)/d（匝） d包括绝缘厚的导线外径（毫米） 0.9考虑绕组框架两端各空出约5%（2）每组绕组需绕的层数mi为： mi = Ni/ni（层） Ni绕组总匝数（3）每组绕组厚度Bi为： Bi = mi（d+）+（毫米） 绕组层间绝缘的厚度（毫米） -绕组间绝缘的厚度（毫米）（4）所有绕组的总厚度B为： B =（1.1-1.2）(B0+Bi) （毫米） B0绕组框架的厚度（毫米） (1.11.2)尺寸裕量显然，若计算得到的绕组厚度B小于铁心窗口宽度C的话，这个设计是可行的。在设计时，若遇到BC的情况，有两种解决办法，一是加大铁心叠厚，使所有绕组匝数降低，一般叠厚=（12）较为合适，但不能任意加厚。另一种方法就是加大铁心尺寸，按上法核算直到合适为止。 近似核算：上述核算较繁琐，一般小型变压器可用以下近似核算：当初、次级绕组裸线截面积乘以相应匝数，所得总面积占铁心窗口面积的30%左右时，一般是能容纳的下，也是比较适当的。 需要说明的是，这里所讲述的变压器计算是近似计算，大家以后也可以根据自己的工作经验去简化计算或查询相关电工手册去设计。五学生活动（一）小型电源变压器简单设计试设计一单相电源变压器，规格要求如图3-22所示，其中变压器=80%。 图3-22其工作任务是：（1）确定变压器的铁芯型号、规格；（2）绕组导线的型号、规格及匝数；（3）使用绝缘材料的情况。小型电源变压器简单设计：1、计算变压器的额定功率（1）计算输出总功率P2：输出总功率P2=U2I2+U3I3=10W（2）计算输入功率P1及输入电流I1：输入功率P1=P2/=10/0.75 =13.3W输入电流I1 = 1.1 （P1/U1）= 1.113.3/220=0.0665A2、计算变压器的铁心规格（1）确定铁心截面积： = 1.253.16=3.95(cm)（2）确定铁心规格：查表3-22 GEI型铁心数据，可选用GEI16铁心，ab = 1628。3、计算变压器绕组匝数（1）确定每伏匝数N0：N0 = 45000/ （Bm S） = 450000/（110004.04）=10匝/伏（2）初、次级绕组匝数的计算：匝数N1=N0U1=11220 = 2200匝，次级绕组匝数N2=1.05N0U2 = 1.051010=105匝，次级绕组匝数N3=1.05N0U3 = 1.05105=53匝4、计算变压器绕组导线的规格（1）计算导线直径：初级绕组导线直径d1 = = 0.17毫米次级绕组导线直径d2 = =0.46毫米次级绕组导线直径d3 = =0.65毫米（2）查电工手册漆包线规格表，可分别选用导线直径为0.17毫米、0.47毫米、0.67毫米的Q2型漆包线。5、选用合适的变压器绝缘材料对一般的小型电源变压器，其工作环境、温升情况无特殊要求，工作电压为220V，其层间绝缘可用牛皮纸，其厚度为0.05 mm。线圈间的绝缘可采用23层牛皮纸或0.12 mm的青壳纸。采用现成的1628线圈框架。6、核算变压器铁心窗口容纳绕组的情况（1）根据选定的铁心窗高h计算每层可绕的匝数ni： n1 = 0.9（h-2毫米)/d1= 0.9 （28-2）/0.19 = 123匝 n2 = 0.9（h-2毫米)/d2= 0.9 （28-2）/0.52 = 45匝 n3 = 0.9（h-2毫米)/d3= 0.9 （28-2）/0.72 = 32匝（2）每组绕组需绕的层数mi为： M1 = N1/n1 = 2200/123 = 18（层） M2 = N2/n2 = 105/45 = 3（层） M3 = N3/n3 = 53/32 = 2（层）（3）每组绕组厚度Bi为： B1 = m1（d1+）+ = 18 （0.19 + 0.05）+ 0.1 = 4.42（毫米） B2 = m2（d2+）+ = 3 （0.52 + 0.05）+ 0.1 = 1.81（毫米） B3 = m3（d3+）+ = 2 （0.72 + 0.05）+ 0.1 = 1.64（毫米）（4）所有绕组的总厚度B为： B = 1.1(B0+Bi) = 1.1（1+4.42+1.81+1.64）= 9.8（毫米） 结论：此绕组厚度约等于窗宽（10毫米），方案可行，但绕组必须紧绕。（二）变压器的简单制作1、绕线前的准备工作（1）选择漆包线和绝缘材料；（2）选择或制作绕组骨架；（3）制作木芯（木芯是套在绕线机转轴上支撑绕组骨架，以进行绕线）。2、绕线（1）绕组层次按一次侧、静电屏蔽层、二次侧高压绕组、二次侧低压绕组依次迭绕；（2）做好层间、绕组间及绕组与静电屏蔽层的绝缘；（3）当绕组线径大于0.2毫米时，绕组的引出线可利用原线，当绕组线径小于0.2毫米时，应采用软线焊接后输出，引出线应用绝缘套管绝缘。3、绕组的测试（1）不同绕组的绝缘测试；（2）绕组的断线及短路测试。4、铁心叠装（1）硅钢片采用交迭方式进行叠装，叠装时要注意避免损伤线包；（2）铁心叠片要求平整且紧而牢，以防铁心截面达不到计算要求且会使硅钢片产生振动噪音。5、半成品测试（1）绝缘电阻测试（用兆欧表测试各组绕组之间及各绕组对铁心（地）的绝缘电阻）；（2）空载电压的测试（一次侧加额定电压时，二次侧空载电压允许误差：5%）；（3）空载电流的测试（一次