环形电源变压器计算步骤

环形电源变压器计算步骤编写者 黄永吾2002 09 版 已知变压器有以下主要参数 初级电压 1 220V 频率f 50Hz次级电压 2 50V 电流 2 2A其他一些要求如安规 温升 电压调整率 环境 防潮 防震 防灰尘等 工作状态 寿命等 环型变压器设计软件计算步骤如下 1 计算变压器功率容量 2 选择铁芯型号与尺寸 3 计算铁芯磁路平均长度 4 计算铁芯有效截面积 5 计算铁芯质量 6 估算变压器外径 高度 7 计算可容纳导线面积 8 初定电压调整率 9 选择负载磁通密度 10 计算匝数 11 计算空载电流 12 计算次级折算至初级电流 13计算铁芯铁损 14计算铁损电流 15计算初级电流 以下为结构计算 16 计算各绕组最大带绝缘导线直径 17 校核能否绕下 18 计算各绕组平均每匝长度 19 计算各绕组导线电阻 20 计算各绕组导线质量 21 计算各绕组铜损 22 计算各绕组空载电压 23 核算各绕组次级电压 24 核算初级电流 25 核算电压调整率 重复8 25项计算三次 26 修正次级匝数 27 确定变压器外径 高度 28计算变压器等效散热面积 29 计算温升 重复18 27项计算三次 环型变压器设计计算步骤如下 1 计算变压器功率容量 2 选择铁芯型号与尺寸 3 计算铁芯磁路平均长度 4 计算铁芯有效截面积 5 计算铁芯质量 6 估算变压器外径 高度 7 计算可容纳导线面积 8 初定电压调整率 9 选择负载磁通密度 10 计算匝数 11 计算空载电流 12 计算次级折算至初级电流 13计算铁芯铁损 14 计算铁损电流 15计算初级电流 16 计算各绕组最大带绝缘导线直径 17 校核能否绕下 18 计算各绕组平均每匝长度 19 计算各绕组导线电阻 20 计算各绕组导线质量 21 计算各绕组铜损 22 计算各绕组空载电压 23 核算各绕组次级电压 24 核算初级电流 25 核算电压调整率 重复8 25项计算三次 26 修正次级匝数 27 确定变压器外径 高度 28计算变压器等效散热面积 29 计算温升 重复19 27项计算三次 1 计算变压器功率容量 纯电阻性负载绕组伏安值 VA纯阻 UiIi半波整流绕组伏安值 VA半波 1 2UjIj Uj I2j I2 全波整流绕组伏安值 VA全波 1 71UkIk桥式整流绕组伏安值VA桥式 UmIm倍压整流绕组伏安值 VA倍压 UdId变压器功率容量计算 VA换算 VA纯阻 VA半波 VA全波 VA桥式 VA倍压 2 铁芯型号与尺寸 3 计算铁芯磁路等效长度lfe 环型变压器用到外径 内径的地方很多 为了方便阅读 我们将编号作统一规定 以铁芯开始D51表示铁芯未包绝缘前的外径 D52表示铁芯未包绝缘前的内径 注脚单数表示外径 双数表示内径 依铁芯上包绝缘 绕线顺序递增 铁芯磁路平均长度lfe cm D51 D52 20 3 1416 80 40 2 18 85cmD51 铁芯外径 mm D52 铁芯内径 mm 4 计算铁芯有效截面积Afe Afe D51 D52 B11 Kfe 200 cm2 Kfe 铁心片占空系数B11 铁芯宽度 mm 例 铁芯OD80 40 200 35mm铁芯片Afe D51 D52 B11 Kfe 200 80 40 20 0 95 200 3 8 cm2 5 计算铁芯质量 铁芯质量Gfe Afe lfe 铁芯材料密度g cm3Z11 7 65g cm3例 Gfe Afe lfe 3 8 18 8 7 65 546 5g 6 估算变压器外径 高度 变压器外径 高度应在绝缘设计结束才是真正的资料 为了便于先估算变压器外径 高度是否满足客户的要求必须先计算出变压器外径 高度 变压器外径 高度取决于变压器的内孔 内孔并非越小越好 内孔的大小除了受绕线机的限制外 还受温升的影响 因此内孔分留1 4 1 2 3 4内径三种情况 本资料的计算依据为内孔留1 2内径 例 OD80 40 20铁心内孔 40 2 20面积Aw1与面积AW2应相等 下列等式成立 Do2 D512 D522 Di2Do2 D522 Di2 D512Do D522 Di2 D512Do D522 Di2 D512 402 202 802 87mm变压器高度 HT 0 5 D522 0 5 Di2 D52 B11HT 0 5 D522 0 5 Di2 D52 B11 0 5 402 0 5 202 40 20 35B11 铁芯高度 mm 国外资料 英 美 独联体等 介绍HT B11 D52 Di请注意 为什么HT B11 D52 Di 20 40 20 40 7 计算容纳导线面积Aw 变压器容纳导线面积为铁芯内面积减去1 4不能绕线面积 即内孔留1 2内径 再减去绝缘所占面积 可绕线面积Ao 0 75 0 7854 D522 0 75 0 7854 402 942 5铁芯内径贴2层t1 厚度0 1 的绝缘带 纸 其所占面积A1为 A1 2 1 25 t1 D52 2 5 0 1 40 32mm2铁芯外径半叠包1次t2 厚度0 07 的绝缘带 纸 其所占面积A2为 A2 2 1 25 t2 D51 2 5 0 07 80 44mm2变压器外径半叠包1次t2 厚度 的绝缘带 纸 其所占面积A3为 A3 2 1 25 t2 Do 2 5 0 07 87 48mm2Aw Ao A1 1 5 A2 A3 942 5 32 1 5 44 48 772 5mm2 8 初定电压调整率 U 电压调整率 U 在10 30 之间 可初定为15 通过计算后修正 9 选择负载磁通密度B 铁芯负载磁通密度最大值可选为1 8特 考虑变压器要通过1 1倍的过电压考验 故可选为1 8 1 1 1 65特 大铁芯负载磁通密度可根据铜损等于铁损来确定磁通密度 一般负载磁通密度要小于1 65特 10 计算匝数 初级匝数 1 1 U 2 4 44 B f Afe 10 4 次级匝数 1 U 2 4 44 B f Afe 10 4 例 OD80 40 200 35mm硅钢片 B 1 65T U 13 f 50Hz U1 220V 220 1 0 13 2 4 44 1 65 50 3 8 10 4 1478匝 50 1 0 065 4 44 1 65 50 3 8 10 4 383 11 计算空载电流 0 0 H Lfe N1H 磁场强度 安 匝 厘米 由试验画出磁化曲线得出 此曲线为典型磁化曲线 不是实际磁化曲线 Lfe 铁芯片磁路平均长度 厘米 N1 初级圈数例 0 H Lfe N1 0 422 18 85 1478 0 00538A 5 38mA 12 计算次级折算至初级电流 1 1 In Nn N1 A n 1例 1 I2 N2 N1 2 383 1478 0 518A 13 计算铁芯损耗Pfe 瓦 Pfe fe P15 50 B 1 5 2 瓦 例 Pfe fe P15 50 B 1 5 2 0 5465 1 2 1 65 1 5 2 0 7935瓦 fe 铁芯质量 Kg P15 50 材料单位损耗 W Kg 由于材料的出厂标准与材料的实际性能相差不大 Z11材料单位损耗P15 50 材料标准定为1 2瓦 公斤 14 计算铁损电流 fe fe Pfe 1 0 7935 220 0 0036APfe 铁芯损耗 瓦 15 计算初级电流 1 1 1 fe 2 02 0 518 0 0036 2 0 0053822 0 522A 1 次级折算至初级电流 A fe 铁损电流 A 0 空载电流 A 16 计算各绕组最大导线直径djn 计算线径有两种方法 一种是采用电流密度来计算线径 这种计算方法要先计算出电流密度 且直接计算出裸线直径 线径与功率大小有关 同样的铁芯和胶芯不同的电压调整率 输出功率不同 电流密度相差较大而线径相差无几 这种计算方法准确度随电流密度这一数据的来源而定 第二种方法则认为一定的铁芯和胶芯 如果匝数确定下来 电压调整率影响匝数 能绕下的最大线径也就定下来 计算出的是带绝缘的最大线径 通过查表查出裸线直径 可以小于此线径但不能大于此线径 后一种方法便于计算机编程 要计算机查表也不难 我们介绍第二种确定线径的方法 先计算出带绝缘导线最大直径 然后查表得裸线直径 dj1 0 45 AW N1 0 45 772 5 1 38 1478 0 41mmdj2 0 45 AW N2 0 45 772 5 1 38 383 0 81mm查线规表分别选用牌号QA 1 2UEW 裸线直径0 35mm与0 7mm导线带绝缘直径dj1和dj2分别为0 41与0 78mm 17 校核能否绕下 采用槽满率K11来校核能否绕下 槽满率K11 Nn d2jn AWn 1478 0 41 0 41 383 0 78 0 78 772 5 0 62槽满率K11不可大于0 65否则绕绕后尺寸小于规定值 18 计算各绕组导线平均长度LCU 环形变压器的结构设计比EI型变压器略为复杂一些 但如能掌握其要领 则可事半功倍变成轻而易举的事 第一 要层次分明 一层一层的计算一点不可含糊 第二 只要掌握在半迭包时外层的绝缘面积一定等于内孔的绝缘面积 只不过内孔的直径较小堆得比较厚 其厚度之比与直径成反比 要计算绕组导线平均每匝长度 先要一步步计算才能计算出平均每匝长度 计算各绕组导线平均长度LCU 续 1 铁芯内贴2层0 12mm电缆纸 外围2层0 12mm电缆纸 包后其尺寸如下 仍以OD80 40 20铁芯为例 外径D53 D51 4 1 25 0 12 80 4 1 25 0 12 80 6内径D54 D52 4 1 25 0 12 40 0 3 39 4式中 D51为铁芯外径尺寸 D52为铁芯内径尺寸 mm 1 25为绝缘材料迭包系数我门再强调一次 环型变压器用到外径 内径的地方很多 为了方便阅读 我们将编号作统一规定 以铁芯开始D51表示铁芯未包绝缘前的外径 D52表示铁芯未包绝缘前的内径 注脚单数表示外径 双数表示内径 依铁芯上包绝缘 绕线顺序递增 计算各绕组导线平均长度LCU 续 2 铁芯上半叠包一次0 07mm聚酯薄膜带 包后其尺寸如下 仍以OD80 40 20铁芯为例 外径D55 D53 2 2 1 25 0 07 80 6 0 35 80 95mm内径D56 D54 2 2 1 25 0 07 D53 D54 39 4 2 2 1 25 0 07 80 6 39 4 38 7mm3 铁芯上绕初级线圈用QZ 20 35mm漆包线 带绝缘线径0 41mm 匝数1478匝 绕线时线与线之间不可能排的很严实 以及导线堆栈起来总存在间隙 因此引入排绕系数K排与迭绕系数K迭 具体数字推荐采用下表所列数字 排绕系数与迭绕系数表 线径0 81K排1 251 21 151 1K迭1 11 151 21 25 计算各绕组导线平均长度LCU 续 先计算初级线圈能在铁心内 外各绕几层 1 按内径方向绕的层数为N52N52 Y Y2 S Z 2 按外径方向绕的层数为N51N51 X X2 S Z式中 X D55 dj1 3 1416 80 95 0 41 253mmY D56 dj1 3 1416 38 7 0 41 122 9mmL N1 dj1 K排 1478 0 41 1 15 696 9mmS 4 L dj1 4 3 1416 696 9 0 41 3591mmZ 2 dj1 2 3 1416 0 41 2 576mm按内径方向绕的层数为N52N52 Y Y2 S Z 122 9 122 92 3591 2 576 6 05 6层按外径方向绕的层数为N51N51 X X2 S Z 253 2532 3591 2 576 2 72 3层 计算各绕组导线平均长度LCU 续 3 绕好初级绕组后的外径D57和内径D58分别为 D57 D55 2 N51 dj1 K迭 80 95 2 3 0 41 1 2 83 9mmD58 D56 2 N52 dj1 K迭 38 7 2 6 0 41 1 2 32 8mm 4 初级绕组平均匝长LCU1 T11 N51 dj1 K迭 3 0 41 1 2 1 476mmT12 N52 dj1 K迭 6 0 41 1 2 2 95mmLCU1 0 1 D51 D52 2B11 0 5 D55 D51 D52 D56 T11 T12 0 1 80 40 2 20 0 5 80 95 80 40 38 7 1 476 2 95 9 05cm 计算各绕组导线平均长度LCU 续 5 初级绕组上半叠包一次0 07mm聚酯薄膜带 包后其尺寸如下 外径D59 D57 2 2 1 25 0 07 83 9 0 35 84 25mm内径D60 D58 2 2 1 25 0 07 D57 D58 32 8 5 0 07 83 9 32 8 31 9mm 6 包好绝缘的初级绕组上绕次级线圈用QZ 20 7mm漆包线 带绝缘线径0 776mm 匝数383匝 先计算次级线圈能在绕组内 外各绕几层 7 按内径方向绕的层数为N54N54 Y Y2 S Z 8 按外径方向绕的层数为N53N53 X X2 S Z 计算各绕组导线平均长度LCU 续 式中 X D59 dj2 3 1416 84 25 0 776 262 2mmY D60 dj1 3 1416 31 9 0 776 102 7mmL N2 dj2 K排 383 0 776 1 10 326 9mmS 4 L dj2 4 3 1416 326 9 0 776 3188mmZ 2 dj2 2 3 1416 0 776 4 89mm按内径方向绕的层数为N54N54 Y Y2 S Z 102 7 102 72 3188 4 89 3 5层按外径方向绕的层数为N53N53 X X2 S Z 262 2 262 22 3188 4 89 1 2层 9 绕好次级绕组后的外径D61和内径D62分别为 D61 D59 2 N53 dj2 K迭 84 25 2 2 0 776 1 25 88 13mmD62 D60 2 N54 dj2 K迭 31 9 2 4 0 776 1 25 24 14mm 计算各绕组导线平均长度LCU 续 10 次级绕组平均匝长LCU2 T21 N53 dj2 K迭 2 0 776 1 25 1 94mmT22 N54 dj2 K迭 4 0 776 1 25 3 88mmLCU2 0 1 D51 D52 2B11 0 5 D59 D51 D52 D60 T21 T22 0 1 80 40 2 20 0 5 84 25 80 40 31 9 1 94 3 88 10 85cm 11 次级绕组上半叠包一次0 07mm聚酯薄膜带 包后其尺寸如下 外径D63 D61 2 2 1 25 0 07 88 13 0 35 88 25内径D64 D62 2 2 1 25 0 07 D61 D62 24 14 5 0 07 88 13 24 14 22 9mm由于有引出线的存在 变压器外径要加上2倍引出线的厚度因此变压器外径D0等于 D0等于 D63 4 8 88 25 4 92mm 19 计算各绕组导线电阻Rn Rn 0 01 Nn LCUn rn R1 0 01 N1 LCU1 r1 R2 0 01 N2 LCU2 r2 rn 每米电阻 m 查线规表 查线规得 r1 0 6029 m r2 0 06394 mR1 0 01 N1 LCU1 r1 0 01 1334 11 64 0 6029 93 62 R2 0 01 N2 LCU2 r2 0 01 134 11 46 0 06394 0 982 20 计算各绕组导线质量Gn Gn 0 01Nn LCUn gn克G1 0 01N1 LCU1 g1克G2 0 01N2 LCU2 g2克g 导线每米重量g m 查线规表 查线规得 g1 0 2523 g2 2 516G1 0 01N1 LCU1 g1 0 01 1334 11 64 0 2523 38 9gG2 0 01N2 LCU2 g2 0 01 134 11 46 2 516 38 6g 21 计算各绕组导线损耗PCUn PCUn I2n Rn瓦PCU1 I21 R1 0 122 93 62 1 348瓦PCU2 I22 R2 1 0 982 0 982瓦PCU PCU1 PCU2 1 348 0 982 2 33瓦 22 计算各绕组次级空载电压Un0 Un0 U1 Nn N1U20 U1 N2 N1 220 134 1334 22 1V 23 计算各绕组次级负载电压U2 U2 U1 I1 R1 N2 N1 I2 R2 220 0 12 93 62 134 1334 1 0 982 20V 24 核算初级电流 1 1 P2 Pfe Pcu U1 20 2 46 2 33 220 0 113 1 1 2 02 0 113 2 0 04172 0 12 A U1 初级电压 V Pfe 铁芯损耗 W Pcu 各绕组导线损耗 W 1 次级折算至初级电流 A 25 核算电压调整率 U U U20 U2 100 U20 22 1 20 100 22 1 9 3 符合要求不需重