环形电源变压器计算步骤.ppt

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825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1827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825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1927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+UjI2j-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)/20=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）B11Kfe/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）B11Kfe/200=（80-40）200.95/200=3.8（cm2）,5.计算铁芯质量：,铁芯质量Gfe=Afelfe-铁芯材料密度g/cm3Z11=7.65g/cm3例：Gfe=Afelfe=3.818.87.65=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=(0.5D522-0.5Di2)/D52+B11HT=(0.5D522-0.5Di2)/D52+B11=(0.5402-0.5202)/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HTB11+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=0.750.7854D522=0.750.7854402=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=21.25t1D52=2.50.140=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=21.25t2D51=2.50.0780=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=21.25t2Do=2.50.0787=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1.8/1.11.65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(1U%/2)/(4.44BfAfe10-4)次级匝数(1U%/2)/(4.44BfAfe10-4)例：OD80/40-200.35mm硅钢片，B=1.65T,U%=13%,f=50Hz,U1=220V220(1-0.13/2)/(4.441.65503.810-4)=1478匝50(10.065)/(4.441.65503.810-4)=383,11.计算空载电流0：,0=HLfe/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=HLfe/N1=0.42218.85/1478=0.00538A=5.38mA,12.计算次级折算至初级电流1：,1=InNn/N1(A)n1例：1=I2N2/N1=2383/1478=0.518A,13.计算铁芯损耗Pfe(瓦)：,PfefeP15/50(B/1.5)2(瓦)例：PfefeP15/50(B/1.5)2=0.54651.2(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：,fePfe1=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=0.522A1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=0.45AW/N1=0.45772.5/1.381478=0.41mmdj2=0.45AW/N2=0.45772.5/1.38383=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=(Nnd2jn)/AWn=(14780.410.41+3830.780.78)/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+41.250.12=80+41.250.12=80.6内径D54=D52-41.250.12=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+221.250.07=80.6+0.35=80.95mm内径D56=D54-221.250.07D53/D54=39.4-221.250.0780.6/39.4=38.7mm3.铁芯上绕初级线圈用QZ20.35mm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=N1dj1K排=14780.411.15=696.9mmS=4Ldj1=43.1416696.90.41=3591mmZ=2dj1=23.14160.41=2.576mm按内径方向绕的层数为N52N52=（Y-Y2-S）/Z=（122.9-122.92-3591）/2.576=6.056层按外径方向绕的层数为N51N51=（-X+X2+S）/Z=（-253+2532+3591）/2.576=2.723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=D552N51dj1K迭=80.95230.411.2=83.9mmD58=D562N52dj1K迭=38.7260.411.2=32.8mm(4)初级绕组平均匝长LCU1：T11=N51dj1K迭=30.411.2=1.476mmT12=N52dj1K迭=60.411.2=2.95mmLCU1=0.1(D51-D52)+2B11+0.5(D55-D51+D52-D56+T11+T12)=0.1(80-40)+220+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+221.250.07=83.9+0.35=84.25mm内径D60=D58221.250.07D57/D58=32.850.0783.9/32.8=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=(D59dj2)=3.1416(84.250.776)=262.2mmY=(D60+dj1)=3.1416(31.9+0.776)=102.7mmL=N2dj2K排=3830.7761.10=326.9mmS=4Ldj2=43.1416326.90.776=3188mmZ=2dj2=23.14160.776=4.89mm按内径方向绕的层数为N54N54=（YY2-S）/Z=（102.7102.72-3188）/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+2N53dj2K迭=84.25+220.7761.25=88.13mmD62=D602N54dj2K迭=31.9240.7761.25=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=N53dj2K迭=20.7761.25=1.94mmT22=N54dj2K迭=40.7761.25=3.88mmLCU2=0.1(D51D52)+2B11+0.5(D59-D51+D52-D60+T21+T22)=0.1(8040)+220+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+221.250.07=88.13+0.35=88.25内径D64=D62221.250.07D61/D62=24.14-50.0788.13/24.14=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+（48）=88.25+4=92mm,19.计算各绕组导线电阻Rn:,Rn=0.01(NnLCUnrn)R1=0.01(N1LCU1r1)R2=0.01(N2LCU2r2)rn-每米电阻m(查线规表)查线规得：r1=0.6029m,r2=0.06394mR1=0.01(N1LCU1r1)=0.01133411.640.6029=93.62R2=0.01(N2LCU2r2)=0.0113411.460.06394=0.982,20.计算各绕组导线质量Gn：,Gn=0.01NnLCUngn克G1=0.01N1LCU1g1克G2=0.01N2LCU2g2克g-导线每米重量gm(查线规表)查线规得：g1=0.2523,g2=2.516G1=0.01N1LCU1g1=0.01133411.640.2523=38.9gG2=0.01N2LCU2g2=0.0113411.462.516=38.6g,21.计算各绕组导线损耗PCUn：,PCUn=I2nRn瓦PCU1=I21R1=0.12293.62=1.348瓦PCU2=I22R2=10.982=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=U1Nn/N1U20=U1N2/N1=220134/1334=22.1V,23.计算各绕组次级负载电压U2：,U2=(U1-I1R1)N2/N1)-I2R2=(220-0.1293.62)134/1334)-10.982=20V,24.核算初级电流1：,1=（P2+Pfe+Pcu）/U1=（20+2.46+2.33）/220=0.1131=(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%符合要求不需重复8-23步计算。U20次级空