小型单相变压器的设计

小型变压器的设计电机学课堂教学设计总结报告课题名称：小型变压器的设计学生姓名：学位：专业：电气工程及其自动化类别：指导老师：目录目录1摘要2一、变压器基本结构3二、变压器工作原理41 .电压转换42 .电流转换5三、设计内容51 .额定容量的确定52 .核心尺寸的选择63 .计算绕组线圈的匝数84 .计算各绕组导线的直径，选择导线95 .计算绕组总尺寸，计算铁芯窗口面积104设计例114.1设计要求114.2计算变压器参数12五总结十五参考文献15附录摘要随着我国经济建设的发展，电力工业规模迅速扩大，变压器单体容量和安装容量迅速增加。 在国际大型企业参加强劲的国内市场竞争之前，一方面喜欢的是我国电力设备市场的伟大后劲，另一方面也表现出中国企业的显着进步，特别是在质量方面，国产电力变压器越来越接近国内，国内大型企业必须“看家”。变压器是交流电力转换用的电气设备。 可将某交流电压、交流电流的电能转换为相同频率的另一交流电压、交流电流的电能。 变压器在电力系统中的主要作用是通过转换电压，有利于电力的传输。 电压在升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高输电经济性，达到远距离输电的目的。 电压在降压变压器降压后，得到各级电气设备的必要电压，满足用户的使用需要。此次设计的变压器是小型变压器，小型变压器是指容量在1000V.A以下的变压器。 最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁心(构成磁路)和卷绕在铁心上的两个匝数不同，相互绝缘的绕组(构成电路)构成。 这种变压器在生活中的应用非常广泛。一、变压器的基本结构1、铁芯：铁芯是变压器的磁路部分。 为了减少铁芯内磁滞损耗涡流损耗，铁芯通常含硅量高，厚度为0.35或0.5mm，表面层叠涂有清漆的热轧或冷轧硅钢板。铁芯分为铁柱和铁轭，铁柱中装入绕组线圈，铁轭闭合磁路，铁柱和铁轭用作变压器的机械部件。 核心结构有心形和壳型两种基本形式。2、绕组：绕组是变压器的电路部分。 一般用绝缘纸包住铝线和铜线。 为了节约铜材，我国的变压器线圈大部分采用铝线。3 .其他构成部件：罐、气体继电器、罐。1-铁柱2-磁轭3-高压线圈4-低压线圈二、变压器工作原理变压器的功能主要是电压变换阻抗变换隔离稳定化(磁饱和变压器)等，常用的铁心形状一般分为e型和c型铁心。变压器是利用电磁感应原理将一个电压的交流电转换为相同频率的另一个电压的交流电的能量的转换设备。变压器的主要部件如图(1)所示，是一个铁心和卷绕在铁心上的两个绕组。 将电源连接到一个绕组，称为初级绕组(初级绕组、初级绕组)，将另一个负载连接到另一个绕组，称为次级绕组(次级绕组、次级绕组)。 初级绕组的各量用下标1表示，次级绕组的各量用下标2表示。 初级绕组的匝数为1N，次级绕组的匝数为2N。理想状况如下(电阻、铁损、漏磁通除外)，对初级绕组施加电压u1，产生电流i1，确立磁通，沿铁心闭合，分别在初级副绕组中感应电动势e1和e2。1 .电压转换当交流电压u1被施加到初级绕组的相对端时，交流电流i1流过绕组，并且在芯部中产生与初级绕组交链的主磁通量。 说明了只要改变原、副绕组的匝数比，就可以根据需要改变电压。2 .电流转换当变压器工作时，二次电流I2的大小主要依赖于负载阻抗比|Z1|的大小，一次电流I1的大小依赖于I2的大小。变压器表示在改变电压的同时，可以改变电流。三、设计内容设计内容有4个部分：额定容量的决定芯尺寸的选定绕组的圈数和导线的直径绕组(线圈)的排列和芯尺寸的最终决定。1 .额定容量的确定变压器的容量也称为表现功率和视在功率，其指变压器的次级输出的功率，通常由KVA表示。(1)二次侧总容量在小容量单相变压器的次级侧为多线圈的情况下，如果不计算各线圈的等效阻抗与其负载阻抗的振幅角之差，则输出总视功率为次级侧的各线圈的输出总视功率的代数和，即s2=u2i2u3i3uni； 其中，S2是次级侧电容(V.A )、U2、u3、 un是次级侧的各绕组电压的有效值i2i 3、 in是次级侧的各绕组的负载电流有效值。(2)初级绕组容量在小容量变压器中，一次绕组的容量不能认为是二次绕组的总容量，但由于认为变压器有损失，因此一次绕组的容量为式中的S1变压器的额定容量变压器的效率约为0.80.9，表3-1所示的数据是生产时间的统计数据，可进行计算时的预选择。(3)一次电流的确定I1=(1.11.2)S1/U1式考虑(1.11.2)励磁电流的经验系数，对容量小的变压器取大系数。2 .核心尺寸的选择(1)计算铁心截面积a为了减少铁损，变压器的铁芯是由相互绝缘的硅钢板制成的。 其中缠绕绕组的部分称为铁芯柱，连接铁芯柱的部分称为铁轭，为了减少磁路中不需要的气隙，变压器铁芯在层叠时与2层硅钢板的接缝相邻偏移。小容量心柱截面积a的大小与其视在功率有关，因此一般用以下经验式计算(单位2 )。 表3-2S/(V.A )0-1010-5050-500500-10001000以上K022-1.751.5-1.41.4-1.21A铁芯柱的净面积，单位为cm2，K0截面计算系数，与变压器的额定容量s有关，根据表3-2选定，采用优质冷轧硅钢板时，K0采用小截面计算系数K0。(二)确定核心规格；小容量变压器铁芯形式多采用壳式，中心柱绕线，铁芯几何尺寸如下。式中的a芯柱的宽度(mm )为b 芯柱的实际厚度(mm )，Kc层叠系数考虑到铁芯层叠之间的绝缘所占据的空间，导入了铁芯面积的减小。 对于厚度0.5mm、双面涂装绝缘热轧硅钢板，Kc=0.93； 对于厚度为0.35mm的双面涂装绝缘热轧硅钢板，Kc=0.91； 对于厚度0.35mm、未涂装的冷轧钢板，Kc=0.95。 用a的值决定a和b的大小，答案很多，一般设定b=(1.22.0)a，尽量选择通用的硅钢板尺寸。 表3-3显示的是通用的小型变压器硅钢板的尺寸。国产小功率变压器常用标准铁芯片规范(部分)(表3 )铁芯片型号铁心规格(mm )尺寸(mm )参考数据c.chhlld.dh1中间舌片净截面积(cm2 )铁片厚度(mm )甲组联赛冷轧热轧0.350.50.350.5GEIB30战斗机30381991531068769.510.710.810.410.5304512.712.812.312.4305214.714.814.214.4306016.917.116.416.6GEIB35战斗机354422105.561.512310161114.514.614.014.2355217.117.316.616.7356019.720.019.119.3357023.023.322.322.5GEIB40战斗机4050261247214411861318.819.018.218.4406022.622.821.822.1407026.326.625.525.83 .计算每个绕组的圈数n变压器感应电位e的计算公式可导出每个螺栓所需的圈数值因硅钢板而异。 变压器容量为100VA以下时，通常冷轧硅钢板DW240-35、DW260-35型的0.81.2T； 变压器容量为1001000VA时，优选为1.21.5T。 变压器容量为100VA以下时，热轧硅钢板DR320-35、DR280-35、DR360-50、DR315-50型的0.81.0T； 变压器容量为1001000VA时，设定为0.91.2T。一般优选为0.71.0T之间。 并且，铁心柱的截面积(=ab )，最后通过下式求出各绕组的匝数。一次侧绕组的匝数为二次侧绕组的匝数为注意：次级绕组的5%圈数是用于补偿变压器漏电感和导线铜损的馀量。4 .计算各绕组导线的直径，选择导线导线直径的计算公式式中： I是绕组电流，a； 导线截面积，cm2； d是引线直径，mm； 电流密度，A/。所以呢电流密度一般为100VA以下连续使用的变压器的取值=2.5A/； 连续使用100VA以上的变压器为=2A/； 如果变压器在短时间内工作，则电流密度较大，即=4到5 a /。 根据计算出的直径d，调查铜包复线的规格(参照下表)，选择公称直径近且稍大的标准包复线。5 .计算绕组总尺寸，计算铁心窗面积变压器的绕组必须缠绕在框架上，根据已知绕组的匝数、线径、绝缘厚度等计算出的绕组的总厚度必须小于铁心的窗宽c。 否则，你必须重新计算或选择铁心(1)根据铁心窗的高度h(mm )求出各层的卷数式中：0.9是用于考虑绕组框架两端各空出5%的部位而不旋转导线的馀量，24是用于考虑绕组框架厚度的空间，d 是包含绝缘厚度的导线的直径。(2)每个绕组所卷绕层数为(3)计算每个层间绝缘和绕组的厚度。一般使用的绝缘厚度尺寸主要有：1 )一、二次绕组间绝缘的厚度为绕组架的厚度1mm，外包层绝缘在双层电缆纸(20.07mm )上夹着黄色布(0.14mm )，合计厚度=1.28mm。2 )绕组间绝缘及对地绝缘的厚度r=0.28mm。3 )层间绝缘的厚度。 导线d为0.2mm以下的使用0.020.04mm的透明纸(玻璃纸)，导线d为0.2mm以上的使用0.050.07mm的电缆纸(或牛皮纸)，更粗的使用0.12mm的青色纸。最后可求出一次侧绕组的总厚度同样可以求出次级侧每个绕组的总厚度。(4)全绕组的总厚度为式中：1.11.2用于考虑卷绕工艺的馀量。(5)求出的绕组总厚度小于窗口宽度c时，如果大于说明设计方案能够实施的c，则无法执行程序，因此需要调整设计四个设计示例4.1设计要求(1)电路图(2) .指定的参数：型号额定输出容量(VA )一次电压(v )二次电压(v )次级绕组容量分配(VA )质量(KG )控制绕组照明线圈指示灯绕组BK-200战斗机200220伏110V36V6.3V13060105.54.2变压器参数的计算(1)计算原边的输入容量：1).S1=S2/，S2=130 60 10=200V.A；根据表1，小型单相变压器效率的推定值为=0.85因此，S1=S2/=200/0.85=235V.A；(2) .核心尺寸的选择：计算铁心截面积A:A=K0根据表3-2，截面积计算系数K0估计值为K0=1.45，因此，A=K0=1.45*=20.52；(3) .计算绕组线圈的匝数a )每个螺栓的圈数：N0=2.43圈/V式中的Bm=0.9Tb )根据n 0和各线圈额定电压求出各线圈的匝数一次绕组匝数： N1=N0U1=220*2.43=537匝；次级绕组匝数： N2=1.05*N0U2=1.05*2.43*110=281匝；N3=1.05*N0U3=1.05*2.43*36=92圈N4=1.05*N0U4=1.05*2.43*6.3=16圈(4)计算引线直径d:a )一次输入电流： I1=s1/u1* (1.11.2)=235/220 *1.1=1. 175 (a )b )直径dw=1.13=0.715取2.5A/2c )导线截面积： Ac=I/J；因此，d1=0.77、d2=0.77、d3=0.92、d4=0.90。Ac1=0.472；(5)根据绕组尺寸计算窗面积骨骼图a=35mmb=60mmc=22mmh=61.5mm单相外壳变压器图(a )每层绕组匝数： ni=0.9h-(24)/di； n1=0.9(61.5-3)/0.77=68圈数； n2=68圈n3=57圈n4=59圈(b )每个绕组所需绕组数： mi=Ni/ni； m1=N1/n1=537/68=8层同样，m2=5层m3=2层m4=1层(6)变压器绕组层间绝缘方法(a )绕组