小型单相变压器设计课件

1、辽宁工程技术大学 电机学课程设计 设 计 题 目： 小型单相变压器设计 院（系、部）： 电气与控制工程学院 专 业 班 级： 电力11-3班 姓 名：井元灏 学 号： 1111110305 指 导 教 师： 刘春喜 王继强 李国华 荣德生日 期： 2013-6-28 电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2012/2013第2学期姓名井元灏专业电力系统及其自动化班级电力11-3班课程名称 电机学课程设计设计题目 小型单相变压器设计 成绩 评分项目优良中及格不及格设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能

2、独立设计完成基本独立设计完成不能独立设计完成4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以上设计说明书5.设计内容设计思路清晰，结构方案良好，设计参数选择正确，条理清楚，内容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设计参数选择正确，条理清楚，内容较完整，极少量错误设计思路较清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数选择基本正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误设计思路不清晰，结构方案不合理，关键设计参数选择有错误，调理清楚，内容不完整，有明显错误6.设计书写、字体、排版规范、整洁、有条理，排版很好较规

3、范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多不规范、不整洁、无条理，排版有问题很大7.封面、目录、参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标准个别不符合标准完全不符合标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有4项符合才能评定

4、为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩： 评定教师签字：课程设计任务书一、设计题目 小型单相变压器的设计二、设计任务 设计一台小型单相变压器，U1=220V，U2=380V，I2 =0.2A。说明变压器的原理，通过计算选择合适的材料。三、设计计划 电机与拖动课程设计共计1周内完成： 1、第12天查资料,熟悉题目； 2、第35天方案分析,具体按步骤进行设计及整理设计说明书； 3、第6天准备答辩； 4、第7天答辩。四、设计要求 1、设计工作量为完成设计说明书一份； 2、设计必须根据进度计划按期完成； 3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。指 导 教师：刘春喜 王继强 李国华 荣德生教研室

5、主任：李洪珠时 间：2013年 6 月25日摘要变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。本文主要分析变压器的工作原理，基本构造，特点等问题，主要介绍变压器的设计。

6、目录一、变压器的基本工作原理.6二、变压器的部分结构及组装：.61.铁心.6 2.绕组.6三、主要部分参数计算.81.容量的确定.82.铁心尺寸的选定.93.绕组的计算.114.绕组排列.12四、例题.14五、结论.14参考文献.14 一、变压器的基本工作原理变压器是利用电磁感应原理工作的，如下图。变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。这两个绕组具有不同的匝数且互相绝缘，两绕组组间只有磁的耦合而没有电的联系。其中，接于电源侧的绕组称为一次绕组;用于接负载的绕组称为二侧绕组。若将绕组1接到交流电源上，绕组中便有交流电流i1流过，在铁心中产生与外加电压相同频率的且与一、二次绕组同时交链

7、的交变磁通，根据电磁感应原理，分别在两个绕组中感应出同频率的电动势e1和e2。e1=N1 e2=N2 式1中，N1为一次绕组匝数；N2为二次绕组匝数。若把负载接于绕组2，在电动势e2的作用下，就能向负载输出电能，即电流将流过负载，实现了电能的传递。由式1可知，一、二次绕组感应电动势的大小正与各自绕组的匝数，而绕组的感应电动势又近似等于各自的电压，因此，只要改变绕组的匝数比，就能达到改变电压的目的，这就是变压器的变压原理 二、变压器的部分结构及组装：1.铁心 铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm， 表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢叠装而成 铁心分为铁心

8、柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 心式变压器结构示意图2.绕组 绕组是变压器的电路部分， 它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成 变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理（如上图）：当一次侧绕组上加上电压1时，流过电流1，在铁芯中就产生交变磁通1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势1，2，感应电势公式为：E=4.44fNm 式中：E-感应电势有效值 f-频率 N-匝数 m-主磁通最大值 由于二次绕组与一次绕组匝数不同，感应电势E1和E2大小也不同，当略去内阻抗压降后，电压1和2大小也就不同。 当变压

9、器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流0，一部分为用来平衡2，所以这部分电流随着2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。 上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。 三、主要部分参数计算1.容量的确定1、二次侧总容量小容量单相变压器二次侧为多绕组时，若不计各绕组等效阻抗及负载阻抗的幅角之差别。可以认为输出总视在功率为二次侧各绕组输出视在功率之代数和，即 （1.31）式中

10、，, 二次侧各绕组电压的有效值（V）; ,-二次侧各绕组的负载电流有效值（A）;设计计算：二次侧容量为23.5W。2、一次侧绕组的容量 对于小容量变压器，不能认为绕组的容量等于二次侧绕组的总容量，因为考虑到变压器中有损耗，所以一次侧绕组的容量应为： （单位为VA） (1.3-2)式中 -变压器的效率，约为0.8到0.9，设计计算：一次侧绕组容量为29.4W，其中效率取80%。参看表A-1所给的数据是生产实践的统计数据。表格 1 小容量变压器计算参考数据变压器容量S/VA磁通密度/0.0001T效率（%）电流密度j/（A/m）铁心计算中的K值小于1060007000607032.52105070

11、00800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1 3、变压器的额定容量 变压器的额定容量取一、二次绕组容量的平均值，即 （单位为VA） (1.3-3) 设计计算：额定容量为26.44VA 4、一次电流的确定 I=(1.11.2) (1.3-4)式中1.1-1.2-考虑励磁电流的经验系数，对容量很小的变压器应取大的系数。设计计算得： 1.1-1.2）=0.142.铁心尺寸的选定 小容量变压器铁心形式多采用壳式，中间心柱上套放

12、绕组，铁心的几何尺寸如图A-2所示。图A-2 小型变压器硅钢片尺寸 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） (1.3-5)式中 经验系数，可参考表A-2选用。计算心柱截面积后，就可确定心柱的宽度和厚度，根据图A-2可知 （1.36）式中 a心柱的宽度（cm）; b心柱净叠厚（cm）; 心柱的实际厚度（cm）; 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少所引起的。对于0.5mm厚、两面涂漆的热轧硅钢片，=0.93; 对于0.35mm厚、两面涂漆的冷轧硅钢片，=0.91；对于0.35mm厚、两面涂漆的冷轧硅钢片，=0.92；对于0.35mm厚、不

13、涂漆的冷轧硅钢片，=0.95。 按A的值，确定a和b的大小，答案是很多的，一般取=1.2-2,并尽可能选用的硅钢片尺寸。表A-2列出了通用的小型变压器硅钢片尺寸。表A-2 小型变压器通用的硅钢片尺寸 （单位：mm）achAH137.52240341692450401910.530605022113366552512.537.57562.52814428470321648968038195711495442266132110502575150125582884168140643296192160设计计算：计算铁心截面 =10.28 m式中， 按表A-1取2. a=29.3cm 按表A-1选用a=

14、32mm的硅钢片，则 40.3mm取=48mm，硅钢片尺寸，=1.31。由表A-2查得 C=14mm h=42mm A=84mm H=70mm3.绕组的计算绕组的计算内容为确定各绕组匝数与导线直径及选择导线。计算每伏匝数 从变压器的电动势公式E=4.44fN=4.44fNA;若频率f=50Hz,可得出每伏的匝数 = （A-7）式中 -心柱的磁通密度最大值，单位是特斯拉。对于普通的热轧钢片可参考表A-1选用。每伏匝数 =5根据每伏匝数计算各绕组匝数 一次绕组 = 二次绕组 （1.051.10） （1.051.10） 设计计算：各绕组匝数 =1100 1.05=56 1.05=405对于小容量变压

15、器，应考虑其内部阻抗压降，为使在额定负载时二次侧有额定电压，适当地增加二次侧绕组的匝数，约增加5%-10%的匝数。计算绕组的导线直径d及选择导线 导线截面积 （单位为m） (A-9)导线直径 （单位为m） (A-10) 按各绕组的负载电流，选择导线截面，如选得小，则电流密度大，可节省材料，但铜耗增加，温度增高。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，一般选用j=2-3A/m，短时工作变压器取j=4-5A/m.按计算所得导线截面积和直径，查表A-3。选取相近截面的导线直径d，再由表A-4查得带绝缘的线径.表A-3 圆导线规格裸线直径d/截面积A/m裸线直径d/截面积A

16、/m裸线直径d/截面积A/m0.230.04150.250.04910.270.0573表A-4 圆截面漆包线漆膜厚度（单位mm）裸线直径0.060.140.150.210.230.33导线品种高强度聚酯漆包线QZ0.030.040.05设计计算：不带绝缘的线径分别为0.25 mm、0.21 mm、0.31 mm。带绝缘的线径分别为0.30 mm、0.25 mm、0.36 mm。4.绕组排列 绕组的匝数和导线直径确定之后，可作绕组排列。绕组每层匝数为 (A-11)式中 -绝缘导线外径（）； -铁心窗高（）； 0.9-考虑绕组框架两端厚度的系数； -考虑裕度的系数。 各绕组所需层数为 (A-12

17、)各绕组厚度为 + (A-13)式中 -层间绝缘厚度（），导线较细（0.2以下），用一层厚度为白玻璃纸，导线较粗（0.2以上），用一层厚度为的电缆纸（或牛皮纸），更粗的导线，可用厚度为0.12的青壳纸；-绕组的绝缘厚度（），当电压不超过500V时，可用层黄蜡布等。 绕组间的绝缘度为 (A-14)式中 -绕组框架的厚度（）； -考虑的考虑裕度的系数。 + + + +绕组的总厚度 计算所得的绕组总厚度t必须略小于铁心窗口宽度，若，可加大铁心叠装厚度，减少绕组匝数或重选钢片尺寸，按上述步骤重复计算和核算，至合适时为止。设计计算：各绕组没层匝数分别为138、166、115。各绕组所需层数分别为8、1、4。用两层电缆纸夹一张黄蜡布的方法，各绕组外包厚度分别为0.74 mm 、3.04 mm 、0.51 mm 、1.88。绕组总厚度为6.17C=16 mm 。所以，设计数据合理，方案可行。4、 例题1 2 五.结论 通过对变压器设计的课程设计，我们知道了变压器的工作原理，还有变压器的组成和原件选择，同时我们还知道了变压器的计算。对于小型变压器，缺点较多，所以只是用于小范围使用。更加巩固了我们的学习，让理论和实