变压器的设计课件

變壓器的設計

二．工作任務試設計一單相電源變壓器，規格要求如圖3-22所示，其中變壓器η=80%。其工作任務是：（1）確定變壓器的鐵芯型號、規格；（2）繞組導線的型號、規格及匝數；（3）使用絕緣材料的情況。小型電源變壓器簡單設計：1、計算變壓器的額定功率（1）計算輸出總功率P2：輸出總功率P2

=

U2×I2

+

U3×I3=10W（2）計算輸入功率P1

及輸入電流I1：輸入功率P1

=

P2/η=10/0.75=13.3W

輸入電流I1=1.1×（P1/U1）=1.1×13.3/220=0.0665A2、計算變壓器的鐵心規格（1）確定鐵心截面積Ｓ：

=1.25×3.16=3.95(cm²)（2）確定鐵心規格：查表3-22

GEI型鐵心數據

，可選用GEI16鐵心，a×b=16×28。3、計算變壓器繞組匝數（1）確定每伏匝數N0：

N0=45000/（Bm×S）=450000/（11000×4.04）=10匝/伏（2）初、次級繞組匝數的計算：匝數N1

=

N0×U1=11×220=2200匝，次級繞組匝數N2=

1.05×N0×U2=1.05×10×10=105匝，次級繞組匝數N3=

1.05×N0×U3=1.05×10×5=53匝4、計算變壓器繞組導線的規格（1）計算導線直徑：初級繞組導線直徑d1==0.17毫米次級繞組導線直徑d2==0.46毫米次級繞組導線直徑d3==0.65毫米（2）查《電工手冊》漆包線規格表，可分別選用導線直徑為0.17毫米、0.47毫米、0.67毫米的Q2型漆包線。5、選用合適的變壓器絕緣材料

對一般的小型電源變壓器，其工作環境、溫升情況無特殊要求，工作電壓為220V，其層間絕緣可用牛皮紙，其厚度為0.05mm。線圈間的絕緣可採用2～3層牛皮紙或0.12mm的青殼紙。採用現成的16×28線圈框架。6、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況（1）根據選定的鐵心窗高h計算每層可繞的匝數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）每組繞組需繞的層數mi為：

M1=N1/n1=2200/123=18（層）

M2=N2/n2=105/45=3（層）

M3=N3/n3=53/32=2（層）（3）每組繞組厚度Bi為：

B1=m1（d1΄+δ）+γ=18×（0.19+0.05）+0.1=4.42（毫米）

B2=m2（d2΄+δ）+γ=3×（0.52+0.05）+0.1=1.81（毫米）

B3=m3（d3΄+δ）+γ=2×（0.72+0.05）+0.1=1.64（毫米）（4）所有繞組的總厚度B為：

B=1.1×(B0+∑Bi)=1.1×（1+4.42+1.81+1.64）=9.8（毫米）

結論：此繞組厚度約等於窗寬（10毫米），方案可行，但繞組必須緊繞。三．相關實踐知識要設計製作一個變壓器,必須對與變壓器相關的材料要有一定的認識。1、小型電源變壓器的鐵芯的認識鐵芯是變壓器磁路的主體部分，由表面塗有絕緣漆膜、厚度為0.35mm或0.5mm的矽鋼片衝壓成一定形狀後疊裝而成，擔負著變壓器原、副邊的電磁耦合任務。變壓器使用的鐵心材料主要

是矽鋼片，在鋼片中加入矽能降低鋼片的導電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少,我們通常稱加了矽的鋼片為矽鋼片，矽鋼片有熱軋和冷軋兩種.熱軋矽鋼片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷軋矽鋼片的導磁性能比熱軋好,

它的工作磁通密度B取值範圍為12000-18000高斯。鐵心由鐵柱和鐵軛兩部分組成，繞組套裝在鐵柱上，而鐵軛則用來使整個磁路閉合。變壓器鐵心一般採用交迭方式進行疊裝，應使上層和下層疊片的接縫相互錯開，減小氣隙，降低磁路磁阻。小型變壓器鐵心一般採用EI型或F型，圖3-24為EI鐵心的示意圖，表3-23為部分EI鐵心的尺寸數據。（見課本）2、小型電源變壓器的繞組的認識

繞組是變壓器電路的主體部分，擔負著輸入和輸出電能的任務。繞制變壓器通常用的材料有漆包線、絲包線，最常用的漆包線。對於導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，並且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號的高強度的聚脂漆包線。變壓器的繞組由原邊繞組和副邊繞組組成.

原邊繞組接輸入電壓,

副邊繞組接負載.

原邊繞組只有一個,

副邊繞組為一個或多個原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上.

套在兩個鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯或並聯。3、小型電源變壓器的絕緣材料的認識

（1）絕緣材料：在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞組間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板製作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。（2）浸漬材料：變壓器繞制好後，還要過最後一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可採用甲酚清漆作為浸漬材料。

思考題1：

為什麼變壓器原副邊繞組一般套在同一鐵心柱上？

把原副邊繞組套在同一鐵心柱上時,

由於原副邊繞組緊挨在一起（間隙實際上很小），部分漏磁通在空氣中的路徑大受限制，因此漏磁通較小，漏抗壓降小，對變壓器運行有利，因為變壓器副邊電壓是隨副邊電流變化而變化，減

小原副邊的漏阻抗就可以減小電壓變化，

使變壓器副邊電壓比較穩定。4、變壓器的簡單製作工序4.1繞線前的準備工作（1）選擇漆包線和絕緣材料；（2）選擇或製作繞組骨架；（3）製作木芯（木芯是套在繞線機轉軸上支撐繞組骨架，以進行繞線）。4.2繞線（1）繞組層次按一次側、靜電遮罩層、二次側高壓繞組、二次側低壓繞組依次迭繞；（2）做好層間、繞組間及繞組與靜電遮罩層的絕緣；（3）當繞組線徑大於0.2毫米時，繞組的引出線可利用原線，當繞組線徑小於0.2毫米時，應採用軟線焊接後輸出，引出線應用絕緣套管絕緣。4.3繞組的測試（1）不同繞組的絕緣測試；（2）繞組的斷線及短路測試。4.4鐵心疊裝（1）矽鋼片採用交迭方式進行疊裝，疊裝時要注意避免損傷線包；（2）鐵心疊片要求平整且緊而牢，以防鐵心截面達不到計算要求且會使矽鋼片產生振動噪音。4.5半成品測試（1）絕緣電阻測試（用兆歐表測試各組繞組之間及各繞組對鐵心（地）的絕緣電阻）；（2）空載電壓的測試（一次側加額定電壓時，二次側空載電壓允許誤差：≤±5%）；（3）空載電流的測試（一次側加額定電壓時，其空載電流應小於10%--20%的額定電流）。4.6浸漆與烘乾（1）繞組或變壓器預烘乾（去潮作用，溫度不能超過變壓器材料的耐溫）；（2）浸漆（繞組或變壓器浸漆）；（3）烘乾（浸漆滴幹後的繞組或變壓器，再次送入烘箱內乾燥，烘到漆膜完全乾燥、固化不粘手為止。4.7成品測試（1）耐壓及絕緣測試（用高壓儀、兆歐表測試各組繞組之間及各繞組對鐵心（地）的耐壓及絕緣電阻）；（2）空載電壓、電流測試（同上）（3）負載電壓、電流測試（一次側加額定電壓、二次側加額定負載，測量電壓與電流）。四．相關理論知識設計一個小型電源變壓器（這裏介紹的方法適合50Hz、2000W以下普通單相交流變壓器的設計），主要是根據變壓器功率選擇變壓器鐵心的截面積（鐵心截面積Ｓ是指矽鋼片中間舌的標準尺寸ａ和疊加起來的總厚度ｂ的乘積），再根據初、次級電壓計算初次級各線圈的匝數等。主要有以下幾個步驟：1、計算變壓器的額定功率；2、計算變壓器的鐵心規格；3、計算變壓器線圈匝數；4、計算變壓器繞組導線的規格；5、選用合適的變壓器絕緣材料；6、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況。如果電源變壓器的初級電壓是U1，次級有n個組,

各組電壓分別是U21,

U22,

┅,

U2n,

各組電流分別是I21,

I22,

┅,

I2n，輸出為純阻性負載。計算步驟如下：1、計算變壓器的額定功率（1）計算輸出總功率P2：

輸出總功率：P2

=

U21×I21

+

U22×I22

+

┅

+

U2n×I2n。（2）計算輸入功率P1

及輸入電流I1：輸入功率：P1

=

P2/η（η為變壓器效率，根據輸出功率的大小不同而略有變化，通常對於容量在100W以下的變壓器η在0.7--0.8之間，100W以上至1000W，在0.8--0.9之間，實際運用時，輸出功率低者取小值。）輸入電流：I1=(1.1--1.2)×（P1/U1）（1.1--1.2）為考慮變壓器空載勵磁電流的經驗係數。2、計算變壓器的鐵心規格（1）確定鐵心截面積Ｓ：小型變壓器常用的是E型（或F型）鐵心，它的中柱截面S的大小與變壓器總輸出視在功率有關，鐵心截面積：

（S——鐵芯截面積K——經驗係數）

K的取值和變壓器的輸出功率有關，對於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）確定鐵心規格根據計算所得的S值，確定使用GEI形鐵心，再根據實際情況來確定鐵心舌寬a與疊厚b的大小，從國產小功率變壓器常用的標準鐵心片規格表中選擇鐵心片規格和疊厚，一般舌寬ａ和疊厚ｂ的比在1:1～1:2之間。由於鐵心用塗絕源漆的矽鋼片疊成，考慮倒漆膜與矽鋼片間隙的厚度，實際的鐵心疊厚b΄應比b更厚，即b΄=b/0.9。

S=a×b

（a為鐵心舌寬，b為鐵心疊厚）3、計算變壓器線圈匝數（1）確定每伏圈數N0：根據，已知鐵心截面積S和磁通密度B，可求得線圈的每伏圈數N0：

N0=N/U=1/（4.44fФm）=1/（4.44fBm〔Bm（特斯拉），S（平方米）〕

N0=450000/（BmS）〔Bm（高斯），S（平方釐米）〕鐵心的B值可以這樣選取:

熱軋矽鋼片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷軋矽鋼片的導磁性能比熱軋好,

它的工作磁通密度B取值範圍為12000-18000高斯。一般鐵片取7000高斯。

.m44.4fNΦU=（2）初、次級繞組的計算：初級繞組：N1

=

N0×U1，次級繞組：N21=

1.05×N0×U21,

N22

=1.05×N0×U22,

┅,

N2n

=1.05×

N0×U2n.

考慮到負載時的壓降及損耗,

次級繞組應增加5%的匝數。4、計算變壓器繞組導線的規格根據各繞組的電流大小和選定的電流密度，可以得到各組繞組的導線直徑，導線直徑為：

（一般電源變壓器的電流密度可以選用J=2--3安/毫米）。再根據導線直徑及變壓器的絕緣等級選擇合適的漆包線。5、選用合適的變壓器絕緣材料根據變壓器工作環境、溫升情況及耐壓要求選用合適的絕緣材料，絕緣材料的耐熱等級一般分為Y、A、E、B、F、H、N、C級，其與最高工作溫度的關係如表3-26所示。耐熱絕緣等級

YAEBFHNC最高工作溫度（℃）901051201301551802002206、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況核算時除需要上述計算結果外，還要掌握層間絕緣、框架厚度和導線連同絕緣漆的直徑等。一般層間絕緣用牛皮紙，其厚度為0.05mm。對於線徑較粗的繞組，層間也可用0.12mm厚的青殼紙或較厚的牛皮紙；如線徑較細，可採用厚約0.02～0.03mm的透明紙或塑膠薄膜，線圈間的絕緣厚度在電壓不超過250V時可採用2～3層牛皮紙或0.12mm的青殼紙。因為線圈是繞在絕緣框架上的，所以鐵心窗口有效長度只能算0.9倍的額定長度，計算時先算出每層匝數，再算出每個線圈的厚度，最後算出總的厚度，看看窗口是否放得下，

如果放不下,

可以加大一號鐵心，如果太空,

可以減小一號鐵心。（1）根據選定的鐵心窗高h計算每層可繞的匝數n：

ni=0.9（h-2毫米)/d΄（匝）〔d΄—包括絕緣厚的導線外徑（毫米）〕〔0.9—考慮繞組框架兩端各空出約5%〕（2）每組繞組需繞的層數mi為：

mi=Ni/ni（層）〔Ni—繞組總匝數〕（3）每組繞組厚度Bi為：

Bi=mi（d’+δ）+γ（毫米）〔δ—繞組層間絕緣的厚度（毫米）〕〔γ--繞組間絕緣的厚度（毫米）〕（4）所有繞組的總厚度B為：

B=（1.1--1.2）(B0+∑Bi)（毫米）〔B0—繞組框架的厚度（毫米）〕〔(1.1~1.2)—尺寸裕量〕顯然，若計算得到的繞組厚度B小於鐵心窗口寬度C的話