小型单相变压器设计

1、东北石油高等院校跑道通讯端口课程电力工程CAD标题小型单相电压互感器设定修订院系专业课学生姓名学生班年月日目录1 .小型单相电压互感器12 .电压互感器的工作原理12.1电压转换12.2电流转换23 .电压互感器的基本结构24、设定修订内容34.1额定容量的确定34.2铁元素心尺寸的选择44.3绕组的圈数和导线直径64.4绕组(线圈)的排列及铁元素心尺寸的最终决定75、实例修正运算8六、结论10七、心得体会10参考文献12附录十三1 .小型单相电压互感器电压互感器是用电磁耦合关系传递电能的设备，用途可以概括为经济传输电能、合理分配电能、安全使用电能。 在实践中，电流可以改变到变压和云同步，阻抗

2、和相数1可以改变。小型变压器是指容量在1000V.A以下的变压器。 最简单的小型单相电压互感器由一个闭合的铁元素芯(构成磁路)和缠绕在铁元素芯上的两个匝数不同，并相互绝缘的绕组(构成电路)构成。 这种电压互感器在生活中的应用非常广泛。2 .电压互感器的工作原理电压互感器的功能主要有电压变换和阻抗变换隔离的稳定作用(磁饱和电压互感器)等，电压互感器中常用的铁元素心形状一般有e型和c型的铁元素心。变压器是利用电磁效应原理将一个电压的交流电转换成频率相同的另一电压的交流电的转换器2-4。如文献5所述，电压互感器的主要零配件是一个铁元素芯和安装在铁元素芯上的两个绕组。 一个绕组连接电源称为初级绕组(初

3、级绕组、初级)，另一个连接负载称为次级绕组(次级绕组、次级)。 原绕组的各量用下标1表示，副绕组的各量用下标2表示。 一次绕组圈数为，二次绕组圈数为。理想情况如下(电阻、铁损耗、漏磁通除外)。 对1次线圈施加电压，产生电流，形成磁通，沿着铁元素心闭合，分别在1次副线圈中感应电动势。2.1电压转换当在一次线圈两端施加交流电压时，交流电流流过线圈，在铁元素芯产生与一次线圈和二次线圈双方交链的主磁通。(1)(2)(3)(4)说明只要改变原副线圈的匝数比，就能够根据需要改变电压。2.2电流转换在电压互感器工作时，二次电流的大小主要依赖于负载阻抗模|的大小，一次电流的大小依赖于的大小。(5)(6)说明电

4、压互感器改变电压后，电流也可以改变到云同步。小型变压器原理：如小型单相电压互感器般指商用频率小容量单相电压互感器。3 .电压互感器的基本结构图1显示了该电压互感器的基本配置。图1的变压器绕组结构1 .铁元素心：铁元素心是电压互感器的磁路部分。 为了降低铁元素芯内的磁滞损耗涡流损耗，通常铁元素芯的硅元素含量高，厚度为0.35或0.5mm，是层叠在表面涂有绝缘涂料的热轧或冷轧硅钢片而成的。铁元素分为铁元素柱和铁元素磁轭，在铁元素柱上安装有绕组线圈，铁元素磁轭用于闭磁路，铁元素柱和铁元素磁轭云同步为变压器的机械部件。在铁元素心构造中，有心式和壳式两种基本形式。2、绕组：绕组是电压互感器的电路部分。

5、一般用绝缘纸包裹的铝线和铜线缠绕。 为了节约铜材，我国大部分变压器线圈采用铝线。3 .其他结构零配件：油箱、瓦斯气体继电器、油箱。图2单相心式电压互感器1-铁元素柱2-轭3-高压线圈4-低压线圈4 .设定修订内容修正内容有4个：额定容量的决定铁元素心尺寸的选定绕组的圈数和导线直径绕组(线圈)的排列及核心尺寸的最终决定。4.1额定容量的确定电压互感器的容量也称为表现功率和视在功率，是电压互感器的次级侧输出的功率，通常用KVA表示。(1)二次侧总容量在小容量单相电压互感器二次侧是多绕组的情况下，校正各个绕组的等效阻抗与其负载阻抗的振幅之差，输出总视功率为二次侧的各绕组输出视功率的代数和即(7)式中

6、，二次侧总容量(VA )二次侧的各绕组电压的有效值(v )次级侧各线圈的负载电流有效值(a )。(2)一次绕组的容量对于小容量变压器来说，一次绕组的容量不被认为等于二次绕组的总容量，但考虑到变压器有损失，一次绕组的容量单位为VA) (8)式中电压互感器的额定容量电压互感器的效率约为0.80.9，表1所示的数据是生产时间的统一修正数据，在修正计算时可以进行初步选择。表1小容量电压互感器补正算参考资料电压互感器容量华盛顿10吨磁感应强度效率(% )电流密度在铁元素心订正算中的值不到1060007000607032.52十到五十70008000七十到八十2.5至221.55010080009000八

7、十到八十五2.5至21.51.3一百五百90001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1(3)电压互感器的额定容量此次作为小型单相电压互感器进行了修订，因此在三相变压器时不考虑，只考虑了小型单相电压互感器时。小型单相电压互感器的额定容量取一、二线圈容量的平均值S=*(S S ) (单位为VA) (9)(4)一次电流的确定(十)(10 )式中(1.11.2 )考虑励磁电流的经验系数，对于容量小的电压互感器应该取大的系数。4.2铁元素心尺寸的选择(1)计算铁元素中心截面积a为了降低铁损耗，电压互感器的铁元素心由相互绝缘的硅钢板

8、层叠或非晶质材料制成。 其中缠绕有线圈的部分称为铁元素心柱，连接有铁元素心柱的部分称为铁元素轭，为了减少磁路中的不需要的空气隙，变压器铁芯在层叠时相邻的2层硅钢板的接缝彼此错开。小容量变压器铁芯的形式多采用壳式，在中间心柱上缠绕绕线，铁元素心的几何尺寸如图4所示。图3变压器铁芯小容量大头针芯截面积a的大小与其视在功率有关，一般按以下的经验方程进行修正(单位：)。(11 )A铁元素心柱净面积，单位为cm2截面修正系数与电压互感器的额定容量无关，按照表3-2选定，在采用优质的冷轧硅钢板的情况下，优选减小截面积修正系数表2截面积修正系数的估计值/VA 50021.751.75至1.51.51.351

9、.351.251.251.0如果修正大头针截面积a，则决定了美元的宽度和厚度，从图3可知(12 )式中的a心柱的宽度(mm )b系统的网络栈内存厚度(毫米)心柱的实际厚度(毫米)层积系数考虑到铁元素芯层之间的绝缘所占的空间，引起了铁元素芯面积的减少。 对于厚度0.5mm、双面油漆作绝缘的热轧硅钢板，=0.93厚度0.35mm的双面油漆作绝缘的热轧硅钢板，=0.91厚度0.35mm，对于不油漆作的冷轧钢板，=0.95。用a的值决定a和b的大小，答案很多。 b=(1.22.0)a)取a，尽量选择通用的硅钢板尺寸。 表3显示的是通用的小型变压器硅钢板的尺寸。表3小型变压器通用的硅钢板尺寸achh13

10、16192225283238445058647.5910.51112.5141619222528322224303337.542485766758496405060667584961141321501681923440505562.57080951101251401604.3绕组的圈数和导线直径(1)修正每伏的电压圈数如果频率f=50Hz，则根据电压互感器的电势方程式E=4.44fNBmA获得了每螺栓所需要的匝数(13 )式中的与每1伏的电压匝数对应，单位：匝/VBm铁元素心柱内工作磁密最大值，单位： tA铁元素心柱截面积，单位： cm2在铁元素心材料国家热轧硅钢板的情况下，设Bm=1.01.

11、2T。 在采用冷轧硅钢板时，可以使Bm=1.21.5T。然后，根据n和各线圈的额定电压求出各线圈的匝数(14 )(15 )(16 )式中的N1、N2Nn的各线圈的匝数。为了补偿负载时的泄漏阻抗电压下降，副边的各线圈的匝数都增加了5%10%。(2)修正引线直径d小型变压器的线圈大多用漆包圆铜线(QZ型或QQ型)缠绕。 为了限制铜的损耗和发热，根据各绕组的负载电流选择导线截面，选择较小的导线截面，电流密度大，能节约材料，但铜的消耗增加，温度上升增加。 小容量电压互感器是自然蒸发制冷的干式变压器，允许电流密度低，根据实践经验，通过导线的电流密度j过大则要不得。 对于一般的空气自然蒸发制冷工作条件，J

12、=23A/mm2。在连续动作时设J=2.5A/mm2导线的截面积： Ac=I/j。导线直径：=0.715导线直径可以根据生物电流计算出来式中： d原，副边各线圈导线直径，单位： mm；I原、副边各线圈中的生物电流、单位： a；根据计算出的直径检查电工手册或表4选择接近的标准线径。 在线圈电流超过10A的情况下，可以并联连接多根导线，也可以选择扁平铜线。表4导线材料的选择螺线直直径领导线商品种子螺线直直径领导线商品种子螺旋直径导线品种0.060.140.150.210.230.330.350.490.510.620.640.720.740.961.01.741.812.022.12.44高强度多

13、晶硅漆包线0.030.040.050.060.070.080.090.110.120.13硅有机单玻璃丝绸包复线0.200.220.220.24硅有机双玻璃丝绸包复线0.250.270.270.284.4绕组(线圈)的排列及铁元素心尺寸的最终决定确定了绕组的圈数和导线的直径后，就可以进行绕组排列。 绕组每一层的匝数(17 )式中绝缘导线外径(mm )h铁元素心窗高度(毫米)0.9考虑到绕组信息帧两端厚度的系数考虑(24)馀量系数。各绕组所需层数(18 )各绕组厚度(19 )I=1，2，n仪式中使用层间绝缘厚度(mm )、导线细(0.2mm以下)、厚度0.020.04mm的白半透明纸纸、导线粗(

14、0.2mm以上)、厚度0.050.07mm的电缆纸(或柏油纸)线圈之间的绝缘厚度(mm )，当电压在500V以下时，可以用23层的电缆纸夹住12层的黄蜡布等。绕组的总厚度(20 )式中的绕组信息帧的厚度(mm )考虑到1.11.2馀量的系数。修正后的绕组总厚度t必须小于铁元素心窗宽度c。 如果是tc，则增大铁元素芯的堆积厚度，减小绕组匝数，或重新选择硅钢板的尺寸，按照上述顺序反复进行修正和修正，能够修正到适当的时刻。5 .实例修正算法图4三绕组电压互感器如图4所示补正电压互感器的主要残奥表，选择可执行的材料。解： 1、修正电压互感器的额定容量SN1 )修正副边的容量： s2=u2I2u3I3=300 *0. 250 *0.1=65 (va )2 )修正一次边的容量： /根据表1，小型单相电压互感器的效率的推定值可以设为=0.82因此，/=65/0.82=79.3(VA )3 )修正电压互感器的额定容量=1/2()=0.5*(65 79.3)=72.2(VA )考虑到存在一定的损耗，额定电压互感器的容量可以约为75VA2 .铁元素心尺寸的选择1 )计算铁元素截面积aA=k0表2 .根据截面积计算出的系数K0的估计值可以设