變壓器設計第三組

1、 課 程 設 計 任 務 書 班級（專業(yè)） 08生產(chǎn)過程自動化1班 設計人 一、課程設計題目：小型單相變壓器設計二、設計要求通過該設計，初步掌握小型變壓器容量、鐵心、繞組等設計步驟和方法，熟悉有關規(guī)程和設計手冊的使用方法。三、設計的主要內(nèi)容 1、額定容量的確定 2、鐵心尺寸的確定 3、繞組匝數(shù)與導線直徑 4、繞組排列及鐵心尺寸的最后確定 5、討論說明 6、整理成冊四、原始資料 變壓器容量V·A磁通密度×10T效率（%）電流密度鐵心計算中的值小于1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008000900080852.521.

2、51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1五、設計步驟 1、分組布置任務，熟悉原始資料 2、搜集資料，學習理解 3、根據(jù)要求進行計算 4、根據(jù)要求寫出報告，打印成冊 5、檢查情況、答辯、給出成績六、課程設計論文包括的內(nèi)容 1、設計任務書 2、原理 3、結構 4、額定容量的確定 5、鐵心尺寸的確定 6、繞組匝數(shù)與導線直徑 7、繞組排列及鐵心尺寸的最后確定 8、謝辭 9、參考文獻 10、后記 要求課程設計 自 2009 年 12 月 28 日 至 2009 年 1 月 1 日止 自動化 專業(yè)教研室主任

3、 年 月 日 機電二 系、系主任簽章 年 月 日指導教師評語： 指導教師： 年 月 日目錄1、 課程設計任務書2、 教師評語3、 小型單相變壓器的設計.53.1變壓器工作原理.53.2變壓器基本結構.64、變壓器基本設計內(nèi)容.74.1額定容量的確定.74.2鐵心尺寸的設定.84.3繞組匝數(shù)與導線直徑.94.4繞組排列及鐵心尺寸的最后確定.115、實例舉例.12 結論.15心得體會.16謝辭.17主要參考文獻.18小型單相變壓器設計小型單相變壓器簡介變壓器是通過電磁耦合關系傳遞電能的設備，用途可綜述為：經(jīng)濟的輸送電能、合理的分配電能、安全的使用電能。實際上，它在變壓的同時還能改變電流，還可改變阻

4、抗和相數(shù)。小型變壓器指的是容量1000V.A以下的變壓器。最簡單的小型單相變壓器由一個閉合的鐵心(構成磁路)和繞在鐵心上的兩個匝數(shù)不同、 彼此絕緣的繞組(構成電路)構成。這類變壓器在生活中的應用非常廣泛。一、 變壓器的工作原理變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心。 變壓器（transformer）是利用電磁感應原理將某一電壓的交流換成頻率相同的另一電壓的交流電的能量的變換裝備。變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組，如圖（1）所示。一個繞組接電源，稱為原繞組（一次繞組、初級），另一個接負載，稱為副繞組（二次繞組

5、、次級）。原繞組各量用下標1表示，副繞組各量用下標2表示。原繞組匝數(shù)為，副繞組匝數(shù)為。圖（1）變壓器結構示意圖理想狀況如下（不計電阻、鐵耗和漏磁），原繞組加電壓，產(chǎn)生電流，建立磁通，沿鐵心閉合，分別在原副繞組中感應電動勢。（1） 電壓變換當一次繞組兩端加上交流電壓時，繞組中通過交流電流，在鐵心中將產(chǎn)生既與一次繞組交鏈，又與二次繞組交鏈的主磁通。 （1-2） （1-3） （1-4）說明只要改變原、副繞組的匝數(shù)比,就能按要求改變電壓。（2） 電流變換變壓器在工作時，二次電流的大小主要取決于負載阻抗模|的大小，而一次電流的大小則取決于的大小。 （1-5） （1-6）說明變壓器在改變電壓的同時,亦能改

6、變電流。小型變壓器的原理：小型單相變壓器一般是指工頻小容量單相變壓器。二、 變壓器的基本結構1、 鐵心：鐵心是變壓器磁路部分。為減少鐵心內(nèi)磁滯損耗渦流損耗，通常鐵心用含硅量較高的、厚度為0.35或0.5mm、表面涂有絕漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。鐵心分為鐵柱和鐵軛兩部分，鐵柱上套裝有繞組線圈，鐵軛則是作為閉合磁路之用，鐵柱和鐵軛同時作為變壓器的機械構件。鐵心結構有兩種基本形式：心式和殼式。2、 繞組：繞組是變壓器的電路部分。一般采用絕緣紙包的鋁線或銅線繞成。為了節(jié)省銅材，我國變壓器線圈大部分是采用鋁線。圖（2）3、 其它結構部件：儲油柜、氣體繼電器、油箱。圖（3）單相心式變壓器1鐵柱；2鐵軛

7、；3高壓線圈；4低壓線圈三、 設計內(nèi)容計算內(nèi)容有四部分：額定容量的確定；鐵心尺寸的選定；繞組的匝數(shù)與導線直徑；繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定。1、 額定容量的確定 變壓器的容量又稱表現(xiàn)功率和視在功率，是指變壓器二次側輸出的功率，通常用KVA表示。（1） 二次側總容量 小容量單相變壓器二次側為多繞組時，若不計算各個繞組的等效的阻抗及其負載阻抗的幅角的差別，可認為輸出總視在功率為二次側各繞組輸出視在功率之代數(shù)和，即 S2=U2I2+U3I3+. （3-1）式中 S2二次側總容量（V·A）U2,U3,Un二次側各個繞組電壓的有效值（V）；I2,I3,In 二次側各個繞組的負載電流有效

8、值（A）。(2) 一次繞組的容量對于小容量變壓器來說，我們不能就認為一次繞組的容量等于二次繞組的總容量，因為考慮到變壓器中有損耗，所以一次繞組的容量應該為 S1=S2/（單位為V·A） （3-2）式中 S1變壓器的額定容量；變壓器的效率，約為0.80.9，表3-1 所給的數(shù)據(jù)是生產(chǎn)時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，可供計算時初步選用。表3-1 小容量變壓器計算參考數(shù)據(jù)變壓器容量V·A磁通密度×10T效率（%）電流密度鐵心計算中的值小于1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050

9、090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1(3) 變壓器的額定容量由于本次設計為小型單相變壓器，所以不考慮在三相變壓器中的情況，只考慮在小型單相變壓器的情況。小型單相變壓器的額定容量取一、二繞組容量的平均值， S=1/2*（S+S2）（單位為V·A） （3-3）(4) 一次電流的確定 I1=(1.11.2)S/U1 （3-4）式中(1.11.2)考慮勵磁電流的經(jīng)驗系數(shù)，對容量很小的變壓器應取大的系數(shù)。2、 鐵心尺寸的選定(1) 計算鐵心截面積A為了減小鐵損耗，變壓器的鐵心是用彼此絕緣的硅鋼片疊成或非晶材料

10、制成。其中套有繞組的部分稱為鐵心柱，連接鐵心柱的部分稱為鐵軛，為了減少磁路中不必要的氣隙，變壓器鐵心在疊裝時相臨兩層硅鋼片的接縫要相互錯開。小容量變壓器鐵心形式多采用殼式，中間心柱上套放繞組，鐵心的幾何尺寸如圖（4）所示。 單相殼式變壓器立體圖 小容量心柱截面積A大小與其視在功率有關，一般用下列經(jīng)驗公式計算（單位為 ）。 A=K0 （3-5）A鐵心柱的凈面積，單位為cm2K0截面計算系數(shù)，與變壓器額定容量Sn有關，按表3-2選取，當采用優(yōu)質冷軋硅鋼片時K0可取小些截面積計算系數(shù)K0表3-2 截面積計算系數(shù)K0的估算值Sn /VA10105050100100500500K021.751.751.

11、51.51.351.351.251.251.0計算心柱截面積A后，就可確定心柱的寬度和厚度，根據(jù)圖3可知 A=ab=ab'Kc （3-6）式中 a心柱的寬度（mm）；b心柱的凈疊厚（mm）；心柱的實際厚度（mm）；Kc 疊片系數(shù)，是考慮到鐵心疊片間的絕緣所占空間引起鐵心面積的減小所引入的。對于0.5mm厚，兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，Kc =0.93；對于0.35mm厚兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，Kc =0.91；對于0.35mm厚，不涂漆的冷軋鋼片，Kc =0.95。按A的值，確定a和b的大小，答案是很多的，一般取b=(1.22.0)a，,并盡可能選用通用的硅鋼片尺寸。表3-3列出了通用

12、的小型變壓器硅鋼片尺寸。表3-3小型變壓器通用的硅鋼片尺寸achH1316192225283238445058647.5910.51112.5141619222528322224303337.54248576675849640506066758496114132150168 1923440505562.57080951101251401603、 繞組的匝數(shù)與導線直徑(1) 計算每伏電壓應繞的匝數(shù)從變壓器的電勢公式E=4.44fNBmA,若頻率f=50Hz,可得出每伏所需的匝數(shù) N0=N/E=103/4.44fBmA （3-7）式中 對應于每伏電壓的匝數(shù)，單位：匝/V Bm鐵心柱內(nèi)工作磁密最大值

13、，單位：T A鐵心柱截面積，單位：cm2當鐵心材料國熱軋硅鋼片時，取Bm=1.01.2T；采用冷軋硅鋼片時，可取Bm=1.21.5T 然后根據(jù)N和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù) N1=N0U1 （3-8）N2=（1.051.10）N0U2 （3-9）N3=（1.051.10）N0U3 （3-10）式中N1、N2 Nn各線圈的匝數(shù)。為補償負載時漏阻抗壓降，副邊各線圈的匝數(shù)均增加了5%10%。（2） 計算導線直徑d小型變壓器的線圈多采用漆包圓銅線(QZ型或QQ型)繞制。為限制銅損耗及發(fā)熱，按各個繞組的負載電流，選擇導線截面，如選的小，則電流密度大，可節(jié)省材料，但銅耗增加，溫升增高。小容量變壓器是自

14、然冷卻的干式變壓器，容許電流密度較低，根據(jù)實踐經(jīng)驗，通過導線的電流密度J不能過大，對于一般的空氣自然冷卻工作條件，J=23A/mm2。對于連續(xù)工作時可取J=2.5A/mm2導線的截面積：Ac=I/j. 導線的直徑： d=0.715導線直徑可根據(jù)工作電流計算 ，式中： d 原、副邊各線圈導線直徑，單位：mm；I 原、副邊各線圈中的工作電流，單位：A；根據(jù)算出的直徑查電工手冊或表3-4選取相近的標準線徑。當線圈電流大于10A時，可采用多根導線并聯(lián)或選用扁銅線。表3-4 導線材料的選取螺線直徑導線品種0.060.140.150.210.230.330.350.490.510.620.640.720.

15、740.961.01.741.812.022.12.44高強度聚酯漆包線0.030.040.050.060.070.080.090.110.120.13硅有機單玻璃絲包線0.200.220.220.24硅有機雙玻璃絲包線0.250.270.270.284、 繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定。繞組的匝數(shù)和導線的直徑確定后，可作繞組排列。繞組每層匝數(shù)為 N'=0.9h（24）/d， （3-11）式中 絕緣導線外徑（mm）；h鐵心窗高（mm）；0.9考慮繞組框架兩端厚度的系數(shù)；（24）考慮裕度系數(shù)。各繞組所需層數(shù)為m=N/NC （3-12）各繞組厚度為 （3-13）i=1,2,n 式中

16、層間絕緣厚度（mm），導線較細（0.2mm以下），用一層厚度為0.020.04mm白玻璃紙，導線較粗（0.2mm以上），用一層厚度為0.050.07mm的電纜紙（或牛皮紙），更粗的導線，可用厚度為0.12mm的青殼紙；繞組間的絕緣厚度（mm），當電壓不超過500V時，可用23層電纜紙夾12層黃蠟布等。繞組總厚度為 t=(t0+t1+t2+.+tn）×（1.11.2） （3-14）式中 t0繞組框架的厚度（mm）；1.11.2考慮裕度的系數(shù)。計算所得的繞組總厚度t必須略小于鐵心窗口寬度c，若t>c,可加大鐵心疊裝厚度，減小繞組匝數(shù)或重選硅鋼片的尺寸，按上述步驟重復計算和核算，至合

17、適時為止。4、 實例舉例 1、計算變壓器的主要參數(shù)，并選擇可行的材料。 選擇原邊容量S1=9V·A U1=220V U2=36V 1、計算變壓器的額定容量S1)計算副變?nèi)萘縎2=S1*根據(jù)表1：小型單相變壓器的效率的估算值可以取=0.6因此，S2=S1·=9*0.6=5.4（V·A）2)計算變壓器的額定容量 3)SN=1/2(S1+S2)=0.5*(9+5.4)=7.2(V·A)慮到存在著一定的損耗，故可以定變壓器的額定容量近似取7V·A2、鐵心尺寸的選定1）計算鐵心截面積AA=k0根據(jù)表2.截面積計算系數(shù)K0的估算值可以取K0=2因此，A=K

18、0=2*2.645=5.290（cm2)2） 鐵心中柱寬度a與鐵疊厚b的計算根據(jù)表3.參數(shù)a、b的選取可以近似取a=25mm因此，b'=A/aK=5.290/13*0.91=45mm此時b'/a=45/25=1.8滿足b'=（1.22）*a的通常要求。3、 計算繞組線圈匝數(shù)1） 求出每伏電壓應繞的匝數(shù)N0=N/E=103/4.44fBmA=450000/ABm=450000/5.290*6000=14.214匝式中的Bm=6000高斯（鐵心材料過熱軋硅鋼片）2） 根據(jù)N0和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)，由于考慮到增加5%匝數(shù)補償負載壓降。N1=N0U1=14*220=

19、 3080匝 N2=(1.051.10)N0U2=529匝4、 計算導線直徑d導線的截面積：Ac=I/j.由表3-1選取電流密度j=3.0安/毫米2I1=（1.11.2）S/U1=0.035A Ac1=0.012mm2d1=0.124mm查表14-15得Q型漆包線漆膜的直徑d1'=0.254mm同理：Ac2=0.175mm2 d2=0.480mm d2'=0.54mm根據(jù)所求解的數(shù)據(jù);可以取原邊的材料為高強度聚酯包線QZ0.13副邊材料為高強度聚酯包線QZ0.06復核電流密度j=0.45/0.1521=2.958A/mm2在（32.5）范圍內(nèi)5、 根據(jù)繞組尺寸核算窗口面積 ca

20、bh 單相殼式變壓器圖由圖可知鐵心窗口高h=37.5毫米，可求得各繞組每層繞制匝數(shù)：N1'=0.9h（24）/d1，=207 (匝)N2'=0.9h（24）/d2'=17 (匝)各繞組所繞層數(shù)： M1=N1/N1'= 14 層 M2=N2/N2'= 31 層各繞組的排布中絕緣墊選用如下：對地（鐵心）絕緣用兩層電纜紙（0.07毫米）加一層黃蠟紙（0.14毫米）厚度：r=2*0.07+0.14=0.28毫米繞組間絕緣：與對地（鐵心）絕緣相同繞組層間絕緣：一次側繞組較細用百玻璃紙一層1=0.04毫米二次側繞組較粗用電纜紙一層2=0.07毫米繞組框架用彈性紙1毫

21、米厚，外包對地絕緣共厚1+0.28=1.28毫米一次總厚度B由下公式可得H=（H0+H1+H2）=1.28+M1(d1'+1)+r+ M2(d2'+2)+r *1.1代入數(shù)據(jù)求的H=29.4429此繞組寬度小于窗口寬度，此方案可行。五、理論與實例比較變壓器理論數(shù)據(jù)與實例數(shù)據(jù)的比較容量（伏安）一次側電壓=220伏鐵芯截 面積S( 厘米2)每伏需繞匝數(shù)（匝/伏）電流（安）裸導線直徑（毫米）7000高斯中心柱寬*迭厚a*b(毫米)j=3(安/毫米2)60.02730.1085.052222*3080.03630.1255.5518.526*41100.04540.145.951726

22、*35實例0.0350.1245.291425*45 由上表可知實例計算數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)基本相符，無較大偏差，故該設計可行。結論在本次的課程設計也是以電機與拖動我們的教材為主線，我們基本能按照設計任務書、指導書、技術條件的要求進行。通過上面的設計可知：一般的小容量單相變壓器的計算內(nèi)容有四種部分：容量的確定；鐵心尺寸的確定；繞組的計算；繞組排列及鐵心尺寸的最后確定。變壓器的效率80%90% 。對小容量變壓器應考慮內(nèi)部壓降，為使在額定負載時二次側有額定電壓應適當?shù)脑黾佣蝹壤@組匝數(shù)，約增加5%10%的匝數(shù)。通過銅損的測定可知，小型變壓器的的質量可以從他的空載損耗和短路損耗判斷出來，越小越好，同時工作

23、溫度也會低 ，并有很好的負載，通過空載電流的測定，鐵損較大的變壓器，發(fā)熱量大，安培匝數(shù)設計要是不合理，空載電流會大增，就會造成溫升增大，有損壽命。單相變壓器是具有兩個線圈的變壓結構：變壓器主要是由鐵心和繞組組成：1鐵心是變壓器的主磁路，又作為繞組的支撐骨架。鐵心分鐵心柱和鐵軌兩不分，鐵心柱上裝有繞組，鐵軌是聯(lián)系兩個貼心柱的部分。2變壓器繞組構成設備的內(nèi)部電路，它與外界的電網(wǎng)直接相接，是變壓器中最重要的部件，常把繞組比做變壓器的核心。心得體會單相變壓器的設計過程使我對變壓器有了更深刻的認識，了解了一些變壓器的參數(shù)。同時，學會了一些基本使用電工手冊的方法。設計過程中深刻體會到了課本的重要性，同時理解了團隊合作的重要性。但在設計過程中有一些欠