低頻變壓器設(shè)計(jì)二

1、模塊2變壓器的設(shè)計(jì) 一教學(xué)目標(biāo)終極目標(biāo)：能夠掌握小型電源變壓器的設(shè)計(jì)。促成目標(biāo)：1、能掌握小型電源變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)及鐵芯鑲(迭)；2、能掌握小型電源變壓器的繞組結(jié)構(gòu)及繞組繞制；3、能掌握小型電源變壓器的絕緣材料的；5、能根據(jù)要求掌握小型電源變壓器的分析計(jì)算方法。1二工作任務(wù)試設(shè)計(jì)一單相電源變壓器，規(guī)格要求如圖3-22所示，其中變壓器=80%。 其工作任務(wù)是：（1）確定變壓器的鐵芯型號(hào)、規(guī)格；（2）繞組導(dǎo)線的型號(hào)、規(guī)格及匝數(shù)；（3）使用絕緣材料的情況。2小型電源變壓器簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)： 1、計(jì)算變壓器的額定功率（1）計(jì)算輸出總功率P2： 輸出總功率P2=U2I2+U3I3=10W（2）計(jì)算輸入功率P1及

2、輸入電流I1： 輸入功率P1=P2/=10/0.75 =13.3W 輸入電流I1 = 1.1 （P1/U1）= 1.113.3/220=0.0665A32、計(jì)算變壓器的鐵心規(guī)格（1）確定鐵心截面積： = 1.253.16=3.95(cm)（2）確定鐵心規(guī)格： 查表3-22 GEI型鐵心數(shù)據(jù)，可選用GEI16鐵心，ab = 1628。43、計(jì)算變壓器繞組匝數(shù)（1）確定每伏匝數(shù)N0： N0 = 45000/ （Bm S） = 450000/（110004.04）=10匝/伏（2）初、次級(jí)繞組匝數(shù)的計(jì)算： 匝數(shù)N1=N0U1=11220 = 2200匝， 次級(jí)繞組匝數(shù)N2=1.05N0U2 = 1.

3、051010=105匝， 次級(jí)繞組匝數(shù)N3=1.05N0U3 = 1.05105=53匝 54、計(jì)算變壓器繞組導(dǎo)線的規(guī)格 （1）計(jì)算導(dǎo)線直徑： 初級(jí)繞組導(dǎo)線直徑d1 = = 0.17毫米 次級(jí)繞組導(dǎo)線直徑d2 = =0.46毫米 次級(jí)繞組導(dǎo)線直徑d3 = =0.65毫米（2）查電工手冊(cè)漆包線規(guī)格表，可分別選用導(dǎo)線直徑為0.17毫米、0.47毫米、0.67毫米的Q2型漆包線。65、選用合適的變壓器絕緣材料 對(duì)一般的小型電源變壓器，其工作環(huán)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0.05 mm。線圈間的絕緣可采用23層牛皮紙或0.12 mm的青殼紙。采用現(xiàn)成的16

4、28線圈框架。 76、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況（1）根據(jù)選定的鐵心窗高h(yuǎn)計(jì)算每層可繞的匝數(shù)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(shù)mi為： M1 = N1/n1 = 2200/123 = 18（層） M2 = N2/n2 = 105/45 = 3（層） M3 = N3/n3 = 53/32 = 2（層）8（3）每組繞組厚度Bi為： B1 = m1

5、（d1+）+ = 18 （0.19 + 0.05）+ 0.1 = 4.42（毫米） B2 = m2（d2+）+ = 3 （0.52 + 0.05）+ 0.1 = 1.81（毫米） B3 = m3（d3+）+ = 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(jié)論：此繞組厚度約等于窗寬（10毫米），方案可行，但繞組必須緊繞。9三相關(guān)實(shí)踐知識(shí)要設(shè)計(jì)制作一個(gè)變壓器,必須對(duì)與變壓器相關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識(shí)。101、小型電源變壓器的鐵芯的認(rèn)識(shí)鐵芯是變壓器磁路的主體

6、部分，由表面涂有絕緣漆膜、厚度為0.35mm或0.5mm的硅鋼片沖壓成一定形狀后疊裝而成，擔(dān)負(fù)著變壓器原、副邊的電磁耦合任務(wù)。變壓器使用的鐵心材料主要是硅鋼片，在鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少,我們通常稱加了硅的鋼片為硅鋼片，硅鋼片有熱軋和冷軋兩種.熱軋硅鋼片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能比熱軋好,它的工作磁通密度B取值范圍為12000-18000高斯。11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(gè)磁路閉合。變壓器鐵心一般采用交迭方式進(jìn)行疊裝，應(yīng)使上層和下層疊片的接縫相互錯(cuò)開，減小氣隙， 降低磁

7、路磁阻。小型變壓器鐵心一般采用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(shù)據(jù)。 （見課本）122、小型電源變壓器的繞組的認(rèn)識(shí) 繞組是變壓器電路的主體部分，擔(dān)負(fù)著輸入和輸出電能的任務(wù)。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(duì)于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號(hào)的高強(qiáng)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(fù)載.原邊繞組只有一個(gè),副邊繞組為一個(gè)或多個(gè)原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上.套在兩個(gè)鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯(lián)或并聯(lián)。 1

8、33、小型電源變壓器的絕緣材料的認(rèn)識(shí) （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制作，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： 變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。 14思考題1：為什么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(shí),由于原副邊繞組緊挨在一起（間隙實(shí)際上很?。糠致┐磐ㄔ诳諝庵械穆窂酱笫芟拗?，因此漏磁通較小，漏抗壓降小，對(duì)變壓器運(yùn)行有利，

9、因?yàn)樽儔浩鞲边呺妷菏请S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(wěn)定 。154、變壓器的簡(jiǎn)單制作工序4.1繞線前的準(zhǔn)備工作（1）選擇漆包線和絕緣材料；（2）選擇或制作繞組骨架；（3）制作木芯（木芯是套在繞線機(jī)轉(zhuǎn)軸上支撐繞組骨架，以進(jìn)行繞線）。4.2繞線（1）繞組層次按一次側(cè)、靜電屏蔽層、二次側(cè)高壓繞組、二次側(cè)低壓繞組依次迭繞；（2）做好層間、繞組間及繞組與靜電屏蔽層的絕緣；（3）當(dāng)繞組線徑大于0.2毫米時(shí)，繞組的引出線可利用原線，當(dāng)繞組線徑小于0.2毫米時(shí)，應(yīng)采用軟線焊接后輸出，引出線應(yīng)用絕緣套管絕緣。164.3繞組的測(cè)試（1）不同繞組的絕緣測(cè)試；（2）繞

10、組的斷線及短路測(cè)試。4.4鐵心疊裝（1）硅鋼片采用交迭方式進(jìn)行疊裝，疊裝時(shí)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(dá)不到計(jì)算要求且會(huì)使硅鋼片產(chǎn)生振動(dòng)噪音。174.5半成品測(cè)試（1）絕緣電阻測(cè)試（用兆歐表測(cè)試各組繞組之間及各繞組對(duì)鐵心（地）的絕緣電阻）；（2）空載電壓的測(cè)試（一次側(cè)加額定電壓時(shí)，二次側(cè)空載電壓允許誤差：5%）；（3）空載電流的測(cè)試（一次側(cè)加額定電壓時(shí)，其空載電流應(yīng)小于10%-20%的額定電流）。4.6浸漆與烘干（1）繞組或變壓器預(yù)烘干（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）烘干（浸漆滴干后的繞組或變壓器，再次送入烘

11、箱內(nèi)干燥，烘到漆膜完全干燥、固化不粘手為止。184.7成品測(cè)試（1）耐壓及絕緣測(cè)試（用高壓儀、兆歐表測(cè)試各組繞組之間及各繞組對(duì)鐵心（地）的耐壓及絕緣電阻）；（2）空載電壓、電流測(cè)試（同上）（3）負(fù)載電壓、電流測(cè)試（一次側(cè)加額定電壓、二次側(cè)加額定負(fù)載，測(cè)量電壓與電流）。19四相關(guān)理論知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)小型電源變壓器（這里介紹的方法適合50Hz、2000W以下普通單相交流變壓器的設(shè)計(jì)），主要是根據(jù)變壓器功率選擇變壓器鐵心的截面積（鐵心截面積是指硅鋼片中間舌的標(biāo)準(zhǔn)尺寸和疊加起來的總厚度的乘積），再根據(jù)初、次級(jí)電壓計(jì)算初次級(jí)各線圈的匝數(shù)等。主要有以下幾個(gè)步驟：1、計(jì)算變壓器的額定功率；2、計(jì)算變壓器的鐵心規(guī)

12、格；3、計(jì)算變壓器線圈匝數(shù)；4、計(jì)算變壓器繞組導(dǎo)線的規(guī)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(jí)電壓是U1，次級(jí)有n個(gè)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(fù)載。計(jì)算步驟如下： 201、計(jì)算變壓器的額定功率（1）計(jì)算輸出總功率P2： 輸出總功率：P2=U21I21+U22I22+U2nI2n。（2）計(jì)算輸入功率P1及輸入電流I1：輸入功率： P1=P2 / （為變壓器效率，根據(jù)輸出功率的大小不同而略有變化，通常對(duì)于容量在100W以下的變壓器在0.7-0.8之間，100W以上至1000W，在0

13、.8-0.9之間，實(shí)際運(yùn)用時(shí)，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(lì)磁電流的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。212、計(jì)算變壓器的鐵心規(guī)格（1）確定鐵心截面積： 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(guān)，鐵心截面積： （S鐵芯截面積 K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)） K的取值和變壓器的輸出功率有關(guān)，對(duì)于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）。22（2）確定鐵心規(guī)格 根據(jù)計(jì)算所得的S值，確定使用GEI形鐵心，再根據(jù)實(shí)際情況來確定鐵心舌寬

14、a與疊厚b的大小，從國(guó)產(chǎn)小功率變壓器常用的標(biāo)準(zhǔn)鐵心片規(guī)格表中選擇鐵心片規(guī)格和疊厚，一般舌寬和疊厚的比在1:11:2之間。由于鐵心用涂絕源漆的硅鋼片疊成，考慮倒漆膜與硅鋼片間隙的厚度，實(shí)際的鐵心疊厚b應(yīng)比b更厚，即b=b/0.9。 S = a b （a為鐵心舌寬，b為鐵心疊厚）233、計(jì)算變壓器線圈匝數(shù) （1）確定每伏圈數(shù)N0： 根據(jù) ，已知鐵心截面積S和磁通密度 B，可求得線圈的每伏圈數(shù)N0： N0 = N/U = 1/（4.44 f m）= 1/（4.44 f Bm Bm（特斯拉）， S（平方米） N0 = 450000/（Bm S） Bm（高斯），S（平方厘米） 鐵心的B值可以這樣選取:熱

15、軋硅鋼片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯,冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能比熱軋好,它的工作磁通密度B取值范圍為12000-18000高斯。一般鐵片取7000高斯。.m44.4fNU=24（2）初、次級(jí)繞組的計(jì)算： 初級(jí)繞組 ： N1=N0U1， 次級(jí)繞組： N21=1.05N0U21,N22=1.05N0U22, ,N2n=1.05N0U2n. 考慮到負(fù)載時(shí)的壓降及損耗,次級(jí)繞組應(yīng)增加5%的匝數(shù)。254、計(jì)算變壓器繞組導(dǎo)線的規(guī)格 根據(jù)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(dǎo)線直徑，導(dǎo)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(jù)導(dǎo)線直徑及變壓器的絕

16、緣等級(jí)選擇合適的漆包線。 265、選用合適的變壓器絕緣材料根據(jù)變壓器工作環(huán)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(jí)一般分為Y、A、E、B、F、H、N、C級(jí)，其與最高工作溫度的關(guān)系如表3-26所示。耐熱絕緣等級(jí) YAEBFHNC最高工作溫度（）90105120130155180200220276、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況核算時(shí)除需要上述計(jì)算結(jié)果外，還要掌握層間絕緣、框架厚度和導(dǎo)線連同絕緣漆的直徑等。一般層間絕緣用牛皮紙，其厚度為0.05 mm。對(duì)于線徑較粗的繞組，層間也可用0 .12 mm厚的青殼紙或較厚的牛皮紙；如線徑較細(xì)，可采用厚約0.020.03 mm的透明紙或

17、塑料薄膜，線圈間的絕緣厚度在電壓不超過250 V時(shí)可采用23層牛皮紙或0.12 mm的青殼紙。因?yàn)榫€圈是繞在絕緣框架上的，所以鐵心窗口有效長(zhǎng)度只能算0.9倍的額定長(zhǎng)度 ，計(jì)算時(shí)先算出每層匝數(shù)，再算出每個(gè)線圈的厚度，最后算出總的厚度，看看窗口是否放得下，如果放不下,可以加大一號(hào)鐵心，如果太空,可以減小一號(hào)鐵心。28（1）根據(jù)選定的鐵心窗高h(yuǎn)計(jì)算每層可繞的匝數(shù)n： ni = 0.9（h-2毫米)/d（匝） d包括絕緣厚的導(dǎo)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(shù)mi為： mi = Ni/ni（層） Ni繞組總匝數(shù)（3）每組繞組厚度Bi為： Bi = mi（d+）+

18、（毫米） 繞組層間絕緣的厚度（毫米） -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） (1.11.2)尺寸裕量29顯然，若計(jì)算得到的繞組厚度B小于鐵心窗口寬度C的話，這個(gè)設(shè)計(jì)是可行的。在設(shè)計(jì)時(shí)，若遇到BC的情況，有兩種解決辦法，一是加大鐵心疊厚，使所有繞組匝數(shù)降低，一般疊厚=（12）較為合適，但不能任意加厚。另一種方法就是加大鐵心尺寸，按上法核算直到合適為止。 近似核算：上述核算較繁瑣，一般小型變壓器可用以下近似核算：當(dāng)初、次級(jí)繞組裸線截面積乘以相應(yīng)匝數(shù)，所得總面積占鐵心窗口面積的30%左右時(shí)，一般是能容納的下，也是比較適當(dāng)?shù)摹Ｐ枰f明的是，這里所講述的變壓器計(jì)算是近似計(jì)算，大家以后也可以根據(jù)自己的工作經(jīng)驗(yàn)去簡(jiǎn)化計(jì)算或查詢相關(guān)電工手冊(cè)去設(shè)計(jì)。 30五拓展知識(shí)1、自耦變壓器的設(shè)計(jì)（1）自耦變壓