變壓器的設(shè)計(jì)

1/4 目錄TOC\o"1-3"\h\u目錄 1摘要 2一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

3二、

變壓器的工作原理

41.電壓變換

42.電流變換

5三、

設(shè)計(jì)內(nèi)容

51、額定容量的確定

52、

鐵心尺寸的選定

63、計(jì)算繞組線圈匝數(shù) 84、計(jì)算各繞組導(dǎo)線的直徑并選擇導(dǎo)線 95、計(jì)算繞組的總尺寸，核算鐵芯窗口的面積 10四設(shè)計(jì)實(shí)例 114.1設(shè)計(jì)要求 114.2計(jì)算變壓器參數(shù) 12五總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 15附錄摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，電力工業(yè)規(guī)模迅速的壯大起來(lái)，變壓器的單臺(tái)容量和安裝容量快速增長(zhǎng)。國(guó)際巨頭強(qiáng)勢(shì)參加海內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的面前，一方面看中的是我國(guó)電力設(shè)備市場(chǎng)的偉大后勁；另一方面，也表現(xiàn)了中國(guó)企業(yè)長(zhǎng)足的進(jìn)步，尤其在質(zhì)量方面，國(guó)產(chǎn)電力變壓器已經(jīng)越來(lái)越靠近海內(nèi)程度，使得海內(nèi)巨頭們不得不拿出“看家身手”逐鹿中國(guó)市場(chǎng)。變壓器是一種用于交流電能轉(zhuǎn)換的電氣設(shè)備。它可以把一種交流電壓、交流電流的電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種交流電壓、交流電流的電能。變壓器在電力系統(tǒng)中的主要作用是變換電壓,以利于電能的傳輸。電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后,可以減少線路損耗,提高送電經(jīng)濟(jì)性,達(dá)到遠(yuǎn)距離送電的目的。電壓經(jīng)降壓變壓器降壓后,獲得各級(jí)用電設(shè)備的所需電壓,以滿足用戶使用的需要。

此次設(shè)計(jì)的變壓器為小型變壓器，小型變壓器指的是容量1000V.A以下的變壓器。最簡(jiǎn)單的小型單相變壓器由一個(gè)閉合的鐵心(構(gòu)成磁路)和繞在鐵心上的兩個(gè)匝數(shù)不同、

彼此絕緣的繞組(構(gòu)成電路)構(gòu)成。這類變壓器在生活中的應(yīng)用非常廣泛。一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

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(shí)作為變壓器的機(jī)械構(gòu)件。

鐵心結(jié)構(gòu)有兩種基本形式：心式和殼式。

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(guó)變壓器線圈大部分是采用鋁線。3.其它結(jié)構(gòu)部件：儲(chǔ)油柜、氣體繼電器、油箱。

圖為單相心式變壓器；1—鐵柱；2—鐵軛；3—高壓線圈；4—低壓線圈

二、

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，常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心。

變壓器是利用電磁感應(yīng)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(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組，如圖（1）所示。一個(gè)繞組接電源，稱為原繞組（一次繞組、初級(jí)），另一個(gè)接負(fù)載，稱為副繞組（二次繞組、次級(jí)）。原繞組各量用下標(biāo)1表示，副繞組各量用下標(biāo)2表示。原繞組匝數(shù)為1N，副繞組匝數(shù)為2N。

理想狀況如下（不計(jì)電阻、鐵耗和漏磁），原繞組加電壓u1，產(chǎn)生電流i1，建立磁通，沿鐵心閉合，分別在原副繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2。

1.電壓變換

當(dāng)一次繞組兩端加上交流電壓u1時(shí)，繞組中通過(guò)交流電流i1，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。說(shuō)明只要改變?cè)?、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(shí)，二次電流I2的大小主要取決于負(fù)載阻抗模|Z1|的大小，而一次電流I1的大小則取決于I2的大小。

說(shuō)明變壓器在改變電壓的同時(shí),亦能改變電流。

三、

設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)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(dǎo)線直徑；繞組（線圈）排列與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(cè)輸出的功率，通常用KVA表示。

（1）

二次側(cè)總?cè)萘?/p>

小容量單相變壓器二次側(cè)為多繞組時(shí)，若不計(jì)算各個(gè)繞組的等效的阻抗與其負(fù)載阻抗的幅角的差別，可認(rèn)為輸出總視在功率為二次側(cè)各繞組輸出視在功率之代數(shù)和，即

S2=U2I2+U3I3++UnIn；式中S2為二次側(cè)容量（V.A)，U2，U3Un為二次側(cè)各個(gè)繞組電壓的有效值；I2I3...In為二次側(cè)各個(gè)繞組的負(fù)載電流有效值。(2)

一次繞組的容量

對(duì)于小容量變壓器來(lái)說(shuō)，我們不能就認(rèn)為一次繞組的容量等于二次繞組的總?cè)萘?，因?yàn)榭紤]到變壓器中有損耗，所以一次繞組的容量應(yīng)該為式中S1——變壓器的額定容量;變壓器的效率，約為0.8～0.9，表3-1所給的數(shù)據(jù)是生產(chǎn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可供計(jì)算時(shí)初步選用。(3)一次電流的確定I1=(1.1～1.2)S1/U1

式中(1.1～1.2)考慮勵(lì)磁電流的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)容量很小的變壓器應(yīng)取大的系數(shù)。2、

鐵心尺寸的選定

(1)

計(jì)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(shí)相臨兩層硅鋼片的接縫要相互錯(cuò)開。

小容量心柱截面積A大小與其視在功率有關(guān)，一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（單位2）。表3-2S/（V．A）0-1010-5050-500500-10001000以上K022-1.751.5-1.41.4-1.21A——鐵心柱的凈面積，單位為cm2，K0——截面計(jì)算系數(shù)，與變壓器額定容量S有關(guān)，按表3-2選取，當(dāng)采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片時(shí)K0可取小些截面積計(jì)算系數(shù)K0。（2）確定鐵心規(guī)格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：。

式中a——心柱的寬度（mm）；

b——心柱的凈疊（mm)b’——心柱的實(shí)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(duì)于0.5mm厚，兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，Kc=0.93；對(duì)于0.35mm厚兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，Kc

=0.91；對(duì)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=(1.2～2.0)a，,并盡可能選用通用的硅鋼片尺寸。表3-3列出了通用的小型變壓器硅鋼片尺寸?！?guó)產(chǎn)小功率變壓器常用的標(biāo)準(zhǔn)鐵芯片規(guī)格（部分）（表3）鐵芯片型號(hào)鐵芯規(guī)格（mm）尺寸（mm）參考數(shù)據(jù)cHhLldh1中間舌片凈截面積（cm2）鐵芯片厚度（mm）ab冷軋熱軋0.350.50.350.5GEIB3030×381991531068769.510.710.810.410.530×4512.712.812.312.430×5214.714.814.214.430×6016.917.116.416.6GEIB3535×4422105.561.512310161114.514.614.014.235×5217.117.316.616.735×6019.720.019.119.335×7023.023.322.322.5GEIB4040×50261247214411861318.819.018.218.440×6022.622.821.822.140×7026.326.625.525.83、計(jì)算每個(gè)繞組的匝數(shù)N由變壓器感應(yīng)電勢(shì)E的計(jì)算式可以導(dǎo)出每伏所需要的匝數(shù)關(guān)于值，不同的硅鋼片是不一樣的。當(dāng)變壓器容量在100VA以下，通常冷軋硅鋼片DW240-35、DW260-35型的取0.8～1.2T；當(dāng)變壓器容量為100～1000VA時(shí)，可取1.2～1.5T。當(dāng)變壓器容量在100VA以下，熱軋硅鋼片DR320-35、DR280-35、DR360-50、DR315-50型的取0.8～1.0T；當(dāng)變壓器容量為100～1000VA時(shí)，取0.9～1.2T。一般可取在0.7～1.0T之間。然后確定鐵芯柱截面積（=ab）與，最后根據(jù)下式求取各個(gè)繞組的匝數(shù)。一次側(cè)繞組的匝數(shù)為二次側(cè)繞組的匝數(shù)為注意：二次側(cè)繞組中有5%的匝數(shù)是為補(bǔ)償變壓器的漏感和導(dǎo)線銅損所增加的裕量。4、計(jì)算各繞組導(dǎo)線的直徑并選擇導(dǎo)線導(dǎo)線直徑計(jì)算式為式中：I為繞組電流，A；為導(dǎo)線截面積，cm2；d為導(dǎo)線直徑，mm；為電流密度，A/。所以有電流密度一般可按下述方法選?。?00VA以下連續(xù)使用的變壓器取=2.5A/；100VA以上連續(xù)使用的變壓器取=2A/；變壓器短時(shí)工作時(shí)，電流密度可以取大一些，即=4～5A/。以計(jì)算的直徑d為依據(jù)，查圓銅漆包線規(guī)格（見(jiàn)下表），選出標(biāo)稱直徑接近而稍大的標(biāo)準(zhǔn)漆包線。5、計(jì)算繞組的總尺寸，核算鐵芯窗口的面積變壓器繞組需繞在框架上，根據(jù)已知的繞組匝數(shù)、線徑、絕緣厚度等計(jì)算出的繞組總厚度應(yīng)小于鐵芯窗口寬度c，否則，應(yīng)重新計(jì)算或選鐵芯根據(jù)鐵芯窗高h(yuǎn)（mm），求取每層匝數(shù)為式中：0.9為考慮繞組框架兩端各空出5%的地方不繞導(dǎo)線而留的裕度；2～4為考慮繞組框架厚度留出的空間；d′為包括絕緣厚度在內(nèi)的導(dǎo)線直徑。每個(gè)繞組需繞制的層數(shù)為(3)計(jì)算層間絕緣與每個(gè)繞組的厚度，，，…。通常使用的絕緣厚度尺寸主要如下：1）一、二次繞組間絕緣的厚度為繞組框架厚度1mm，外包對(duì)地絕緣為二層電纜紙（2×0.07mm）夾一層黃蠟布（0.14mm），合計(jì)厚度=1.28mm。2）繞組間絕緣與對(duì)地絕緣的厚度r=0.28mm。3）層間絕緣的厚度。導(dǎo)線d為0.2mm以下的用一層0.02～0.04mm后的透明紙（白玻璃紙）；導(dǎo)線d為0.2mm以上的用一層0.05～0.07mm后的電纜紙（或牛皮紙），更粗的導(dǎo)線用一層0.12mm的青殼紙。最后可求出一次側(cè)繞組的總厚度為同理可求出二次側(cè)每個(gè)繞組的總厚度。（4）全部繞組的總厚度為式中：1.1～1.2為考慮繞制工藝因素而留的裕量。（5）若求得繞組的總厚度小于窗口寬度c，則說(shuō)明設(shè)計(jì)方案可以實(shí)施；若大于c，則方案不可行，應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)四設(shè)計(jì)實(shí)例4.1設(shè)計(jì)要求（1）原理圖（2）.給定參數(shù)：型號(hào)額定輸出容量（VA）初級(jí)電壓（V）次級(jí)電壓（V）重量（KG）BK-200200220V110V5.54.2計(jì)算變壓器參數(shù)（1）計(jì)算原邊的輸入容量：1).S1=S2/η，已知S2=200V.A;根據(jù)表1：小型單相變壓器的效率η的估算值可以取η=0.85，因此，S1=S2/η=200/0.85=235V.A；（2）.鐵心尺寸的選定

：計(jì)算鐵心截面積A

：A＝K0

根據(jù)表3-2，.截面積計(jì)算系數(shù)K0的估算值可以取K0=1.45

,因此A＝K0=1.45*=20.5㎝2；（3）.計(jì)算繞組線圈匝數(shù)：a）每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù):N0===2.43匝/V；式中的Bm=0.9T

b）根據(jù)N0和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)：一次繞組匝數(shù)：N1=N0U1=220*2.43=537匝；二次繞組匝數(shù)：N2=1.05*N0U2=1.05*2.43*110=281匝;（4）計(jì)算導(dǎo)線直徑d:a）一次輸入電流：I1=S1/U1*(1.1～1.2)=235/220*1.1=1.175(A);b）直徑dw==1.13=0.715㎜；j取2.5A/㎜2；c）導(dǎo)線截面積：Ac=I/J；所以：d1=0.77㎜，d2=0.77㎜.Ac1=0.47㎜2；（5）根據(jù)繞組尺寸核算窗口面積骨架圖a=35mmb=60mma=35mmb=60mmc=17mmh=61.5mm單相殼式變壓器圖（a）每層繞組匝數(shù)：ni=0.9[h-(2~4)]/di；則：n1=0.9(61.5-3)/0.77=68匝；n2=68匝；（b）每組繞組需繞層數(shù)：mi=Ni/ni；則：m1=N1/n1=537/68=8層；同理：m2=5層；（6）變壓器繞組層間絕緣方法（a）繞組總厚度：.B1=m1（d1+）+=8（0.94+0.08）+0.30=8.46（㎜）；B2=m2（d2+）+=5（0.94+0.08）+0.30=5.4（㎜）；B=1.2*(8.46+5.4)=16.632（㎜）<17（㎜）；繞組總厚度B<鐵芯窗口寬度c，此方案可行。五總結(jié)在本次的課程設(shè)計(jì)也是以《電機(jī)與拖動(dòng)》我們的教材為主線，我們基本能按照設(shè)計(jì)任務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。單相變壓器是具有兩個(gè)線圈的變壓結(jié)構(gòu)：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(gè)貼心柱的部分。2變壓器繞組構(gòu)成設(shè)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。通過(guò)上面的設(shè)計(jì)可知：一般的小容量單相變壓器的計(jì)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(jì)算；繞組排列與鐵心尺寸的最后確定設(shè)計(jì)單相小容量的變壓器，首先要想到的就是變壓器的結(jié)構(gòu)，只有將參數(shù)設(shè)置的很好，才能讓變壓器更好的工作，按照上題我所計(jì)算過(guò)程計(jì)算變壓器的各個(gè)參數(shù)是科學(xué)的計(jì)算方法，能很快正確又快捷的計(jì)算出它們的理論值，對(duì)變壓器的大概形象有個(gè)初步的定性。當(dāng)然我們也不能不考慮變壓器的安全性與穩(wěn)定性。變壓器是為我們服務(wù)的電氣，如果反到傷害到我們的健康與生命，那都是我們