1、小型單相變壓器的設計和繞制班級:08 機電 3 班姓名：王迎座學號：04040803034指導教師：趙煒平日期：6月25 日13目錄一、小型單相變壓器簡介二、變壓器的工作原理三、變壓器的基本結構四、設計內容五、實例計算六、結論七、心得體會一、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，還可改變阻抗和相數。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 的兩個匝數不同、 彼此絕緣的繞組（構成電路）構成。這類變壓器在生

2、活中的 應用非常廣泛。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、次級）。原繞組各量用下標1表示，副繞組各量用下標2 表示。原繞組匝數為Ni，副繞組匝數為2。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U1，產生電流h ,建立磁通，沿鐵

3、心閉合，分別在原副繞組中感應電動勢 和e2。（1）電壓變換產生既與一次繞組交鏈，又與二次繞組交鏈的主磁通當一次繞組兩端加上交流電壓U1時，繞組中通過交流電流i1，在鐵心中將（1-1）（1-2）diL斗%（1-3）T（1-4）O25 E說明只要改變原、副繞組的匝數比，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12的大小主要取決于負載阻抗模|乙|的大小，而 一次電流11的大小則取決于12的大小。(1-5)(1-6)說明變壓器在改變電壓的同時，亦能改變電流小型變壓器的原理：小型單相12 K變壓器一般是指工頻小容量單相變壓器。三、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

4、心內磁滯損耗渦流損耗，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。冒1*:1鐵柱；2鐵軛；3高壓線圈；4低壓線圈四、設計內容計算內容有四部分：額定容量的確定；鐵心尺寸的選定；繞組的匝數與導線直徑；繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確

5、定。根據設計的要求，我選定的為 500VA的變壓器。1、額定容量的確定變壓器的容量又稱表現功率和視在功率，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和，即S2 二U2I2 U3|3. Un|(3-1)式中 S2二次側總容量（V A）U 2, U 3, Un二次側各個繞組電壓的有效值（v ；12, 13,In 二次側各個繞組的負載電流有效值（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

6、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$二魚（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所給的數據是生產時間的統計數據，可供計算時初步選用表3-1小容量變壓器計算參考數據變壓器容 量S vA磁通密度Bm，X 10行效率n （%電流密度j/（A mm2）鐵心計算中的K0值小于106000700060 703 2.5210507000800070 802.5 22 1.550 1008000900080 852.5 21.5 1.310050090001100085 902.5 1.51.3 1.2550010001100012

7、00090 921.5 1.21.25 1.1（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，1S=* （S1 +S2）（單位為 VA）（3-3）2（4） 一次電流的確定li 巾.11.2）尋Ul（ 3-4）式中（1.11.2）考慮勵磁電流的經驗系數，對容量很小的變壓器應取大的系 數。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

8、，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。1 _L2=/IAE般用下列經驗公式計算（單（3-5）圖（4） 小容量心柱截面積A大小與其視在功率有關， 位為cm 2）。A 二 K。、SA鐵心柱的凈面積，單位為 cm2Ko 截面計算系數，與變壓器額定容量Sn有關，按表3-2選取，當采用優 質冷軋硅鋼片時Ko可取小些截面積計算系數 Ko表3-2截面積計算系數Ko的估算值Sn /VAv 1010 5050100100500 500Ko21.75 1.51.35 1.25 1.751.51.351.251.0計

9、算心柱截面積A后，就可確定心柱的寬度和厚度，根據圖 3可知(3-6)A 二 ab 二 ab K ca心柱的寬度（mr）；b心柱的凈疊厚（mr）；b，心柱的實際厚度（mm；K c 疊片系數，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=o.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列出了通用的小型 變壓器硅鋼片尺寸。表3-3小型變壓器

10、通用的硅鋼片尺寸achAH137.522405060667584961141321501683416924401910.53050221133552512.537.562.52814427032164880381957954422661105025751255828841406432961921603、繞組的匝數與導線直徑（1）計算每伏電壓應繞的匝數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(3-7)108=4.5 1034.44f BmABmAN。對應于每伏電壓的匝數，單位：匝/VBm鐵心柱內工作磁密最大值，單位： TA鐵心柱截面積，單位：cm2當鐵心材

11、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N和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數:(3-8)(3-9)（3-10）Ni二NoUiN2 =(1.051.10)NU2N(1.O51.1o)NoU3式中N1、N2Nn各線圈的匝數。為補償負載時漏阻抗壓降，副邊各線圈的匝數均增加了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QC型）繞制。為限制銅損耗 及發熱，按各個繞組的負載電流，選擇導線截面，如選的小，貝S電流密度大， 可節省材料，但銅耗增加，溫升增高。小容量變壓器是自然冷卻的干式變壓 器，容許電流密度較低，根據實踐經驗，通過

12、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=2 3A/mm2而連續工作時可取J=2.5A/mm2。導線的截面積：Ac=l/j.導線的直徑：d = i4 匸=1.13 |lmm = 0.715JIVm j V j導線直徑根據工作電流計算，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或選用扁銅線。Nc=0.9h -(2 4)d(3-11)表3-4導線材料的選取螺0.060.150.230.350.510.640.741.01.812.1線導、直線、徑品、1.7

13、42.44種、0.140.210.330.490.620.720.962.02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0.200.220.220.240.250.270.270.28硅有機雙玻璃絲包 線4、繞組排列及鐵心尺寸的最后確定。繞組的匝數和導線的直徑確定后，可作繞組排列。繞組每層匝數為d 絕緣導線外徑（mr）h鐵心窗高（mr）0.9 考慮繞組框架兩端厚度的系數; （24） 考慮裕度系數。各繞組所需層數為Nm Nc各繞組厚度為(3-12)ti = m(di+) +了(3-13)i=1,2,n貯層間絕緣厚度（mr）

14、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（mr）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 弋0 t1 t2 . tn) (1.11.2)(3-14)t0繞組框架的厚度（mr）；1.11.2 考慮裕度的系數。計算所得的繞組總厚度t必須略小于鐵心窗口寬度c,若tc,可加大鐵心疊 裝厚度，減小繞組匝數或重選硅鋼片的尺寸，按上述步驟重復計算和核算， 至合適時為止。四、實例計算la6Mi2 Q1 g

15、4 N斗G-O工言U2 =24V U3 =36V U4F0V如上圖所示，已知：Sn =100VA U1 =2 2X3解：1、計算變壓器的額定容量Sn -100VA2、鐵芯截面的計算及鐵芯片的選擇（磁密的選擇） 計算鐵心截面積AA= K %瓦截面積計算系數K0的估算值可以取K0=1.35因此，A= k O Sn =1.35 .100=13.5（cm2 鐵心中柱寬度a與鐵心疊厚b的計算,根據表3.參數a、b的選取可以近似取 a=28mm因此，b=110F/a=110*13.5/28=53.03 mm此時b/a=53.03/28=1.89 滿足b=(1.22)a 的通常要求 鐵芯片的選擇 由于是小容

16、量變壓器，所以其鐵心形式采用殼式3、計算繞組線圈匝數 求出每伏電壓應繞的匝數NoN103E _4.44fBma-150000 - 3ABm（匝N）式中的Bm=1.1T (鐵心材料國熱軋硅鋼片) 根據N0和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數N1 =N0Ui=3*220=660N2=( 1.051.10)N。U2=1.10*3*24=80N3=( 1.051.10)N0 5=1.10*3*36=119N4=( 1.051.10)N0 U4=1.10*3*110=3634、計算導線直徑d導線的截面積：Ac=l/j.S(1.1 1.2) U1=1.15*117.65/220=0.615(A)2Ac1=0.

17、615/2.5=0.246 mmB =4 J -1.13 1 -0.715 T -0.56mm臥, V j同理可求：Ac2=2.25 mmd2=1.70 mm2Ac3=1.50 mmd3 =1.39 mm2Ac4=0.49 mmd4 =0.62mm根據所求解的數據：可取原邊的材料為高強度聚酯包線QZ0.07副邊的材料為高強度聚酯包線QZ0.115、核算變壓器繞組所占鐵芯窗口的面積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,其間絕緣可用牛皮紙，其厚度為0.07mm線圈間的絕緣 可采用2-3層 牛皮紙或0.12mm的青殼紙，采用現成的16x28線圈框架。根據選定的

18、鐵心窗高h計算沒層可繞的匝數niN 1 = 0.9h - （2 4 = 0.9x42 3/ 0.68 = 52（匝）d10.9h 一（2 4）d2= 0.9x42 一3/1.82 = 20（匝）N39h（24）da= 0.9x42 一3/1.51 二 24（匝）0.9h -（2 4）d4= 0.9x42 一3/0.74 =48（匝） 每組繞組需繞的層數mi為：M1 = N1 / ni =660/52=13（層）M 2= N2/ n2 =80/20=4（層）M3= N3/ n3 = 119/24=5（層）M 4= N4/ n4 =363/48=8（層） 每繞組厚度ti =m（diJ=13x（0.

19、68+0.07）+0.12=9.87毫米）ti =m（diJ=4x（1.82+0.07）+0.12=7.68 （毫米）tj =m（di=5x（1.51+0.07）+0.12=8.02 （毫米）1 二 +q）+/ =8x（0.74+0.07）+0.12=6.6毫米） 所有總繞組的t為：= 1.2x（1+9.87+7.68+8.02+6.6）=39.8（毫米） 變壓器繞組所占鐵芯窗口的面積為：S=h*t=42x39.8=1671.6（cm2）6、最后計算鐵芯和繞組的重量 由表表3-3可知鐵芯的截面積為：A84cm2，高為：H=70cm所以鐵芯的重量為：M=p v= p A H=7.85x84x70=46158克=46.158千克 五、結論 通過上面的設計可知：有容量的選擇 ;鐵芯截面的