1、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

2、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n1，副繞組匝數為n2。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i1，建立磁通，沿鐵心閉合，分別在原副繞組中感應電動勢e1和e2。（1） 電壓變換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，在鐵心中將產生既與一次繞組交鏈，又與二次繞組交鏈的主磁通。 u1=-e1=n1d/dt （1-

3、1） u2=-e2=n2d/dt （1-2） u1/u2=e1/e2=n1/n2=k （1-3） u2=u1/k （1-4）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i2的大小主要取決于負載阻抗模|z1|的大小，而一次電流i1的大小則取決于i2的大小。又u1i1=u2i2 （1-5）i1=i2u2/u1=i2/k （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。為減少鐵心內磁滯損耗渦流損耗，通常鐵心用含硅量較高的、厚度為0.

4、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。圖（3）單相心式變壓器1鐵柱；2鐵軛；3高壓線圈；4低壓線圈三、 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定。1、 額定容量的確定變壓器的容量又稱表現功

5、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=u2i2+u3i3+unin （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·

6、;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1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1(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

7、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=*（s+s）（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，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

8、的幾何尺寸如圖（4）所示。圖（4）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，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k0可取小些截面積計算系數k0表3-2 截面積計算系數k0的估算值 /va1010505010010050050021.751.751.51.51.351.351.251.251.0(2) 確定鐵心柱的寬度和厚度計算心柱截面積a后，就可確定鐵心柱的寬度和厚度， 根據圖3可知 a=ab=ab'kc （3-6）式中 a心柱的寬度（mm）；b心柱的凈疊

9、厚（mm）；b'心柱的實際厚度（mm）；kc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=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achh1316192225283238445058647.5910.51112.51416192225283222243

10、03337.54248576675849640506066758496114132150168192 3440505562.57080951101251401603、 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 n0=n/e=108/4.44fbma=4.5×105/bma （3-7）式中n0 對應于每伏電壓的匝數，單位：匝/v bm鐵心柱內工作磁密最大值，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

11、n和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數 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。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qq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，則電流密度大，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

12、連續工作時可取j=2.5a/mm2導線的截面積：ac=i/j. 導線的直徑： =0.715mm導線直徑可根據工作電流計算 ，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0.060.140.150.210.230.330.350.490.510.620.640.720.740.961.01.741.812.022.12.44高強度聚酯漆包線0.030.040.050.060.070.080.090.11

13、0.120.13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。繞組的匝數和導線的直徑確定后，可作繞組排列。繞組每層匝數為 nc=0.9h-(24) /d' （3-11）式中 d'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；（24）考慮裕度系數。各繞組所需層數為m=nnc （3-12）各繞組厚度為ti=mi(di'+i) （3-13）i=1,2,n 式中 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

14、，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。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、 實例計算如上圖所示，取u1=220 u2=800 u3=1000 i2=0.5

15、a i3=0.3a計算變壓器的主要參數，并選擇可行的材料。解：1、計算變壓器的額定容量s1）選擇副邊容量s2=u2i2+u3i3=700(v·a)2）計算原變容量s1=s2/根據表1：小型單相變壓器的效率的估算值可以取=0.90因此，s1=s2/=900/0.90=778（v·a）3) 計算變壓器的額定容量4) sn=1/2(s1+s2)=0.5*(700+778)=739(v·a)考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730v·a2、鐵心尺寸的選定1）計算鐵心截面積aa=k0根據表2.截面積計算系數k0的估算值可以取k0=1.25因此，

16、a=k0=1.2533.8（cm2）鐵心中柱寬度a與鐵疊厚b的計算根據表3.參數a、b的選取可以近似取a=50(mm)因此，b'=k*a/a=1.1*3380/50=74.36(mm)驗證 b'/a=1.5 滿足b'=（1.22）a的通常要求。計算繞組線圈匝數求出每伏電壓應繞的匝數n0=n/e=108/4.44fbma=450000/abm=450000/(33.8*11000)=1.2匝/v式中的bm=11000高斯（鐵心材料為一般硅鋼片）根據n0和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數，由于考慮到增加5%匝數補償負載壓降。n1=n0u1=1.2*220=264匝 n2=(1

17、.051.10)n0u2=1.05*1.2*800=1008匝n3=(1.051.10)n0u3=1.05*1.2*1000=1260匝計算導線直徑d導線的截面積：ac=i/j.選取電流密度j=1.5安/毫米2i1=(1.11.2)s1/u1=1.1*778/220=3.89a ac1=i1/j=3.89/1.5=2.6查表14-15得q型漆包線漆膜的直徑 d1=1.81mm d1'=1.90mm同理：ac2= 0.33 d2= 0.20mm d2'=0.225mm ac3= 0.2 d3= 0.16mm d3'=0.18mm根據所求解的數據;可以取原邊的材料為高強度聚

18、酯包線qz0.12副邊材料為高強度聚酯包線qz0.05復核電流密度j=5/3.3=1.5在（1.23）范圍內根據繞組尺寸核算窗口面積cabh由圖可知鐵心窗口高h=75毫米，可求得各繞組每層繞制匝數：n1'=0.9h(24)/d1'= 0.9(752)/1.90=34.635 (匝)n2'=0.9h(24)/d2'= 0.9(752)/0.225=292 (匝)n3'=0.9h(24)/d3'= 0.9(752)/0.18=365 (匝)各繞組所繞層數：m1=n1/n1'=264/35=7.548層 m2=n2/n2'=1008/2

19、92=3.454層m3=n3/n3'=1260/365=3.54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b=(b0+b1+b2)=1.28+m1(d1'+1)+r+m2(d2'+2)+r+m3(d3'+3)+r*1.1=21.7毫米

20、此繞組寬度小于窗口寬度c=25毫米，此方案可行。五、變壓器實際數據與理論數據的對照容量（伏安）一次側電壓=220伏鐵芯截 面積s( 厘米2)每伏需繞匝數（匝/伏）參考鐵芯尺寸（毫米）電流（安）裸導線直徑（毫米）10000高斯中心柱寬*迭厚a*b(毫米)ahchj=2(安/毫米2)5182.351.2328.51.645×73161138.52980.55752.611.2929.81.5545×76161138.52980.56002.721.3330.51.550×7017815332897003.181.4332.81.450×75178153328

21、97813.551.5034.51.350×791781533289容量7783.891.81(j=1.5)33.81.2( 11000高斯)50×681501252575六、 結論本次的課程設計以電機與拖動,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%95% 。對小容量變壓器應考慮內部壓降，為使在額定負載時二次側有額定電壓應適當的增加二次側繞組匝數，約增加5%10%的匝數。通過銅損的測定可知，小

22、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，發熱量大，安培匝數設計要是不合理，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部分，鐵心柱上裝有繞組，鐵軌是聯系兩個鐵心柱的部分。2變壓器繞組構成設備的內部電路，它與外界的電網直接相接，是變壓器中最重要的部件，常把繞組比做變壓器的核心。七、 心得體會一周的時間很快就要過去了，本次的課程設計我是以電機與拖動教材為主要參考主線，我基本能按照設計要求進行，參考了大量的復習資料，用大量的時間圖書館中查閱資料。在設計過程中我認真理解并掌握了每一個相關知識點，就是在掌握這些知識點的前提下，我才能有這個規范的設計。在此次的設計中，我感受了同學們認真完成課程設計的態度和熱情。設計中，同學們積極交流，找出設計中的不足，完善提高自己的作品質量。從無形之中增加了同學們之間的凝聚力。大家積極合作，共同提高。在做課程設計的過程中，我感到自己學到的知識十分有限，所以查閱了大量書籍，通過這次系統的學習，我的知識增長了很多,更深刻地了解有關變壓器的知識，同時也弄明白了以前不明白的知識點。通過本次課程設計我掌握了查閱