1、課程設計名稱： 電機與拖動基礎課程設計 題 目： 小型單相變壓器的設計 專 業：機電動力與信息工程系 班 級： 姓 名： 學 號： 課程設計任務書一、 設計題目：小型單相變壓器的設計。二、 設計任務：設計一個小型單相變壓器。三、 設計計劃：1.查閱相關資料。 2.確定設計方案。 3.進行設計并定稿。4.進行可行性分析。四、 設計要求：安全可靠，技術領先，投資合理，標準統一，運行高效。所以，本次設計應該體現統一性，適應性，先進性，可靠性和經濟性。指導教師：教研室主任：中國礦業大學課 程 設 計 成 績 評 定 表學期20122013年度第一學期姓名專業 電氣工程班級課程名稱電機與拖動基礎設計題目

2、小型單相變壓器的設計評定標準評定指標分值得分知識創新性20 理論正確性20內容難易性15結合實際性10知識掌握程度15書寫規范性10工作量10總成績100評語：任課教師徐 建 華時間 年 月 日備 注· 摘 要電，現今社會已經近乎于主導地位的潔凈能源，還在繼續提高著自己的位置。圍繞著它所展開的學術研究也一天天的多了起來，針對著世界能源緊缺這個不可回避的問題，人們把希望寄托到了電的身上。它的產生方式很多，這就為它能多方式的產生打下了基礎，如水能、風能等不好利用的能源，都能被合理的轉化成電能，可見電的發展前景是很廣闊的。發電、變電、用電，很多課題都已經大規模的展開，變壓器也是其中一門很重

3、要的學科。 變壓器是一種靜止的電器，他廣泛應用于電力系統及測量、控制和一些特殊的用電設備上。 目 錄1鐵心.61.1鐵心 .61.2鐵心用硅鋼片71.3鐵心常見故障82線圈.82.1變壓器線圈的作用 822線圈的繞組形式.83其他部分.93.1二次側總容量 93.2一次側繞組的容量 103.3變壓器額定總量103.4一次電流的確定104心得體會.16 5參考文獻17一：鐵心     1：鐵心的作用和形式鐵心是變壓器的基本部件，由磁導體和夾緊裝置組成，所以它有兩個作用。      在原理上，鐵心的磁導體是變壓器的磁路

4、。它把一次電路的電能轉為磁能，又由自己的磁能轉變為二次電路的電能，是能量轉換的媒介，磁導體是鐵心的主體。    在結構上，鐵心的夾緊裝置不僅使磁導體成為一個機械上完整的結構，而且在其上面套有帶絕緣的線圈，支持著引線，幾乎安裝了變壓器內部的所有部件，所以它又是變壓器的骨架。       鐵心的重量在變壓器各部件中占有絕對的優勢，在干式變壓器中占總重量的60左右，在油浸式變壓器中由于有變壓器油和油箱，重量的比例才下降約占40。       變壓器的鐵心（即磁導體）是框形閉合結構。其中，套線圈的部分稱

5、心柱，不套線圈只起閉合磁路的部分稱鐵扼。       鐵心分為兩大類，不套線圈只起閉合磁路的部分稱鐵扼。       鐵心分為兩大類，殼式鐵心和心式鐵心。鐵扼包圍了線圈的稱為殼式鐵心，否則稱心式鐵心，由帶狀硅鋼片卷繞而成的稱卷鐵心。       殼式鐵心一般是水平放置的，心柱截面為矩形，每相有兩個旁扼，殼式鐵心的優點是鐵心片規格少，心柱截面大而長度短，夾緊和固定方便，漏磁通有閉合回路，附加損耗小，易于油對流散熱。缺點是線圈為矩形，工藝特殊，絕緣結構復雜，短路能力差，尤其是硅鋼

6、片用量多。             心式鐵心的優缺點正好與殼式相反，殼式和心式兩種結構各有特色，很難斷定其劣式。但由其絕緣所決定的制造工藝則大有區別，一旦選定了某一種結構，就很難轉而生產另一種結構。正由于這個原因，國內都采用心式鐵心，只有在小容量的單相變壓器及特殊用途的變壓器中采用殼式鐵心。       心式鐵心一般有單相二柱式，單相單柱旁扼式疊鐵心。       單相二柱旁扼式疊鐵心（四柱鐵心）（C）,三相三柱（B），三相五柱式（C） 

7、;派生出的還有，輻射式，Y型，卷鐵心等。       2：鐵心用硅鋼片      鐵心用材質是電工硅鋼片是在煉剛時加入（35）左右的硅，從而提高了鋼片的導磁率和電阻率，減少了鋼片中的磁滯損耗和渦流損耗，這種材料由于軟磁特性好而用于電工產品中，所以稱為硅鋼片。      硅鋼片表面具有雙面耐熱絕緣層，多采用磷酸鹽涂層，每層厚度不超過3-4um，即使經退火處理，絕緣膜仍不致破壞，在壓力為5kg/cm2的情況下，雙面絕緣層表面電阻不小于7052cm2對變壓器鐵心做片間絕緣不需再另涂絕緣層。此

8、絕緣膜為透明的灰色。      硅鋼片的厚度一般為0.28-0.5mm或更薄一些（0.23，0.27）我國冷扎硅鋼片的厚度一般為0.35，0.3和0.27mm三種，0.3mm用的比較普遍，做薄的目的是為了限制硅鋼片的渦流損耗。此外，硅鋼片的渦流也產生磁場，這種磁場要減弱主磁場，硅鋼片邊緣的渦流磁場較中間弱，因此造成磁通絕大部分沿表面通過，片中間部分實際上不起導磁的作用，因此硅鋼片越薄電磁性能越好，但太薄時，在相同鐵心柱直徑情況下，鐵心疊片系數減小，有效截面積相應降低，空載損耗增大，此外鐵心制造時片數增多，工時增加，經濟效果也差，根據生產實踐經驗，目前認為冷扎硅鋼片

9、厚度在0.28-0.35 mm范圍內較為合適。      電工鋼片有熱扎和冷扎兩種，熱扎的磁性能差，磁通密度只能達到1.5T-1.6T,而單位損耗P15/50卻大于208W/KG已不采用，冷扎電工鋼片磁飽和點較高，磁密在時才開始飽和。      磁性能好，飽和Bt高，單位損耗和單位勵磁容量小。現變壓器均采用此材料（如果橫著軋制方向損耗將大三倍左右）片號中符號DW-冷扎無取向硅鋼片；DQ冷扎取向硅鋼片；高磁密取向硅鋼片；符號后數字單位損耗值的100倍（DW為P15/50的100倍，DQ為P17/50的100倍）；橫線

10、后數字厚度mm的100倍，如DQ120G-30  30Q140。     現還有經激當處理的高導磁硅鋼片，型號為ZDKH，通過激光束掃描照射，此疇變細，進一步降低了鐵心的空載損耗，一般可降PO(7-13)%;非晶合金材料（金屬玻璃，其厚度更薄，損耗更低（約定冷扎晶粒取向的20-25）      3鐵心常見故障1>鐵心噪音大2>空載損耗，空載電流大3>多點接地和局部過熱二：線圈     1.變壓器線圈的作用      線圈是變壓器輸入和輸出

11、電能的電氣回路，是變壓器的基本部件，它是由銅鋁的圓扁導線繞制，再配置各種絕緣件組成的。      因變壓器容量和電壓不同，線圈所具有的結構特點亦各不相同，這些特點是匝數，導線截面，并聯導線換位，繞向，線圈連接方式和形式等。      線圈必須具有足夠的電氣強度，耐熱強度和機械強度，以保證變壓器可靠運行。      因我國生產的電力變壓器絕大多數都是心式變壓器，線圈一般采用圓柱形的同心式結構      2線圈繞組的型式三：其他部分如繼電器、高低壓套管、分接開關等等。工頻小容量變

12、壓器（1000V·A以下）單相變壓器在控制系統中應用較多。一般的一次小容量單相變壓器一次側有一種電壓，而二次側有幾種電壓 。計算內容有四部分：容量的確定；鐵心尺寸的選定；繞組（線圈）的計算；繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定。下面是各參數的計算方法和本設計參數的計算：1、二次側總容量小容量單相變壓器二次側為多繞組時，若不計各繞組等效阻抗及負載阻抗的幅角之差別。可以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 （1.31）式中 ，···, 二次側各繞組電壓的有效值（V）; ,···,-二次側各繞組的負載電流有效值

13、（A）;設計計算：二次側容量為23.5W。2、一次側繞組的容量 對于小容量變壓器，不能認為繞組的容量等于二次側繞組的總容量，因為考慮到變壓器中有損耗，所以一次側繞組的容量應為： （單位為V·A） (1.3-2)式中 -變壓器的效率，約為0.8到0.9，設計計算：一次側繞組容量為29.4W，其中效率取80%。參看表A-1所給的數據是生產實踐的統計數據。表A-1 小容量變壓器計算參考數據變壓器容量S/V·A磁通密度/0.0001T效率（%）電流密度j/（A/m）鐵心計算中的K值小于1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008

14、000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1 3、變壓器的額定容量 變壓器的額定容量取一、二次繞組容量的平均值，即 （單位為V·A） (1.3-3) 設計計算：額定容量為26.44V·A 4、一次電流的確定 I=(1.11.2) (1.3-4)式中1.1-1.2-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。設計計算得： 1.1-1.2）=0.14 二、鐵心尺寸的選定 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

15、圖A-2所示。圖A-2 小型變壓器硅鋼片尺寸 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） (1.3-5)式中 經驗系數，可參考表A-2選用。計算心柱截面積后，就可確定心柱的寬度和厚度，根據圖A-2可知 （1.36）式中 a心柱的寬度（cm）; b心柱凈疊厚（cm）; 心柱的實際厚度（cm）; 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少所引起的。對于0.5mm厚、兩面涂漆的熱軋硅鋼片，=0.93; 對于0.35mm厚、兩面涂漆的冷軋硅鋼片，=0.91；對于0.35mm厚、兩面涂漆的冷軋硅鋼片，=0.92；對于0.35mm厚、不涂漆的冷軋硅鋼片，=0

16、.95。 按A的值，確定a和b的大小，答案是很多的，一般取=1.2-2,并盡可能選用的硅鋼片尺寸。表A-2列出了通用的小型變壓器硅鋼片尺寸。表A-2 小型變壓器通用的硅鋼片尺寸 （單位：mm）achAH137.52240341692450401910.530605022113366552512.537.57562.52814428470321648968038195711495442266132110502575150125582884168140643296192160設計計算：計算鐵心截面 =10.28 m式中， 按表A-1取2. a=29.3cm 按表A-1選用a=32mm的硅鋼片，則

17、40.3mm取=48mm，硅鋼片尺寸，=1.31。由表A-2查得 C=14mm h=42mm A=84mm H=70mm二、繞組的計算繞組的計算內容為確定各繞組匝數與導線直徑及選擇導線。1、 計算每伏匝數 從變壓器的電動勢公式E=4.44fN=4.44fNA;若頻率f=50Hz,可得出每伏的匝數 = （A-7）式中 -心柱的磁通密度最大值，單位是特斯拉。對于普通的熱軋鋼片可參考表A-1選用。每伏匝數 =52、 根據每伏匝數計算各繞組匝數 一次繞組 = 二次繞組 （1.051.10） （1.051.10） 設計計算：各繞組匝數 =1100 1.05=56 1.05=405對于小容量變壓器，應考慮

18、其內部阻抗壓降，為使在額定負載時二次側有額定電壓，適當地增加二次側繞組的匝數，約增加5%-10%的匝數。3、 計算繞組的導線直徑d及選擇導線 導線截面積 （單位為m） (A-9)導線直徑 （單位為m） (A-10) 按各繞組的負載電流，選擇導線截面，如選得小，則電流密度大，可節省材料，但銅耗增加，溫度增高。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，一般選用j=2-3A/m，短時工作變壓器取j=4-5A/m.按計算所得導線截面積和直徑，查表A-3。選取相近截面的導線直徑d，再由表A-4查得帶絕緣的線徑.表A-3 圓導線規格裸線直徑d/截面積A/m裸線直徑d/截面積A/m

19、裸線直徑d/截面積A/m0.230.04150.250.04910.270.0573表A-4 圓截面漆包線漆膜厚度（單位mm）裸線直徑0.060.140.150.210.230.33導線品種高強度聚酯漆包線QZ0.030.040.05設計計算：不帶絕緣的線徑分別為0.25 mm、0.21 mm、0.31 mm。帶絕緣的線徑分別為0.30 mm、0.25 mm、0.36 mm。四、繞組排列，核算鐵心窗口面積 繞組的匝數和導線直徑確定之后，可作繞組排列。繞組每層匝數為 (A-11)式中 -絕緣導線外徑（）； -鐵心窗高（）； 0.9-考慮繞組框架兩端厚度的系數； -考慮裕度的系數。 各繞組所需層數

20、為 (A-12)各繞組厚度為 + (A-13)式中 -層間絕緣厚度（），導線較細（0.2以下），用一層厚度為白玻璃紙，導線較粗（0.2以上），用一層厚度為的電纜紙（或牛皮紙），更粗的導線，可用厚度為0.12的青殼紙；-繞組的絕緣厚度（），當電壓不超過500V時，可用層黃蠟布等。 繞組間的絕緣度為 (A-14)式中 -繞組框架的厚度（）； -考慮的考慮裕度的系數。 + + + +繞組的總厚度 計算所得的繞組總厚度t必須略小于鐵心窗口寬度，若，可加大鐵心疊裝厚度，減少繞組匝數或重選鋼片尺寸，按上述步驟重復計算和核算，至合適時為止。設計計算：各繞組沒層匝數分別為138、166、115。各繞組所需層數

21、分別為8、1、4。用兩層電纜紙夾一張黃蠟布的方法，各繞組外包厚度分別為0.74 mm 、3.04 mm 、0.51 mm 、1.88。繞組總厚度為6.17C=16 mm 。所以，設計數據合理，方案可行。既然變壓器是一種長時間運轉的電氣設備，那么就不得不去考慮它的安全性和穩定性，以爭取再設計的時候就能很好的改進和克服這些問題，使變壓器能在長時間運轉的情況下，依然能保證很好的安全性和穩定性。一：套管引線的安裝問題近些年來，經常發現中小型變壓器在交接和大修之后，做交流耐壓試驗時產生內部放電現象，跟容易造成事故。經研究發現是套管引線方式不對，造成引線對變壓器外殼放電。廠家設計引線的時候都是寧長不短，引

22、線多余處在套管下部絕緣筒外彎折，引線與外殼之間的距離減小，擊穿電壓降低造成的。對于干式單相變壓器來說，安裝的時候應該從變壓器的觀察孔觀察引線，如果出現彎曲部在管外，應該將其盡量往上推，并在變壓器外將引線盡量往上提，直到引線在絕緣筒下不再打彎，再從套管上面把引線固定，盡量把引線多余部分放在管內。如果由于引線上提而使絕緣筒上串，這時盡量把絕緣筒下拽。二：變壓器絕緣配合與可靠性關系1絕緣水平是變壓器絕緣可靠性的間接表達：變壓器規定絕緣水平和絕緣耐受電壓試驗方法的目的是要保證產品在工作電壓的長期作用下和暫態過電壓作用下，有足夠的絕緣耐受能力，可靠地運行。2絕緣水平和絕緣故障率：絕緣故障率是直接地、定量

23、地描述變壓器絕緣可靠性的技術指標，GB311.1-83第條件對計算絕緣故障率的方法完全引用了IEC標準，現摘錄如下：“當對某種過電壓嚴格計算絕緣故障率時，需要給出此過電壓及設備的絕緣性兩者各自的分布率。”總體來說絕緣性能跟絕緣材料性能、溫度高低和潮濕程度有很大關系，只有設計合適的絕緣能力，才能更好的絕緣，保證安全，而且經濟實惠。三：安全保護裝置1斷路器：斷路器同時承擔著控制和保護雙重任務。2隔離開關與接地開關     隔離開關的具體用途如下：檢修與分段隔離。     接地開關主要用來保護檢修工作的安全。     接地開關的分類：按安裝場所的不同，分為戶內與戶外；按操作方式不同，分為用鉤棒和用操動機構；按使用特性不同，分為一般接地開關與快速接地開關。3負荷開關和熔斷器