1、 煙 臺 南 山 學 院電機與拖動課程設計題目 小型單相變壓器 姓 名： 聶 雨 所在學院： 計算機與電氣自動化學院 所學專業： 自 動 化 班 級： 09自動化02班 學 號： 200902010219 指導教師： 劉 麗 麗 完成時間： 2012-09-25 摘要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%90% 。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

2、，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不分，鐵心柱上裝有繞組，鐵軌是聯系兩個貼心柱的部分。 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。 關鍵字：單相變壓器、鐵芯、線圈、容量AbstractGeneral small capacity single-phase transf

3、ormer calculation content has four parts: the determination of capacity; Core size determined, Winding calculation; Winding arrangement and core size of final transformer efficiency 80% 90% for small capacity transformer should consider the internal pressure drop, to enable the rated load, the secon

4、dary side have rated voltage should be appropriate increase secondary side winding turns, about increased by 5% 10% of the number of turns through the copper loss measurement, it is known that small transformer quality can from his no-load loss and short circuit loss judgment out, yue xiaoyue good,

5、at the same time operating temperature will also low, and have very good load, through the no-load current measurement, the iron loss large transformer, calorific value, ampere turn design if not reasonable, no-load current will soar, can cause temperature increase, to the detriment of life.Single-p

6、hase transformer is to have two coil of transformer structure: transformer is mainly composed of core and winding components: 1 core transformer is the main magnetic circuit, and as a winding support frame core points core column and track two is not divided, core column with its winding, tracks are

7、 linked to two close column part 2 transformer winding constitute equipment internal circuit, it and external power grid directly connect, is the most important element of a transformer, often than winding transformer core.Key word: single-phase transformer、 core 、coil 、capacity目錄1緒論12變壓器的工作原理22.1電壓

8、變換32.2電流變換33變壓器的基本結構43.1鐵心43.2繞組43.3其它結構部件44設計內容54.1額定容量的確定54.1.1二次側總容量54.1.2一次繞組的容量54.1.3變壓器的額定容量64.1.4一次電流的確定64.2鐵心尺寸的選定64.2.1計算鐵心截面積A64.3繞組的匝數與導線直徑84.3.1計算每伏電壓應繞的匝數84.3.2計算導線直徑d94.3.3繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定95實例計算116結論137心得體會148參考文獻151緒論隨著科學技術進步，電工電子新技術的不斷發展，新型電氣設備不斷涌現，人們使用電的頻率越來越高，人與電的關系也日益緊密，對于電性能和電氣

9、產品的了解，已成為人們必需的生活常識。 變壓器是一種靜止的電氣設備，它是利用電磁感應原理把一種電壓的交流電能轉變成同頻率的另一種電壓的交流電能，以滿足不同負載的需要。在電力系統中，變壓器是一個重要的電氣設備，它對電能的經濟傳輸，靈活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也使人們能夠方便地解決輸電和用電這一矛盾。 輸電線路將幾萬伏或幾十萬伏高電壓的電能輸送到負荷區后，由于用電設備絕緣及安全的限制，必需經過降壓變壓器將高電壓降低到適合于用電設備使用的低電壓。當輸送一定功率的電能時，電壓越低，則電流越大，電能有可能大部分消耗在輸電線路的電阻上。為此需采用高壓輸電，即用升壓變壓器把電壓升高輸電電壓，這樣

10、能經濟的傳輸電能。 它的種類很多，容量小的只有幾伏安，大的可達到數十萬千伏安；電壓低的只有幾伏，高的可達幾十萬伏。如果按變壓器的用途來分類，幾種應用最廣泛的變壓器為：電力變壓器、儀用互感器和其他特殊用途的變壓器；如果按相數可以分為單相和三相變壓器。不管如何進行分類，其工作原理及性能都是一樣的。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芯(構成磁路)和繞在鐵芯上的兩個匝數不同、彼此絕緣的繞組(構成電

11、路)構成。這類變壓器在生活中的應用非常廣泛。2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，副繞組匝數為。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，產生

12、電流，建立磁通，沿鐵心閉合，分別在原副繞組中感應電動勢。變壓器的分類：為適應不同的使用目的和工作條件，變壓器中類很多，因此變壓器的分類的方法有多種，通常可按用途、繞組數目、相數、鐵芯結構、調壓方式和冷卻方式等劃分類別。 按用途分：有電力變壓器（升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯絡變壓器等）和特種變壓器（如實驗變壓器、儀用變壓器、電爐變壓器和整流變壓器等）。 按繞組數目分：有單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。 按相數分：有單項變壓器、三項變壓器和多項變壓器。 按鐵芯結構分：有心式變壓器和殼式變壓器。 按調壓方式分：有無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器。 按冷卻介質

13、和冷卻方式分：有干式變壓器、油浸變壓器和充氣式冷卻變壓器。2.1電壓變換當一次繞組兩端加上交流電壓時，繞組中通過交流電流，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。 （1-1） （1-2） （1-3） （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。2.2電流變換變壓器在工作時，二次電流的大小主要取決于負載阻抗模|的大小，而一次電流的大小則取決于的大小。 （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：小型單相變壓器一般是指工頻小容量單相變壓器。3變壓器的基本結構3.1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

14、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。3.2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）繞組線圈3.3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4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。4.1額定容量

15、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。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 （3-1）式中 二次側總容量（V·A）,二次側各個繞組電壓的有效值（V）；, 二次側各個繞組的負載電流有效值（A）。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 （單位為V·A） （3-2）式中 變壓器的額定容量；變壓器的效率，約為0.8

16、0.9，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

17、、二繞組容量的平均值， S=*（S+S）（單位為V·A） （3-3）一次電流的確定 （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。4.2鐵心尺寸的選定計算鐵心截面積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，鐵心的幾何尺寸如圖（4）所示。圖（4）鐵心外型小容量心柱截面積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(cm2)。 （

18、3-5）A鐵心柱的凈面積，單位為cm2截面計算系數，與變壓器額定容量有關，按表3-2選取，當采用優質冷軋硅鋼片時可取小些截面積計算系數表3-2 截面積計算系數的估算值 /VA1010505010010050050021.751.751.51.51.351.351.251.251.0計算心柱截面積A后，就可確定心柱的寬度和厚度，根據圖3可知 （3-6）式中 a心柱的寬度（mm）；b心柱的凈疊厚（mm）；心柱的實際厚度（mm）；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，=0.93；對于0.35mm厚兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，

19、=0.91；對于0.35mm厚，不涂漆的冷軋鋼片，=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achH1316192225283238445058647.5910.51112.5141619222528322224303337.542485766758496405060667584961141321501681923440505562.57080951101251401604.3繞組的匝數與導線直徑計算每伏電壓應繞的匝數從變壓器的電勢公式E=4.4

20、4fNBmA,若頻率f=50Hz,可得出每伏所需的匝數 （3-7）式中 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）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%。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，

21、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： =0.715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0.060.140.150.210.230.330.350.49

22、0.510.620.640.720.740.961.01.741.812.022.12.44高強度聚酯漆包線0.030.040.050.060.070.080.090.110.120.13硅有機單玻璃絲包線0.200.220.220.24硅有機雙玻璃絲包線0.250.270.270.28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 （3-11）式中 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 （3-12）各繞組厚度為 i=1,2,n （3-13）式中 層間絕緣厚度（mm），

23、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（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 （3-14）式中 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。5實例計算如上圖所示，取 計算變壓器的主要參數，并選擇可行的材料。解：1、計算變

24、壓器的額定容量SN1）計算副邊的容量：S2=U2 I2 + U3 I3=300*0.2+50*0.1=65(V·A)2)計算原邊的容量：/根據表1：小型單相變壓器的效率的估算值可以取=0.82 因此，/=65/0.82=79.3(V·A)3）計算變壓器的額定容量=1/2（）=0.5*（65+79.3）=72.2(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75V·A 2、 鐵心尺寸的選定1）計算鐵心截面積AA0根據表2. 截面積計算系數K0的估算值可以取K0=1.40因此，A0=1.40=12.1（cm2）2）鐵心中柱寬度a與鐵心疊厚b

25、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*12.1/28=47.5 mm.此時b/a=47.5/28=1.7滿足b=(1.22)a的通常要求。3、計算繞組線圈匝數 1）求出每伏電壓應繞的匝數 =3.4（匝/V）式中的=1.1T (鐵心材料國熱軋硅鋼片)2) 根據和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數 =U1=3.4*220=748 =（1.051.10） U2=1.10*3.4*300=1122 =（1.051.10） U3=1.10*3.4*50=1874、計算導線直徑d導線的截面積：Ac=I/j. =1.15*79.3/220=0.415(A) Ac1

26、=0.415/2.5=0.17 mm2 =0.715=0.46 mm同理：Ac2=0.08 mm2 =0.32 mmAc3=0.04 mm2 =0.23 mm 根據所求解的數據：可以取原邊的材料為高強度聚酯包線QZ0.06副邊的材料為高強度聚酯包線QZ0.056結論在本次的課程設計也是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個部分：容量的確定；鐵心尺寸的選定；繞組匝數與導線直徑的計算；繞組排列及鐵芯尺寸的最后確定。本次設計單項變壓器的一次側容量為125VA,二次側容量為100VA,對于容量小的變壓器，它的額定容量取一、二側容量的平均值。鐵芯尺寸選用芯柱寬度2.7cm,凈厚度為5.4cm，截面積為14.52cm的冷扎硅鋼片。在計算繞組的匝數時，要先計算每伏電壓應繞的匝數，通過計算可知為2.6匝/V，所以原邊繞組的匝數為89，副邊繞組的匝數為973；計算導線直徑時，要先計算導線的截面積，然后在計算直徑。變壓器的效率80%90% 。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，小型變壓器的的質量可以從他的空