小型單相變壓器

1、電機拖動課程設(shè)計煙臺南山學(xué)院題目小型單相變壓器設(shè)計姓 名： 張 棟所在學(xué)院：煙臺南山學(xué)院所學(xué)專業(yè)：自動化班 級：09自動化一班學(xué) 號：200902010104指導(dǎo)教師：劉麗麗完成時間：2012-10-23摘要本文設(shè)計內(nèi)容為單相變壓器，包括單相變壓器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定。因此在單相變壓 器的設(shè)計中，只有了解單相變壓器的結(jié)構(gòu)和原理，正確計算參數(shù)，才能最終設(shè)計出合理， 實用的單相變壓器。根據(jù)單相變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，先通過測量計算二次側(cè)總?cè)萘亢鸵淮蝹?cè) 總?cè)萘康贸鲎儔浩鞯念~定電容，然后通過測量鐵芯的寬度和厚度來確定鐵芯的截面積， 繼而選定鐵芯尺寸，再者測量繞組匝數(shù)和導(dǎo)線的直徑，最后通過前幾步的測量和

2、計算， 繞組排列及鐵芯尺寸的最后確定。關(guān)鍵詞：單相變壓器；繞組；鐵芯；額定電容。AbstractThis design for the single-phase transformer, including single phase transformer structure and parameters determination. Therefore in the single phase transformer design, only to understand the structure and principle of the single-phase transformer, t

3、he correct calculation of parameters, to design a reasonable, practical single-phase transformer.Single phase transformer according to the basic structure and working principle, first through the measurement and calculation of two side total capacity and total capacityof a side drawntransformer rate

4、d capacity, then by measuring the core width and thickness to determine the core cross-sectional area, and then the selected core size, then measures the number of winding turns and the diameter of the wire, finally before a few step measurement and calculation, winding arrangement and core size det

5、ermining final.Key words: single phase transformer; winding; core; rated capacity. TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 緒論1 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1小型單相變壓器2 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.1變壓器簡介2 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.2變壓器的工作原理

6、2 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.2.1電壓變換2 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 1.2.2電流變換3 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2變壓器的基本結(jié)構(gòu)4 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 設(shè)計內(nèi)容5 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.1額定容量的確定 5 HYPERLINK l bookmark57 o Current Doc

7、ument 3.1.1二次側(cè)總?cè)萘? HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 3.1.2 一次繞組的容量 5 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 3.1.3變壓器的額定容量 6 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 3.1.4 一次電流的確定6 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 3.2鐵心尺寸的選定6 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.3繞組的匝數(shù)與導(dǎo)線直

8、徑8 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.4繞組排列及鐵心尺寸的最后確定9 HYPERLINK l bookmark99 o Current Document 總體計算10總結(jié)12 HYPERLINK l bookmark125 o Current Document 心得體會13 HYPERLINK l bookmark128 o Current Document 參考文獻14緒論我國電力變壓器節(jié)能產(chǎn)品的發(fā)展歷史從五十年代初到七十年年代末這三十年中，隨 著我國經(jīng)濟建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，變壓器類產(chǎn)品從無到有，發(fā)展為幾十個系列，其中大部分產(chǎn) 品是仿蘇熱

9、軋硅鋼片產(chǎn)品，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較低，基本上處于世界上五、六十年代的水平。 一九七九年四月，當(dāng)時的一機部電工總局在長沙召開了電器、電材行業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代會議, 提出“更新的產(chǎn)品要在確保運行安全可靠的前提下，節(jié)約能源的奮斗目標(biāo)。低損耗電力變 壓器是機械工業(yè)十二類節(jié)能產(chǎn)品中取得較好成績的一類產(chǎn)品。1983年大、中、小型低損 耗電力變壓器生產(chǎn)量達700多萬干伏安，其中小型電力變壓器約為300萬千伏安。這些電 力變壓器代替五十年代生產(chǎn)的高損耗變壓器，全部投入運行后，年節(jié)電量約在l2億度以 上。為了進一步節(jié)約能源，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟效益，中小型電力變壓器仍須不斷地向前發(fā) 展。另一方面，在全球化競爭中，雖然我國在小容

10、量方面已經(jīng)擁有相當(dāng)?shù)膶嵙?，并在?際市場中占有重要的地位，但是在高容量、超高容量變壓器方面，我國的技術(shù)實力還非 常薄弱，這就造成了歐美發(fā)達國家高容量、超高容量變壓器市場我國無法進入的情況， 這將阻礙我國變壓器行業(yè)今后的發(fā)展，需要引起高度的關(guān)注。1小型單相變壓器1.1變壓器簡介變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，電子變壓器廠當(dāng)初級線圈中通有交流 電流時，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流。變壓 器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫 初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。電感變壓器產(chǎn)品可以提供 進口濾波平面電感器、平 面主變壓器、初

11、級電流互感器、輸出濾波平面電感器、輸出濾波用金屬磁粉心磁環(huán)MPP 等電感變壓器整套的產(chǎn)品.電感變壓器公司開發(fā)出LAMDA模塊用系列平面變壓器產(chǎn)品 PULSE平面變壓器替代產(chǎn)品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(gòu)成磁路）和繞在鐵心上的兩個匝數(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。1.2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(wěn)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(yīng)原理將某一電壓的交流換成頻率相同的另一 電壓的交

12、流電的能量的變換裝備2-。根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律和楞次定律，簡單說明如下：當(dāng)原線圈（就是本來就有電的 那組線圈）中的電流增大時，這個線圈在鐵芯中產(chǎn)生的磁場也增強（磁場的方向可以用右 手螺旋定則來判斷），這時，在副線圈（就是原本沒有通電的那組線圈）上就要產(chǎn)生感應(yīng)電 流，感應(yīng)電流的方向與原線圈中的電流方向相反（這樣的結(jié)果是副線圈中的電流產(chǎn)生的磁 場的方向與原線圈中的電流產(chǎn)生的磁場的方向相反）。當(dāng)原線圈中的電流在減小時，電流在鐵芯上產(chǎn)生的磁場也減弱，這時在副線圈中就 產(chǎn)生了與原線圈電流方向相同的電流，這個電流在鐵芯上產(chǎn)生的磁場方向與原線圈在鐵 芯中產(chǎn)生的磁場方向相同。如此變化下去，原線圈中由于電流的

13、改變，就在副線圈中產(chǎn)生了電流。這就是變壓 器的工作原理。1.2.1電壓變換當(dāng)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(chǎn)生既與一次繞組交鏈，又與二次繞組交鏈的主磁通。k說明只要改變原、副繞組的匝數(shù)比，就能按要求改變電壓。1.2.2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(fù)載阻抗模| Z1 |的大小， 流I1的大小則取決于12的大小。又 U 111 = U 212（1）（2）（3）（4）而一次電（5）（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。2變壓器的基本結(jié)構(gòu)變壓器基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1變壓器繞組結(jié)

14、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， 鐵柱和鐵軛同時作為變壓器的機械構(gòu)件。鐵心結(jié)構(gòu)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(jié) 省銅材，我國變壓器線圈大部分是采用鋁線。3、其它結(jié)構(gòu)部件：儲油柜、氣體繼電器、油箱。圖2單相心式變壓器1一鐵柱一鐵軛；3高壓線圈；4-低壓線圈3設(shè)計內(nèi)容計算內(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

15、直徑； 繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定。3.1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。3.1.1二次側(cè)總?cè)萘啃∪萘繂蜗嘧儔浩鞫蝹?cè)為多繞組時，若不計算各個繞組的等效的阻抗及其負(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S = U I + U I +. + U I（7）22233n n式中， s 二次側(cè)總?cè)萘浚╒A）U : U，U 二次側(cè)各個繞組電壓的有效值（V）；I 2，I，3 I 二次側(cè)各個繞組的負(fù)載電流有效值（A）。23n3.1.2 -次繞組的容量對于小容量變壓器來說，我們不能就認(rèn)為一次繞

16、組的容量等于二次繞組的總?cè)萘浚?因為考慮到變壓器中有損耗，所以一次繞組的容量應(yīng)該為ss1= T （單位為VA）（8）式中s變壓器的額定容量；門一一變壓器的效率，約為0.80.9,表1所給的數(shù)據(jù)是生產(chǎn)時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)， 可供計算時初步選用。表1小容量變壓器計算參考數(shù)據(jù)變壓器容量sIV A磁通密度B /-4m X10 T效率n（%）電流密度j/ (A mm 2)鐵心計算中的K值小于106000700060 703 2.50210 507000800070 802.5 22 1.550 1008000900080 852.5 21.5 1.310050090001100085 902.5 1.51.3

17、 1.255001000110001200090 921.5 1.21.25 1.13.1.3變壓器的額定容量由于本次設(shè)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， TOC o 1-5 h z S=1 *（Si +S2）（單位為 VA）（9）21 23.1.4-次電流的確定/= （1.11.2）S（10）1（10）式中（1.11.2）考慮勵磁電流的經(jīng)驗系數(shù)，對容量很小的變壓器應(yīng)取大的系 數(shù)。3.2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

18、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3變壓器鐵心小容量心柱截面積A大小與其視在功率有關(guān)，一般用下列經(jīng)驗公式計算（單位為cm2 ）。(11)A鐵心柱的凈面積，單位為cm2K 截面計算系數(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 0片時K 0可取小些截面積計算系數(shù)K 0表2截面積計算系數(shù)k。的估算值S Sn/VA500K 021.751.751.51.51.351.351.251.251.0計算心柱截

19、面積A后，就可確定心柱的寬度和厚度，根據(jù)圖3可知A ab = ab K（12）式中 a心柱的寬度（mm）；b心柱的凈疊厚（mm）；b心柱的實際厚度（mm）；七一一疊片系數(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。對于0.5mm厚，兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，K =0.93；對于0.35mm厚兩面涂漆 絕緣的熱軋硅鋼片，K =0.91 ；對于0.35mm厚，不涂漆的冷軋鋼片，k =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列出了通用的小型變壓器硅鋼片尺寸。表3小型變壓器通用的硅鋼片尺寸achAH137

20、.52240341692450401910.530605022113366552512.537.57562.528144284703216489680381957114954422661321105025751501255828841681406432961921603.3繞組的匝數(shù)與導(dǎo)線直徑(1)計算每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù)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(shù)(13)可取B=1.2m(14)(15)心 N1084.5 X103N =0 E 4.44fB AB A式中N0 對應(yīng)于每伏電壓的匝數(shù)，單位：匝/V Bm 鐵心柱內(nèi)工作磁密最大值，單位：TA鐵心柱

21、截面積，單位：cm2當(dāng)鐵心材料國熱軋硅鋼片時，取B=1.01.2T；采用冷軋硅鋼片時， m1.5T。然后根據(jù)N和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)N2 = (1.05 1.10) N U2N = NUN3 =(1.05 1.10)N U3(16)式中NN2Nn各線圈的匝數(shù)。為補償負(fù)載時漏阻抗壓降，副邊各線圈的匝數(shù)均增加了 5%10%。(2)計算導(dǎo)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(fā)熱， 按各個繞組的負(fù)載電流，選擇導(dǎo)線截面，如選的小，則電流密度大，可節(jié)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(jù) 實踐經(jīng)驗，通過

22、導(dǎo)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。對于連續(xù)工作時可取J=2.5A/mm2導(dǎo)線的截面積：Ac=I/j。導(dǎo)線的直徑：d =己=1.13，mm =0.715 1 兀、j j導(dǎo)線直徑可根據(jù)工作電流計算，式中：d原、副邊各線圈導(dǎo)線直徑，單位：mm；I原、副邊各線圈中的工作電流，單位：A；根據(jù)算出的直徑查電工手冊或表4選取相近的標(biāo)準(zhǔn)線徑。當(dāng)線圈電流大于10A時，可采用多根導(dǎo)線并聯(lián)或選用扁銅線。表4導(dǎo)線材料的選取螺線螺徑 線直 導(dǎo)線品種線卜、口口 種X0.06徑.140.150.210.230.330.350.490.510.620.640.720.740.96

23、1.01.741.812.022.12.44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0.250.270.270.283.4繞組排列及鐵心尺寸的最后確定繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線的直徑確定后，可作繞組排列。繞組每層匝數(shù)為(17)n 0.9h - (24)N =。 d式中 d絕緣導(dǎo)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(shù)；(24)考慮裕度系數(shù)。各繞組所需層數(shù)為(18)Nm =Nc各繞組厚度為(19)t = m (d + d ) + yi=1，2, .，n式中

24、。一一層間絕緣厚度(mm),導(dǎo)線較細(0.2mm以下)，用一層厚度為0.02 0.04mm白玻璃紙，導(dǎo)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(dǎo)線，可用厚度為0.12mm的青殼紙； 繞組總厚度為t = (t +1 +1 +. +1 ) X (1.11.2)(20)012n4總體計算UTTU圖4三繞組變壓器如圖 4 所示，取U = 220V U = 300VU = 50V I = 0.2A I = 0.1A計算變壓器的主要參數(shù)，并選擇可行的材料。23解：1、計算變壓器的額定容量S N計算副邊的容量:S =U I +U I =300*0.2+50*0

25、.1=65(VA)22 23 3計算原邊的容量：q = s2/n根據(jù)表1：小型單相變壓器的效率n的估算值可以取n=0.82因此，S = S /n=65/0.82=79.3(VA)計算變壓器的額定容量S =1/2 (S + S ) =0.5* (65+79.3) =72.2(VA)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-A2、鐵心尺寸的選定1)計算鐵心截面積AA = k0、.Sv N根據(jù)表2.截面積計算系數(shù)K0的估算值可以取K0=1.40因此，A=k；1二1.40瑚75 =12.1 (cm2)2)鐵心中柱寬度a與鐵心疊厚b的計算根據(jù)表3.參數(shù)a、b的選取可以近似取a=28m

26、m因此，b=110F/a=110*12.1/28=47.5mm.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(shù)1)求出每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù)心 N1034 450000 ,N0 = E = 444A = =3.4 (匝/V)mm式中的B=1.1T(鐵心材料國熱軋硅鋼片)2）根據(jù)N 0和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)N 1 = N0U1=3.4*220=748N2 =(1.051.10)N0U2=1.10*3.4*300=1122N3 =(1.051.10)N0U3=1.10*3.4*50=1874、計算導(dǎo)線直徑d導(dǎo)線的截面積：Ac=I/jS11 = (1.11.2)可1二 1.15*79.3/220=0.415(A)Ac1=0.415/2.5=0.17mm2d1 =1.13=0.715 7 =0.46mm同理：Ac2=0.08mm2d2 =0.32mmAc3=0.04mm2d 3 =0.23mm根據(jù)所求解的數(shù)據(jù):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QZ0.05總結(jié)，總結(jié)在本次的課程設(shè)計是以電機與拖動我們的教材為主線，基本能按照設(shè)計任務(wù)書、 指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進行。通過上面的設(shè)計可知：一般的小容量單相變壓器的計算內(nèi)容有四種部分：容量的確 定;鐵心尺寸的確定；