變壓器的應用與設計

1、教案三變壓器的應用與設計一. 教學目標終極目標：能夠使用變壓器與設計、制作小型電源變壓器。促成目標：1、能正確理解變壓器的銘牌數(shù)據；2、能根據要求列出變壓器的主要參數(shù)；3、能掌握小型電源變壓器的鐵芯結構、繞組結構及絕緣材料的使用；4、能知道變壓器的簡單制作工序；5、能根據要求掌握小型電源變壓器的分析計算方法。二. 工作任務1、根據電路的要求，確定變壓器的主要參數(shù)并根據參數(shù)能正確選用變壓器;2、設計、制作一個小型電源變壓器。三. 學時安排模塊1變壓器的應用6學時模塊2變壓器的設計3學時小型電源變壓器制作與測試4學時學生總結討論發(fā)言及相互提問1學時四. 教學內容模塊1變壓器的應用變壓器的主要作用是

2、實現(xiàn)電壓變換、電流變換和阻抗變換。1、電壓變換（降壓變壓器）：如圖3-1，通過變壓器可把網電壓變?yōu)樗璧牡碗妷?。DFD4變壓劃變電用7805二士 二I T PC1C2D3 C4R圖3-12、電流變換：如圖3-2，通過電流互感器可把大電流變?yōu)樾‰娏?，方便測量。圖3-23、阻抗變換：如圖3-3，通過變壓器能實現(xiàn)揚聲器阻抗與電源內阻匹配，獲得最大功率。DC變爪器（變阻抗）=-圖3-3其工作任務是：（1）讀懂電路中標明的是哪類變壓器，在電路中起什么作用？（2 ）根據電路的要求，確定變壓器的主要參數(shù)并根據參數(shù)能正確選用變壓器；（3）理解變壓器為什么能實現(xiàn)電壓變換、電流變換和阻抗變換，掌握變壓器是 怎么實

3、現(xiàn)電壓變換、電流變換和阻抗變換的。（一）相關實踐知識1、變壓器的認識變壓器是根據電磁感應原理制成的一種靜止的電氣設備，是將某一種電壓、電流、相數(shù)的 電能轉變成另一種電壓、電流、相數(shù)的電能。它具有電壓變換、電流變換、阻抗變換 和電氣隔離的功能，在工程的各個領域獲得廣泛的應用。1.1變壓器的基本結構：由鐵芯與繞組兩部分構成。（如圖3-4所示）1.2變壓器的用途：（1）變換交流電壓：電力系統(tǒng)傳輸電能的升壓變壓器、降壓變壓器、配電變 壓器等電力變壓器及各類電氣設備電源變壓器；（2）變換交流電流：電流互感器及大電流發(fā)生器；（3）變換阻抗：電子線路中的輸入輸出變壓器。（4）電氣隔離：隔離變壓器3啟相變樂誥

4、（b）三相變壓耿圖3-42、變壓器的種類（1 ）按用途分：電力變壓器、電源變壓器、整流變壓器（整流電路用）、電爐變壓器（給電爐供電，二次側電壓較低，電能t熱能）、電焊變壓器（給電焊機供電）、礦用變壓器（干式防爆）、 儀用變壓器（用在測量設備中） 、船用變壓器、電子變壓器（用在電子線路中） 、電流互感器、 電壓互感器等；（2）按相數(shù)分：單相變壓器、三相變壓器；（3）按頻率分：高頻變壓器（開關電源） 、中頻變壓器（中頻加熱、淬火） 、工頻變壓器；（4）按冷卻介質分：油浸變壓器、干式變壓器（空氣自冷） 、水冷變壓器；（5）按鐵心形式分：心式變壓器、殼式變壓器；（6）按繞組數(shù)分：雙繞組變壓器、自耦變壓

5、器、三繞組變壓器、多繞組變壓器。3、變壓器的銘牌數(shù)據變壓器的銘牌主要標示變壓器的額定值，變壓器的額定值是制造廠對變壓器正常使用所作 的規(guī)定，變壓器在規(guī)定的額定值狀態(tài)下運行，可以保證長期可靠的工作，并且有良好的性能。 變壓器的銘牌標注的額定值主要包括以下幾方面：（1）額定容量：是變壓器在額定狀態(tài)下的輸出能力的保證值，單位用伏安 （VA） 、千伏安 （kVA） 或兆伏安 （MVA） 表示，額定容量是視在功率 , 是指變壓器副邊額定電壓和額定電流的乘積 . 它 不是變壓器運行時允許輸出的最大有功功率 , 后者和負載的功率因數(shù)有關 . 所以輸出功率在數(shù) 值上比額定容量小 . 由于變壓器有很高運行效率，

6、通常原、副繞組的額定容量設計值相等。（2）額定電壓：是指變壓器空載時端電壓的保證值，根據變壓器的絕緣強度和允許溫升而規(guī)定 的電壓值，單位用伏 （V） 、千伏 （kV） 表示。三相變壓器原邊和副邊的額定電壓系指線電壓。原邊 額定電壓U1是指原邊繞組上應加的電源電壓（或輸入電壓）,副邊額定輸出電壓 U2通常是指原邊加U1時副邊繞組的開路電壓.使用時原邊電壓不允許超過額定值（一般規(guī)定電壓額定值允許變化土 5%）.考慮有載運行時變壓器有內阻抗壓降，所以副邊額定輸出電壓 U2應較負載所需的額定電壓高5-10%.對于負載是固定的電源變壓器,副邊額定電壓U2有時是指負載下的輸出電壓 .（3）額定電流： 額定

7、電流是指變壓器按規(guī)定的工作時間 （ 長時連續(xù)工作或短時工作或間歇斷續(xù) 工作 ）運行時原副邊繞組允許通過的最大電流 , 是根據絕緣材料允許的溫度定下來的 . 由于銅 耗, 電流會發(fā)熱 . 電流越大 , 發(fā)熱越厲害 , 溫度就越高 . 在額定電流下 , 材料老化比較慢 . 但 如果實際的電流大大超過額定值 , 變壓器發(fā)熱就很厲害 , 絕緣迅速老化 , 變壓器的壽命就要大 大縮短 .（4）額定頻率 ：使用變壓器時 , 還要注意它對電源頻率的要求 . 因為在設計變壓器時 , 是根據給定的電源電壓等級及頻率來確定匝數(shù)及磁通最大值的 . 如果亂用頻率 , 就有可能變壓器損 壞例如一臺設計用 50Hz, 2

8、20V電源的變壓器,若用25Hz, 220V電源,則磁通將要增加一倍, 由于磁路飽和 , 激磁電流劇增 , 變壓器馬上燒毀 . 所以在降頻使用時 , 電源電壓必須與頻率成 正比下降。 另外, 在維持磁通不變的條件下 , 也不能用到 400Hz, 1600V 的電源上 . 此時雖不 存在磁路的飽和問題 , 但是升頻使用時耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾. 因為鐵耗與頻率成1.5-2次方的關系頻率增大時，鐵耗增加很多由于這個原因，一般對于鐵心采用 0.35mm厚 的熱軋硅鋼片的變壓器，50Hz時的磁通密度可達0.9-1T,而400Hz時的磁通密度只能取到 0.4T. 此外變壓器用的絕緣材料的耐壓等級是一

9、定的 , 低壓變壓器允許的工作電壓不超過 300-500V. 所以在升頻使用時 , 電源電壓不能與頻率成正比的增加 , 而只能適當?shù)卦黾?.（5 ）額定溫升：變壓器的額定溫升是以環(huán)境溫度+40OC作參考，規(guī)定在運行中允許變壓器的溫度超出參考環(huán)境的最大溫升。（6）空載電流：變壓器空載運行時激磁電流占額定電流的百分數(shù)。（7） 空載損耗：是指變壓器在空載運行時的有功功率損失，單位以瓦（W）或千瓦（kW）表示。（8） 短路電壓：也稱阻抗電壓，系指一側繞組短路，另一側繞組達到額定電流時所施加的電壓與額 定電壓的百分比。（9）短路損耗： 一側繞組短路， 另一側繞組施以電壓使兩側繞組都達到額定電流時的有功損

10、耗， 單位以瓦（W）或千瓦（kW）表示。(10)連接組別：表示原、畐熾組的連接方式及線電壓之間的相位差，以時鐘表示。(二) 相關理論知識1、變壓器的工作原理當一個正弦交流電壓 Ui加在初級線圈兩端時， 導線中就有交變電流11并產生交變磁通 曲, 它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2,同時4)1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1, E1的方向與所加電壓 U1方向相反而幅度相近，從而限制了 I1的大小。為了保持磁通 切的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為空載電流”如

11、果次級接上負載，次級線圈就產生電流I2，并因此而產生磁通 輕，輕的方向與4)1相反，起了互相抵消的作用， 使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓 E1減少，其結果使I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時I1增加，4)1也增加，并且4)1增加部分正好補充了被 収所抵消的那部分磁通， 以保持鐵心里總磁通量不變 (見圖3-11)。 如果不考慮變壓器的損耗，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源 取得的電功率。變壓器能根據需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，但是不能改變允 許負載消耗的功率。其電磁關系如下：電磁關系嶺一 g(Ja Z、):r

12、叫 丄T 血(b)變壓器的符號圖 3-111.1變壓器的電壓變換：設一次繞組的匝數(shù)是 N1，二次繞組的匝數(shù)是 N2,穿過它們的磁通是，那么一次、二次 繞組中產生的感應電動勢分別是：E1 = 4.44 f Ni mE2 = 4.44 f N2 m則：U1/U2沁E1/E2 = N 1/N2 = K ( K為變壓器的變比)由上式知：變壓器一次、二次繞組的端電壓之比等于這兩個繞組的匝數(shù)之比。如果N2>N1，則U2> U1，變壓器使電壓升高，這種變壓器稱為升壓變壓器；如果N2V N1，則U2V U1,變壓器使電壓降低，這種變壓器稱為降壓變壓器。結論：改變匝數(shù)比，就能改變輸出電壓。1.2變壓

13、器的電流變換：變壓器副邊帶負載后對磁路的影響：在副邊感應電壓的作用下，畐U邊線圈中有了電流i2。此電流在磁路中也會產生磁通，從而影響原邊電流i1。由U1疋E1=4.44N1fm可知，U1和f不變時，E1和m也都基本不變。因此，有負載時產生主磁通的原、副繞組的合成磁動勢(iiNi+i2N2)和空載時產生主磁通的原繞組的磁動勢ioNi基本相等，即：iiNii 2 N 2 i o Ni因空載電流io很小，可忽略不計，則有:11 N2112 N1k結論：原、副邊電流與匝數(shù)成反比。1.3變壓器的阻抗變換在電子線路中，常利用變壓器的阻抗變換功能來達到阻抗匹配的目的。 設接在變壓器副繞組的負載阻抗z的模為|

14、Z|,則：U2I 2 根據等效原理，Z反映到原繞組的阻抗模|Z'|為：|Z |UiIikU2I2kk2U2I 2k2|Z|結論：變壓器原邊的等效負載，為副邊所帶負載乘以變比的平方。低,圖 3-i2(圖中U20為原邊加額定電壓、畐U邊開路時，畐U邊的輸出電壓;2、變壓器的運行特性2.i變壓器的外特性由于變壓器原、副繞組都具有電阻和漏磁感抗，當原繞組外加電壓Ui保持不變，負載 ZL變化時，副邊電流或功率因數(shù)改變，將導致原、副邊的阻抗壓降發(fā)生變化，使變壓器副邊輸出 電壓U2也隨之發(fā)生變化。變壓器的外特性即副邊輸出電壓和輸出電流的關系。即：U2=f(I 2)(見圖3-i2 )，特性曲線表明，變

15、壓器副邊電壓隨負載的増加而下降；對于相同的負載電流，感性負載的功率因數(shù)愈U2為原邊加額定電壓、副邊加負載時，副邊的輸出電壓，©2為副邊輸出電壓 12與副邊輸出電流I 2的相位差)變壓器帶負載后副邊電壓下降程度，用電壓調整率厶U8表示，即: U%= ( U20-U2) /U20 x ioo% U% 約為 3%-5%。2.2變壓器的損耗與效率(1 )鐵損(P Fe):包括磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗：磁滯現(xiàn)象引起鐵芯發(fā)熱，造成的損失。渦流損耗：交變磁通在鐵芯中產生的感應電流(渦流)，造成的損失。當變壓器的初級繞組通電后，線圈所產生的磁通在鐵心流動，因為鐵心本身也是導體，在垂直于磁力線的平

16、面上 就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產生電流，好象一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗我們稱為“渦流損耗”。(2) 銅損 (PGU :繞組導線電阻所致。要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著 電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損 耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產生的。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小于輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數(shù)來對此進行描述，n =輸出功率 / 輸入功率=(P2/ P 1)x

17、100%= P2/ ( P2 + PGU + PFe) X 100%=由于變壓器沒有轉動部分，其效率是較高的，n值一般在95%上，大型變壓器的效率可達98%99%變壓器效率隨輸出功率變化而變化，并有一最大值。2.3變壓器繞組的極性(1) 同極性端(同名端)：當電流流入兩個線圈(或流出)時，若產生的磁通方向相同，則兩個流 入端稱為同極性端(同名端)?；蛘哒f，當鐵芯中磁通變化 的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。圖3-13端。(增大或減小)時，在兩線圈中產生1-3為同名端；圖3-13( b)1-4為同名1234(a)(a)正接(b)反接3-13(2) 線圈的接法：兩種電壓(220V/110V )

18、的切換(如圖 3-14所示)： 若單個線圈1 3及2 4的電壓均為110V，則：220V :聯(lián)結 2 - 3 (串聯(lián)接法)，U220=4.44 f (2N)m110V :聯(lián)結 1 3, 2 4 (并聯(lián)接法)，U110=4.44 f N m m=U220/4.44 f (2N)= U 110/4.44 f N說明：兩種接法下 m不變，所以鐵芯磁路的設計相同。1Ata. <<X*2 <<J43-14思考題5:如果以上兩繞組的極性端接錯，結果如何?答：有可能燒毀變壓器。原因：兩個線圈中的磁通抵消t感應電勢e=0-u=iR-e i=u/R很大宀燒毀線圈。結論：在極性不明確時，一

19、定要先測定極性再通電。(3)同極性端的測定(如圖3-15所示)直流法：合上開關，毫安表的指針正偏，則1和3是同極性端；反偏1和4是同極性端。交流法：U13=U12-U34時，1和3是同極性端；U13=U12+ U34時，1和4是同極性端。（三）拓展知識1、三相變壓器的知識三相電力變壓器廣泛應用于電力系統(tǒng)輸、配電的三相電壓變換。此外，三相整流電路、三 相電爐設備也采用三相變壓器進行三相電壓的變換。三相變壓器有三個鐵芯柱，每一相的高低壓繞組同心地套裝在一個鐵芯柱上構成一相，三 相繞組的結構是相同的，即對稱的。三相變壓器的額定電壓、額定電流指的是線電壓、線電流。Y/Y,三相變壓器的高壓繞組和低壓繞組

20、均可以連成星形或三角形，因此三相變壓器可能有Y/Y四種基本接法，符號中的分子表示高壓繞組的接法，分母表示低壓繞組的接法。目前我國生產的三相電力變壓器，通常采用Y/YO, Y/ 接法（如圖3-16 ）當原、副邊三相繞組均為Y形聯(lián)接時，U1/U2 = N 1/N2 = K ;當原邊三相繞組為 Y形聯(lián)接,U2U1/U2 =- ' N1/N2 = - U2而副邊三相繞組為形聯(lián)接時,K。UikU1、3k圖 3-162、互感器（1 ）電流互感器：原繞組線徑較粗，匝數(shù)很少，與被測電路負載串聯(lián)；副繞組線徑較細，匝數(shù) 很多，與電流表或功率表、電度表、繼電器的電流線圈串聯(lián)。功能是將大電流變換為小電流進 行

21、測量。|1/|2=N2/N 1=1/K使用注意事項：使用時副繞組電路不允許開路，以防產生高電壓;鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損壞時, 在副邊出現(xiàn)過壓。圖 3-17（2 ）電壓互感器：電壓互感器的原繞組匝數(shù)很多，并聯(lián)于待測電路兩端；副繞組匝數(shù)較少，與 電壓表或電度表、功率表、繼電器的電壓線圈并聯(lián)。功能是將高電壓變?yōu)榈碗妷哼M行測量。U1/U2=N1/N2 = K使用注意事項：使用時副繞組電路不允許短路，以防產生過流; 鐵心、低壓繞組的一端接地，以防在絕緣損時, 在副邊出現(xiàn)高壓。圖 3-183、自耦變壓器特點：副繞組是原繞組的一部分，原、副壓繞組不但有磁的聯(lián)系，也有電的聯(lián)系。U2丄I2N2圖

22、 3-19+U2使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調壓器就是根據此原理 制作的。注意：原、副邊千萬不能對調使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。模塊2電源變壓器的設計（一）相關實踐知識要設計制作一個變壓器，必須對與變壓器相關的材料要有一定的認識。1、小型電源變壓器的鐵芯的認識鐵芯是變壓器磁路的主體部分，由表面涂有絕緣漆膜、厚度為0.35mm或0.5mm的硅鋼片沖壓成一定形狀后疊裝而成，擔負著變壓器原、副邊的電磁耦合任務。變壓器使用的鐵心材料主 要是硅鋼片，在鋼片中加入硅能降低鋼片的導電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減 少,我們通常稱加

23、了硅的鋼片為硅鋼片，硅鋼片有熱軋和冷軋兩種.熱軋硅鋼片的工作磁通密度B一般取9000-12000高斯，冷軋硅鋼片的導磁性能比熱軋好，它的工作磁通密度 B取值范圍為12000-18000 高斯。鐵心由鐵柱和鐵軛兩部分組成，繞組套裝在鐵柱上，而鐵軛則用來使整個磁路閉合。變壓器鐵心一般采用交迭方式進行疊裝，應使上層和下層疊片的接縫相互錯開，減小氣隙， 降低磁路磁阻。小型變壓器鐵心一般采用EI型或F型，圖3-24為EI鐵心的示意圖，表 3-23為部分EI鐵心的尺寸數(shù)據。鐵心規(guī)格尺寸(mm)中間舌片凈截面積(cm2)型號a*bcHhL鐵心片厚0.35mmGEI1010*12 . 56.53118361.

24、1310*151.3510*17.51.5810*201.80GEI1212*1583822441. 6212*181. 9512*212. 2712*242. 60GEI1414*1894325502. 2714*212. 6514*243. 0314*283. 53GEI1616*20104828562. 8816*243. 4616*284. 0416*324. 61表3-23 GEI型鐵心數(shù)據圖 3-242、小型電源變壓器的繞組的認識繞組是變壓器電路的主體部分，擔負著輸入和輸出電能的任務。繞制變壓器通常用的材料 有漆包線、絲包線，最常用的漆包線。對于導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有

25、足夠耐熱 性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號的高強度的聚脂漆包線。變壓器的繞組由原邊繞組和副邊繞組組成原邊繞組接輸入電壓 ，副邊繞組接負載原邊繞組只有一個,副邊繞組為一個或多個原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上套在兩個鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯(lián)或并聯(lián)。3、小型電源變壓器的絕緣材料的認識（1）絕緣材料：在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞組間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框 架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。（2）浸漬材料：變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強變壓器的機械強度、 提高絕

26、緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。思考題1:為什么變壓器原副邊繞組一般套在同一鐵心柱上？把原副邊繞組套在同一鐵心柱上時，由于原副邊繞組緊挨在一起（間隙實際上很?。?，部分漏磁通在空氣中的路徑大受限制，因此漏磁通較小，漏抗壓降小，對變壓器運行有利，因為變 壓器副邊電壓是隨副邊電流變化而變化”減 小原副邊的漏阻抗就可以減小電壓變化，使變壓器副邊電壓比較穩(wěn)定。4、變壓器的簡單制作工序（簡單制作流程見圖3-25）4.1繞線前的準備工作（1）選擇漆包線和絕緣材料； （2 ）選擇或制作繞組骨架；（3 ）制作木芯（木芯是套在繞線機轉軸上支撐繞組骨架，以進行繞線）。4.2繞線（1）繞

27、組層次按一次側、靜電屏蔽層、二次側高壓繞組、二次側低壓繞組依次迭繞；（2 ）做好層間、繞組間及繞組與靜電屏蔽層的絕緣；（3）當繞組線徑大于 0. 2毫米時，繞組的引出線可利用原線，當繞組線徑小于0. 2毫米時，應采用軟線焊接后輸出，引出線應用絕緣套管絕緣。4.3繞組的測試（1）不同繞組的絕緣測試；（2）繞組的斷線及短路測試。4.4鐵心疊裝（1）硅鋼片采用交迭方式進行疊裝，疊裝時要注意避免損傷線包；（2）鐵心疊片要求平整且緊而牢，以防鐵心截面達不到計算要求且會使硅鋼片產生振動噪音。 4.5半成品測試（1） 絕緣電阻測試（用兆歐表測試各組繞組之間及各繞組對鐵心（地）的絕緣電阻）；（2） 空載電壓的

28、測試（一次側加額定電壓時，二次側空載電壓允許誤差：w±5%）;（3） 空載電流的測試（一次側加額定電壓時，其空載電流應小于10%-20%的額定電流）。 4.6浸漆與烘干（1） 繞組或變壓器預烘干（去潮作用，溫度不能超過變壓器材料的耐溫）；（2）浸漆（繞組或變壓器浸漆）；（3）烘干（浸漆滴干后的繞組或變壓器，再次送入烘箱內干燥，烘到漆膜完全干燥、固化不粘 手為止。4.7成品測試（1）耐壓及絕緣測試（用高壓儀、兆歐表測試各組繞組之間及各繞組對鐵心（地）的耐壓及絕 緣電阻）；（2）空載電壓、電流測試（同上）（3） 負載電壓、電流測試（一次側加額定電壓、二次側加額定負載，測量電壓與電流）。執(zhí)

29、改計圖第及工藝插導書領科朝漆過如JI鋼片、絕喙材料答&他繞纜*絕緣、引岀線111出繞級測試T1繞紹的撕線及短路測試T1金同繞川的絕線測試門薩鉗片交叉曹誡SMK片補片敲平“ 羊成品則試?。壕S憑測述 空載電壓測試 空戦電流測試揪烘匕適鉄禍啄ift'f-姑標空入庫引IW處理.外覽處理y耐壓鉅緣利試戍品測試以 空後電壓電流測試、負技隨壓電渝測試/尺寸i外觀檢僧的至終檢區(qū)Z申.n測試、技箱（圖3-25變壓器簡單制作流程圖）(二) 相關理論知識設計一個小型電源變壓器(這里介紹的方法適合50Hz、2000W以下普通單相交流變壓器的設計)，主要是根據變壓器功率選擇變壓器鐵心的截面積(鐵心截面積

30、S是指硅鋼片中間舌的標準尺寸a和疊加起來的總厚度b的乘積)，再根據初、次級電壓計算初次級各線圈的匝數(shù)等。主要有以下幾個步驟：1計算變壓器的額定功率；2、計算變壓器的鐵心規(guī)格；3、計算變壓器線圈匝數(shù)；4、計算變壓器繞組導線的規(guī)格；5、選用合適的變壓器絕緣材料；6、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況。如果電源變壓器的初級電壓是U1,次級有n個組，各組電壓分別是 U21, U22,U2n,各組電流分別是I21, I22,I2n,輸出為純阻性負載。計算步驟如下：1計算變壓器的額定功率(1 )計算輸出總功率P2 :輸出總功率： P2 = U21X I21 + U22X I22 + + U2nX |2n。(

31、2) 計算輸入功率P1及輸入電流|1：輸入功率：P1 = P2 / n(n為變壓器效率，根據輸出功率的大小不同而略有變化，通常對于容量在100W以下的變壓器n在0.7 -0. 8之間，100W以上至1000W，在0. 8-0. 9之間，實際運用時，輸出功率低者取 小值。)輸入電流：11 = (1.1-1.2) x( P1/U1)(1.1-1.2)為考慮變壓器空載勵磁電流的經驗系數(shù)。2、計算變壓器的鐵心規(guī)格(1 )確定鐵心截面積S:小型變壓器常用的是 E型(或F型)鐵心，它的中柱截面S的大小與變壓器總輸出視在功率有關，鐵心截面積：， 祕S-k 7 P2 (cm3)(S鐵芯截面積 K 經驗系數(shù))K

32、的取值和變壓器的輸出功率有關，對于100W以下的K取1.2-1.3 ,100W-500W勺K取1.1-1.2 ,500W-1000W可取 1-1.1 (功率大者取小值)。(2) 確定鐵心規(guī)格根據計算所得的S值，確定使用GEI形鐵心，再根據實際情況來確定鐵心舌寬a與疊厚b的大小，從國產小功率變壓器常用的標準鐵心片規(guī)格表中選擇鐵心片規(guī)格和疊厚，一般舌寬a和 疊厚b的比在1:11:2之間。由于鐵心用涂絕源漆的硅鋼片疊成，考慮倒漆膜與硅鋼片間隙的厚度，實際的鐵心疊厚 b?應比b更厚，即b?=b/0.9。S = a x b(a為鐵心舌寬，b為鐵心疊厚)3、計算變壓器線圈匝數(shù)(1) 確定每伏圈數(shù)N0：根據

33、U4.44 fNm，已知鐵心截面積 S和磁通密度B,可求得線圈的每伏圈數(shù)N0：Nd = N/U = 1/ (4.44 f m = 1/ ( 4.44 f B mS) Bm (特斯拉)，S (平方米)Nd = 450000/ (BmS ) Bm (高斯)，S (平方厘米)鐵心的B值可以這樣選?。簾彳埞桎撈墓ぷ鞔磐芏菳一般取9000-12000高斯,冷軋硅鋼片的導磁性能比熱軋好，它的工作磁通密度 B取值范圍為12000-18000高斯。一般 鐵片取7000高斯。.(2 )初、次級繞組的計算：初級繞組N1= N)x Ui,N2n =1.05 XN0X U2n.次級繞組 N 2仁 1.05 X N

34、I0X U21,N22 =1.05 X Nox U22,考慮到負載時的壓降及損耗 ，次級繞組應增加5%勺匝數(shù)。4、計算變壓器繞組導線的規(guī)格根據各繞組的電流大小和選定的電流密度，可以得到各組繞組的導線直徑，導線直徑為:（一般電源變壓器的電流密度可以選用J=2-3安/毫米）。再根據導線直徑及變壓器的絕緣等級選擇合適的漆包線。5、選用合適的變壓器絕緣材料根據變壓器工作環(huán)境、溫升情況及耐壓要求選用合適的絕緣材料，絕緣材料的耐熱等級一般分為丫、A E、B F、H N C級，其與最高工作溫度的關系如表3-26所示。耐熱絕緣等級YAEBFHNC最咼工作溫度（C）90105120130155180200220

35、表 3-266、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況核算時除需要上述計算結果外，還要掌握層間絕緣、框架厚度和導線連同絕緣漆的直徑等。 一般層間絕緣用牛皮紙，其厚度為0.05 mm。對于線徑較粗的繞組，層間也可用0 .12 mm厚的青殼紙或較厚的牛皮紙；如線徑較細，可采用厚約0.020.03 mm的透明紙或塑料薄膜，線圈間的絕緣厚度在電壓不超過250 V時可采用23層牛皮紙或0.12 mm的青殼紙。因為線圈是繞在絕緣框架上的，所以鐵心窗口有效長度只能算0.9倍的額定長度，計算時先算出每層匝數(shù)，再算出每個線圈的厚度，最后算出總的厚度，看看窗口是否放得下，如果放不下，可以加大一號鐵心，如果太空，可以減小

36、一號鐵心。（1）根據選定的鐵心窗高 h計算每層可繞的匝數(shù) n:n i = 0.9 （ h-2毫米）/d ?（匝）d?-包括絕緣厚的導線外徑（毫米）0.9 考慮繞組框架兩端各空出約5%（2）每組繞組需繞的層數(shù) mi為：mi = N i /ni （層）N 繞組總匝數(shù)（3）每組繞組厚度 Bi為：Bi = m i （d' +3）+丫（毫米）3繞組層間絕緣的厚度（毫米）丫 -繞組間絕緣的厚度（毫米）（4）所有繞組的總厚度 B為：B =（ 1.1-1.2 ） （Bo+刀Bi）（毫米）B0繞組框架的厚度（毫米）（1.11.2）尺寸裕量顯然，若計算得到的繞組厚度B小于鐵心窗口寬度 C的話，這個設計是可

37、行的。在設計時，若遇到B>C的情況，有兩種解決辦法，一是加大鐵心疊厚，使所有繞組匝數(shù)降低，一般疊厚b=（12）a較為合適，但不能任意加厚。另一種方法就是加大鐵心尺寸，按上法核算直到合適為 止。近似核算：上述核算較繁瑣，一般小型變壓器可用以下近似核算：當初、次級繞組裸線截 面積乘以相應匝數(shù)，所得總面積占鐵心窗口面積的30%左右時，一般是能容納的下，也是比較適當?shù)?。需要說明的是，這里所講述的變壓器計算是近似計算，大家以后也可以根據自己的工作經 驗去簡化計算或查詢相關電工手冊去設計。五. 學生活動(一)小型電源變壓器簡單設計試設計一單相電源變壓器，規(guī)格要求如圖3-22所示，其中變壓器n =80

38、%。Etc 3U2=10VI2=O.5A 4U3=5V13=1 A圖 3-22其工作任務是：(1 )確定變壓器的鐵芯型號、規(guī)格；(2 )繞組導線的型號、規(guī)格及匝數(shù)；(3 )使用絕緣材料的情況。小型電源變壓器簡單設計：1、計算變壓器的額定功率(1 )計算輸出總功率P2 :輸出總功率 P2 = U2 X |2 + U3X |3 = 10W(2 )計算輸入功率 P1及輸入電流I1：輸入功率 P1 = P2/ n10/0.75 =13. 3W輸入電流 11 = 1.1X( P1/U1) = 1.1 X 13.3/220=0.0665A2、計算變壓器的鐵心規(guī)格(1 )確定鐵心截面積S:S-k V Pi

39、(cm2)=1.25 X 3.16=3.95(c m2)(2 )確定鐵心規(guī)格：查表3-22 GEI型鐵心數(shù)據，可選用 GEI16鐵心，aX b = 16 X 28。3、計算變壓器繞組匝數(shù)(1) 確定每伏匝數(shù)N0：N0 = 45000/ ( Bm X S) = 450000/ (11000 X 4.04 ) =10 匝/伏(2 )初、次級繞組匝數(shù)的計算：匝數(shù) N = N0X Ui=11X 220 = 2200 匝，次級繞組匝數(shù) 2= 1.05 X N0X U2 = 1.05 X 10X 10=105 匝，次級繞組匝數(shù) N3= 1.05 X N0X U3 = 1.05 X 10X 5=53 匝4、

40、計算變壓器繞組導線的規(guī)格(1 )計算導線直徑：初級繞組導線直徑 d1 =I i/J-0. 17毫米次級繞組導線直徑 d2 =1.13/=0.46毫米次級繞組導線直徑 d3 =h/J=0. 65毫米（2）查電工手冊漆包線規(guī)格表，可分別選用導線直徑為0. 17毫米、 0. 47毫米、 0. 67毫米的 Q2 型漆包線。5、選用合適的變壓器絕緣材料 對一般的小型電源變壓器，其工作環(huán)境、溫升情況無特殊要求，工作電壓為 220V ，其層間絕緣可用牛皮紙，其厚度為0.05 mm線圈間的絕緣可采用23層牛皮紙或0.12 mm的青殼紙。采用現(xiàn)成的16X 28線圈框架。6、核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況（ 1 ）根據選定的鐵心窗高 h 計算每層可繞的匝數(shù) ni ：n1 = 0.9X（ h-2 毫米 ）/d1?= 0.9X（28-2 ）/0.19 =123匝n2 = 0.9X（ h-2 毫米 ）/d2?= 0.9X（ 28-2 ）/0.5245匝n3 = 0.9X（ h-2 毫米 ）/d3?= 0.9X（ 28-2 ）/0.7232匝2） 每組繞組需繞的層數(shù)mi 為：M 1 = N1/n1 = 2200/123 = 18 （層）M2 = N2/n2 = 105/45 =