小型單相變壓器設(shè)計(jì)

1、遼寧工程技術(shù)高校 電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目： 小型單相變壓器設(shè)計(jì) 院（系、部）： 電氣與把握工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí)： 電力11-3班 姓 名：井元灝 學(xué) 號(hào)： 1111110305 指 導(dǎo) 教 師： 劉春喜 王繼強(qiáng) 李國(guó)華 榮德生日 期： 2013-6-28 電氣工程系課程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分模板課程設(shè)計(jì)成果評(píng)定表學(xué)期2012/2013第2學(xué)期姓名井元灝專業(yè)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化班級(jí)電力11-3班課程名稱 電機(jī)學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目 小型單相變壓器設(shè)計(jì) 成果 評(píng)分項(xiàng)目?jī)?yōu)良中及格不及格設(shè)計(jì)表現(xiàn)1.設(shè)計(jì)態(tài)度格外認(rèn)真認(rèn)真較認(rèn)真一般不認(rèn)真2.設(shè)計(jì)紀(jì)律嚴(yán)格遵守遵守基本遵守少量違反嚴(yán)峻違反3.獨(dú)立工作力量強(qiáng)較強(qiáng)能

2、獨(dú)立設(shè)計(jì)完成基本獨(dú)立設(shè)計(jì)完成不能獨(dú)立設(shè)計(jì)完成4.上交設(shè)計(jì)時(shí)間提早或按時(shí)按時(shí)遲交半天遲交一天遲交一天以上設(shè)計(jì)說(shuō)明書5.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)思路清楚，結(jié)構(gòu)方案良好，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容完整，結(jié)果正確設(shè)計(jì)思路清楚，結(jié)構(gòu)方案合理，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇正確，條理清楚，內(nèi)容較完整，極少量錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思路較清楚，結(jié)構(gòu)方案基本合理，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有少量錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思路基本清楚，結(jié)構(gòu)方案基本合理，設(shè)計(jì)參數(shù)選擇基本正確，調(diào)理清楚，內(nèi)容基本完整，有些錯(cuò)誤設(shè)計(jì)思路不清楚，結(jié)構(gòu)方案不合理，關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)選擇有錯(cuò)誤，調(diào)理清楚，內(nèi)容不完整，有明顯錯(cuò)誤6.設(shè)計(jì)書寫、字體、排版規(guī)范、潔凈、有條理，排版很好較規(guī)

3、范、潔凈、有條理，個(gè)別排版有問(wèn)題基本規(guī)范、潔凈、有條理，個(gè)別排版有問(wèn)題基本規(guī)范、潔凈、有條理，排版有問(wèn)題較多不規(guī)范、不潔凈、無(wú)條理，排版有問(wèn)題很大7.封面、名目、參考文獻(xiàn)完整較完整基本完整缺項(xiàng)較多不完整圖紙8.繪圖效果很精彩較精彩一般較差很差9.布局合理、美觀較合理基本合理有些混亂布局混亂10.繪圖工程標(biāo)準(zhǔn)符合標(biāo)準(zhǔn)較符合標(biāo)準(zhǔn)基本符合標(biāo)準(zhǔn)個(gè)別不符合標(biāo)準(zhǔn)完全不符合標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定說(shuō)明：不及格標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)內(nèi)容一項(xiàng)拒絕制，即5為不及格，整個(gè)設(shè)計(jì)不及格，其他4項(xiàng)拒絕；優(yōu)、良、中、及格標(biāo)準(zhǔn)：以設(shè)計(jì)內(nèi)容為主體，其他項(xiàng)超過(guò)三分之一為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，否則評(píng)定為下一等級(jí)；如優(yōu)秀評(píng)定，設(shè)計(jì)內(nèi)容要符合5，其余九項(xiàng)要有4項(xiàng)符合才能評(píng)定

4、為優(yōu)，否則評(píng)定為良好，以此類推。最終成果： 評(píng)定老師簽字：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目 小型單相變壓器的設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一臺(tái)小型單相變壓器，U1=220V，U2=380V，I2 =0.2A。說(shuō)明變壓器的原理，通過(guò)計(jì)算選擇合適的材料。三、設(shè)計(jì)方案 電機(jī)與拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)共計(jì)1周內(nèi)完成： 1、第12天查資料,生疏題目； 2、第35天方案分析,具體按步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)及整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 3、第6天預(yù)備答辯； 4、第7天答辯。四、設(shè)計(jì)要求 1、設(shè)計(jì)工作量為完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份； 2、設(shè)計(jì)必需依據(jù)進(jìn)度方案按期完成； 3、設(shè)計(jì)說(shuō)明書必需經(jīng)指導(dǎo)老師審查簽字方可答辯。指 導(dǎo) 老師：劉春喜 王繼強(qiáng) 李國(guó)華 榮德生教研室

5、主任：李洪珠時(shí) 間：2013年 6 月25日摘要變壓器是變換溝通電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)時(shí)級(jí)線圈中通有溝通電變壓器原理圖流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生溝通磁通，使次級(jí)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(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。在發(fā)電機(jī)中，不管是線圈運(yùn)動(dòng)通過(guò)磁場(chǎng)或磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)通過(guò)固定線圈，均能在線圈中感應(yīng)電勢(shì)，此兩種狀況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數(shù)量卻有變動(dòng)，這是互感應(yīng)的原理。變壓器就是一種利用電磁互感應(yīng)，變換電壓，電流和阻抗的器件。本文主要分析變壓器的工作原理，基本構(gòu)造，特點(diǎn)等問(wèn)題，主要介紹變壓器的設(shè)計(jì)。

6、名目一、變壓器的基本工作原理.6二、變壓器的部分結(jié)構(gòu)及組裝：.61.鐵心.6 2.繞組.6三、主要部分參數(shù)計(jì)算.81.容量的確定.82.鐵心尺寸的選定.93.繞組的計(jì)算.114.繞組排列.12四、例題.14五、結(jié)論.14參考文獻(xiàn).14 一、變壓器的基本工作原理變壓器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，如下圖。變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。這兩個(gè)繞組具有不同的匝數(shù)且相互絕緣，兩繞組組間只有磁的耦合而沒(méi)有電的聯(lián)系。其中，接于電源側(cè)的繞組稱為一次繞組;用于接負(fù)載的繞組稱為二側(cè)繞組。若將繞組1接到溝通電源上，繞組中便有溝通電流i1流過(guò)，在鐵心中產(chǎn)生與外加電壓相同頻率的且與一、二次繞組同時(shí)交鏈

7、的交變磁通，依據(jù)電磁感應(yīng)原理，分別在兩個(gè)繞組中感應(yīng)出同頻率的電動(dòng)勢(shì)e1和e2。e1=N1 e2=N2 式1中，N1為一次繞組匝數(shù)；N2為二次繞組匝數(shù)。若把負(fù)載接于繞組2，在電動(dòng)勢(shì)e2的作用下，就能向負(fù)載輸出電能，即電流將流過(guò)負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了電能的傳遞。由式1可知，一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小正與各自繞組的匝數(shù)，而繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又近似等于各自的電壓，因此，只要轉(zhuǎn)變繞組的匝數(shù)比，就能達(dá)到轉(zhuǎn)變電壓的目的，這就是變壓器的變壓原理 二、變壓器的部分結(jié)構(gòu)及組裝：1.鐵心 鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度為 0.35 或 0.5 mm， 表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼疊裝而成 鐵心分為鐵心

8、柱和鐵軛倆部分，鐵心柱套有繞組；鐵軛閉合磁路之用 鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種 心式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖2.繞組 繞組是變壓器的電路部分， 它是用紙包的絕緣扁線或圓線繞成 變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說(shuō)明其基本工作原理（如上圖）：當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓1時(shí)，流過(guò)電流1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢(shì)1，2，感應(yīng)電勢(shì)公式為：E=4.44fNm 式中：E-感應(yīng)電勢(shì)有效值 f-頻率 N-匝數(shù) m-主磁通最大值 由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢(shì)E1和E2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓1和2大小也就不同。 當(dāng)變壓

9、器二次側(cè)空載時(shí)，一次側(cè)僅流過(guò)主磁通的電流（0），這個(gè)電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過(guò)負(fù)載電流2時(shí)，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖轉(zhuǎn)變主磁通，但一次電壓不變時(shí)，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過(guò)兩部分電流，一部分為激磁電流0，一部分為用來(lái)平衡2，所以這部分電流隨著2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時(shí)，就是磁勢(shì)。 上述的平衡作用實(shí)質(zhì)上是磁勢(shì)平衡作用，變壓器就是通過(guò)磁勢(shì)平衡作用實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。 三、主要部分參數(shù)計(jì)算1.容量的確定1、二次側(cè)總?cè)萘啃∪萘繂蜗嘧儔浩鞫蝹?cè)為多繞組時(shí)，若不計(jì)各繞組等效阻抗及負(fù)載阻抗的幅角之差別。可以認(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 （1.31）式中

10、，, 二次側(cè)各繞組電壓的有效值（V）; ,-二次側(cè)各繞組的負(fù)載電流有效值（A）;設(shè)計(jì)計(jì)算：二次側(cè)容量為23.5W。2、一次側(cè)繞組的容量 對(duì)于小容量變壓器，不能認(rèn)為繞組的容量等于二次側(cè)繞組的總?cè)萘浚捎诳紤]到變壓器中有損耗，所以一次側(cè)繞組的容量應(yīng)為： （單位為VA） (1.3-2)式中 -變壓器的效率，約為0.8到0.9，設(shè)計(jì)計(jì)算：一次側(cè)繞組容量為29.4W，其中效率取80%。參看表A-1所給的數(shù)據(jù)是生產(chǎn)實(shí)踐的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。表格 1 小容量變壓器計(jì)算參考數(shù)據(jù)變壓器容量S/VA磁通密度/0.0001T效率（%）電流密度j/（A/m）鐵心計(jì)算中的K值小于1060007000607032.52105070

11、00800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1 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VA） (1.3-3) 設(shè)計(jì)計(jì)算：額定容量為26.44VA 4、一次電流的確定 I=(1.11.2) (1.3-4)式中1.1-1.2-考慮勵(lì)磁電流的閱歷系數(shù)，對(duì)容量很小的變壓器應(yīng)取大的系數(shù)。設(shè)計(jì)計(jì)算得： 1.1-1.2）=0.142.鐵心尺寸的選定 小容量變壓器鐵心形式多接受殼式，中間心柱上套放

12、繞組，鐵心的幾何尺寸如圖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(guān)，一般用下列閱歷公式計(jì)算（單位為） (1.3-5)式中 閱歷系數(shù)，可參考表A-2選用。計(jì)算心柱截面積后，就可確定心柱的寬度和厚度，依據(jù)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(shí)際厚度（cm）; 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削減所引起的。對(duì)于0.5mm厚、兩面涂漆的熱軋硅鋼片，=0.93; 對(duì)于0.35mm厚、兩面涂漆的冷軋硅鋼片，=0.91；對(duì)于0.35mm厚、兩面涂漆的冷軋硅鋼片，=0.92；對(duì)于0.35mm厚、不

13、涂漆的冷軋硅鋼片，=0.95。 按A的值，確定a和b的大小，答案是很多的，一般取=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(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)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=

14、32mm的硅鋼片，則 40.3mm取=48mm，硅鋼片尺寸，=1.31。由表A-2查得 C=14mm h=42mm A=84mm H=70mm3.繞組的計(jì)算繞組的計(jì)算內(nèi)容為確定各繞組匝數(shù)與導(dǎo)線直徑及選擇導(dǎo)線。計(jì)算每伏匝數(shù) 從變壓器的電動(dòng)勢(shì)公式E=4.44fN=4.44fNA;若頻率f=50Hz,可得出每伏的匝數(shù) = （A-7）式中 -心柱的磁通密度最大值，單位是特斯拉。對(duì)于一般的熱軋鋼片可參考表A-1選用。每伏匝數(shù) =5依據(jù)每伏匝數(shù)計(jì)算各繞組匝數(shù) 一次繞組 = 二次繞組 （1.051.10） （1.051.10） 設(shè)計(jì)計(jì)算：各繞組匝數(shù) =1100 1.05=56 1.05=405對(duì)于小容量變壓

15、器，應(yīng)考慮其內(nèi)部阻抗壓降，為使在額定負(fù)載時(shí)二次側(cè)有額定電壓，適當(dāng)?shù)卦黾佣蝹?cè)繞組的匝數(shù)，約增加5%-10%的匝數(shù)。計(jì)算繞組的導(dǎo)線直徑d及選擇導(dǎo)線 導(dǎo)線截面積 （單位為m） (A-9)導(dǎo)線直徑 （單位為m） (A-10) 按各繞組的負(fù)載電流，選擇導(dǎo)線截面，如選得小，則電流密度大，可節(jié)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，依據(jù)實(shí)踐閱歷，一般選用j=2-3A/m，短時(shí)工作變壓器取j=4-5A/m.按計(jì)算所得導(dǎo)線截面積和直徑，查表A-3。選取相近截面的導(dǎo)線直徑d，再由表A-4查得帶絕緣的線徑.表A-3 圓導(dǎo)線規(guī)格裸線直徑d/截面積A/m裸線直徑d/截面積A

16、/m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(dǎo)線品種高強(qiáng)度聚酯漆包線QZ0.030.040.05設(shè)計(jì)計(jì)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。4.繞組排列 繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線直徑確定之后，可作繞組排列。繞組每層匝數(shù)為 (A-11)式中 -絕緣導(dǎo)線外徑（）； -鐵心窗高（）； 0.9-考慮繞組框架兩端厚度的系數(shù)； -考慮裕度的系數(shù)。 各繞組所需層數(shù)為 (A-12

17、)各繞組厚度為 + (A-13)式中 -層間絕緣厚度（），導(dǎo)線較細(xì)（0.2以下），用一層厚度為白玻璃紙，導(dǎo)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(dǎo)線，可用厚度為0.12的青殼紙；-繞組的絕緣厚度（），當(dāng)電壓不超過(guò)500V時(shí)，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(shù)。 + + + +繞組的總厚度 計(jì)算所得的繞組總厚度t必需略小于鐵心窗口寬度，若，可加大鐵心疊裝厚度，削減繞組匝數(shù)或重選鋼片尺寸，按上述步驟重復(fù)計(jì)算和核算，至合適時(shí)為止。設(shè)計(jì)計(jì)算：各繞組沒(méi)層匝數(shù)分別為138、166、115。各繞組所需層數(shù)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(shè)計(jì)數(shù)據(jù)合理，方案可行。4、 例題1 2 五.結(jié)論 通過(guò)對(duì)變壓器設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)，我們知道了變壓器的工作原理，還有變壓器的組成和原件選擇，同時(shí)我們還知道了變壓器的計(jì)算。對(duì)于小型變壓器，缺點(diǎn)較多，所以只是用于小范圍使用。更加鞏固了我們的學(xué)習(xí)，讓理論和實(shí)踐相結(jié)合，同