《電機(jī)與拖動(dòng)》課程設(shè)計(jì)_小型單相變壓器設(shè)計(jì)[文檔在線提供][1]要點(diǎn)

小型單相變壓器設(shè)計(jì)小型單相變壓器設(shè)計(jì)小型單相變壓器簡介變壓器是通過電磁耦合關(guān)系傳遞電能的設(shè)備，用途可綜述為：經(jīng)濟(jì)的輸送電能、合理 的分配電能、安全的使用電能。實(shí)際上，它在變壓的同時(shí)還能改變電流，還可改變阻抗和 相數(shù)。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(gè)閉合 的鐵心（構(gòu)成磁路）和繞在鐵心上的兩個(gè)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。一、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 電壓的交流電的能量的變換裝備。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，如圖（1）所示。一個(gè)繞組接電源，稱為原繞組（一次繞組、初級(jí)），另一個(gè)接負(fù)載，稱為副繞組（二次繞組、次級(jí)） 原繞組各量用下標(biāo)1表示，副繞組各量用下標(biāo)2表示。原繞組匝數(shù)為N1,副繞組匝數(shù)為N213圖（1）變壓器結(jié)構(gòu)示意圖理想狀況如下（不計(jì)電阻、鐵耗和漏磁），原繞組加電壓u1 ,產(chǎn)生電流i1,建立磁通 , 沿鐵心閉合，分別在原副繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 3和e2。（1）電壓變換當(dāng)一次繞組兩端加上交流電壓u1時(shí)，繞組中通過交流電流 匕 在鐵心中將產(chǎn)生既與 次繞組交鏈，又與二次繞組交鏈的主磁通中。（1-1）(1-2)(1-3)(1-4)說明只要改變?cè)?、副繞組的匝數(shù)比，就能按要求改變電壓。(2)電流變換變壓器在工作時(shí)，二次電流I2的大小主要取決于負(fù)載阻抗模|乙|的大小，而一次電流 11的大小則取決于I2的大小。(1-5)IiU2U7(1-6)又 U1I1 =U2I2說明變壓器在改變電壓的同時(shí)，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二、變壓器的基本結(jié)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。鐵心分為鐵柱和鐵腕兩部分，鐵柱上套裝有繞組線圈，鐵腕則是作為閉合磁路之用， 鐵柱和鐵腕同時(shí)作為變壓器的機(jī)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。V圖(2)3、其它結(jié)構(gòu)部件：儲(chǔ)油柜、氣體繼電器、油箱。事三三三圖（3）單相心式變壓器1一鐵柱；2鐵腕；3高壓線圈；4低壓線圈三、設(shè)計(jì)內(nèi)容計(jì)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)線直徑；繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定。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。（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)算各個(gè)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S2MI2 U3I3 UnIn(3-1)式中S2 二次側(cè)總?cè)萘浚╒-AU 2, U 3,U n 二次側(cè)各個(gè)繞組電壓的有效值（V ；I 2 , I 3,I n二次側(cè)各個(gè)繞組的負(fù)載電流有效值（A）。（2） 一次繞組的容量對(duì)于小容量變壓器來說，我們不能就認(rèn)為一次繞組的容量等于二次繞組的總?cè)萘浚?為考慮到變壓器中有損耗，所以一次繞組的容量應(yīng)該為S2S1="（單位為 V A）（3-2）式中S1變壓器的額定容量;變壓器的效率，約為0.80.9 ,表3-1所給的數(shù)據(jù)是生產(chǎn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可供計(jì)算時(shí)初步選用。表3-1小容量變壓器計(jì)算參考數(shù)據(jù)變壓器容量Sv a磁通密度Bm j X10T效率”(為電流密度j/(A mm2)鐵心計(jì)算中的K0值小于1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000110001200090921.51.21.251.1(3)變壓器的額定容量由于本次設(shè)計(jì)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，S=-* (S1+S2)(單位為 V-A)2(3-3)(4) 一次電流的確定S(3-4)I1 =(1.11.2)3 Ui式中(1.11.2)考慮勵(lì)磁電流的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)容量很小的變壓器應(yīng)取大的系數(shù)。2、鐵心尺寸的選定(1)計(jì)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腕，為了減少磁路中不必要的氣隙， 變壓器鐵心在疊裝時(shí)相臨兩層硅鋼片的接縫要相互錯(cuò)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）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(yàn)公式計(jì)算（單位為cmA = Ko SA鐵心柱的凈面積，單位為 cm2K 0 截面計(jì)算系數(shù)，與變壓器額定容量（3-5）Sn有關(guān)，按表3-2選取，當(dāng)采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片時(shí)K0可取小些截面積計(jì)算系數(shù) K0表3-2截面積計(jì)算系數(shù) K0的估算值算 積心ASnNA<10105050100100500500確士 止K021.75 1.51.35 1.25 寬 根度 據(jù)1.751.51.351.251.0A = ab = ab Kc(3-6)計(jì) 柱截面 后，就可 心柱的 和厚度， 圖3可知式中a心柱白寬度（mm；b心柱的凈疊厚（mm； b 心柱的實(shí)際厚度（mm；K c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(duì)于0.5mm厚，兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，K c=0.93 ;對(duì)于0.35mm厚兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片，Kc =0.91 ；對(duì)于0.35mm厚，不涂漆的冷軋鋼片，Kc=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achAH40137.522506066758496 114 132 150 1683416924401910.53050221133552512.537.562.52814427032164880381957954422661105025751255828841406432961921603、繞組的匝數(shù)與導(dǎo)線直徑(1)計(jì)算每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù)從變壓器的電勢(shì)公式E=4.44fNBmA,若頻率f=50Hz,可得出每伏所需的匝數(shù)N _108_ 4.5 103(3-7)N0=E=4.44fBmA = BmA式中N0 對(duì)應(yīng)于每伏電壓的匝數(shù)，單位：匝 /VB m鐵心柱內(nèi)工作磁密最大值，單位： TA鐵心柱截面積，單位：cm2當(dāng)鐵心材料國熱軋硅鋼片時(shí)，取 Bm=1.01.2T ;采用冷軋硅鋼片時(shí)，可取 Bm=1.21.5T 然后根據(jù)N和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)N1 = N0U1(3-8)N2 =(1.051.10)N0U2(3-9)(3-10)N3=(1.05T.10)N0U3式中N、NN各線圈的匝數(shù)。為補(bǔ)償負(fù)載時(shí)漏阻抗壓降，副邊各線圈的匝數(shù)均增加了5%10%(2)計(jì)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QQS)繞制。為限制銅損耗及發(fā)熱，按 各個(gè)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(shí)踐經(jīng) 驗(yàn)，通過導(dǎo)線的電流密度J不能過大，對(duì)于一般的空氣自然冷卻工作條件，J=23A/mmi對(duì)于連續(xù)工作時(shí)可取J=2.5A/mni導(dǎo)線的截面積：Ac=I/j.d =導(dǎo)線的直徑：4 J I1.13 mm 一1 j - j =0.715I導(dǎo)線直徑可根據(jù)工作電流計(jì)算 ，式中：d 一原、副邊各線圈導(dǎo)線直徑，單位： mmI 一原、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(cè)或表 3-4選取相近的標(biāo)準(zhǔn)線徑。當(dāng)線圈電流大于 10A時(shí)，可采 用多根導(dǎo)線并聯(lián)或選用扁銅線。Nc0.9h -(2 4)d(3-11)表3-4導(dǎo)線材料的選取 螺、 線導(dǎo) 直線、徑品 種0.060.140.150.210.23 0.330.350.490.510.620.640.720.740.961.01.741.812.022.12.44高強(qiáng)度聚酯漆包線0.030.040.050.060.070.080.090.110.120.13硅啟機(jī)單玻璃絲包 線一一一0.200.220.220.24硅啟機(jī)雙玻璃絲包 線一一一0.250.270.270.284、繞組（線圈）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)為式中 d 絕緣導(dǎo)線外徑（mrm;h鐵心窗高（mrm；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Nm 二一(3-12)(3-13)Nc各繞組厚度為tiJi=1,2,n式中 燈層間絕緣厚度（mm,導(dǎo)線較細(xì)（0.2mm以下），用一層厚度為0.020.04mm 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；繞組間的絕緣厚度(mm,當(dāng)電壓不超過500V時(shí)，可用23層電纜紙夾12層黃蠟布等。繞組總厚度為t =(t t1 <2 tn) MTZ(3-14)式中 t。一一繞組框架的厚度(mm；1.1 1.2 考慮裕度的系數(shù)。計(jì)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(shù)或重選硅鋼片的尺寸，按上述步驟重復(fù)計(jì)算和核算，至合適時(shí)為止。實(shí)例計(jì)算>1N I、 1四， U如上圖所示，取 U1 =22CV U2 -300V U3 =50V12 -0.2A I3 =0.1A計(jì)算變壓器的主要參數(shù)，并選擇可行的材料。解：1、計(jì)算變壓器的額定容量Sn1)計(jì)算副邊的容量：S2=U2 I 2 + U 3 I 3=300*0.2+50*0.1=65( V- A)2 )計(jì)算原邊的容量：=$2/4根據(jù)表1:小型單相變壓器的效率”的估算值可以取“=0.82因止匕，S1 = S2/4=65/0.82=79.3( V - A)3 )計(jì)算變壓器的額定容量Sn=1/2 (S+&) =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- A2、鐵心尺寸的選定1)計(jì)算鐵心截面積AA= k 0 回根據(jù)表2.截面積計(jì)算系數(shù)K0的估算值可以取K0=1.40因此，A= K 0%SN =1.40 775=12.1 （cm2）2）鐵心中柱寬度a與鐵心疊厚b的計(jì)算根據(jù)表3.參數(shù)a、b的選取可以近似取a=28mm 因止匕，b=110F/a=110*12.1/28=47.5 mm.止匕時(shí)b/a=47.5/28=1.7 滿足b=（1.22）a的通常要求3、計(jì)算繞組線圈匝數(shù)1034.44fBm1 ）求出每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù)4500001A=3.4 (匝/V)ABm式中的Bm=1.1T （鐵心材料國熱軋硅鋼片）2）根據(jù)N。和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)N =N0U1=3.4*220=748刈二(1.051.10 ) No U2=1.10*3.4*300=1122N3= (1.051.10 ) No U3=1.10*3.4*50=1874、計(jì)算導(dǎo)線直徑d導(dǎo)線的截面積：Ac=I/j.SIi =(1.1 1.2) Ui=1.15*79.3/220=0.415(A)2Ac1=0.415/2.5=0.17 mm=0.715 1 =0.46 mm同理：Ac2=0.08 mm2d2=0.32 mm2QZ0.06副邊的材料為高強(qiáng)度Ac3=0.04 mmd3=0.23 mm根據(jù)所求解的數(shù)據(jù)：可以取原邊的材料為高強(qiáng)度聚酯包線聚酯包線QZ0.05五、結(jié)論在本次的課程設(shè)計(jì)也是以電機(jī)與拖動(dòng)我們的教材為主線，我們基本能按照設(shè)計(jì)任 務(wù)書、指導(dǎo)書、技術(shù)條件的要求進(jìn)行。通過上面的設(shè)計(jì)可知：一般的小容量單相變壓器的計(jì)算內(nèi)容有四種部分：容量的確定； 鐵心尺寸的確定；繞組的計(jì)算；繞組排列及鐵心尺寸的最后確定。變壓器的效率80%90% 對(duì)小容量變壓器應(yīng)考慮內(nèi)部壓降，為使在額定負(fù)載時(shí)二次側(cè)有額定電壓應(yīng)適當(dāng)?shù)脑黾佣?側(cè)繞組匝數(shù)，約增加5%10%j匝數(shù)。通過銅損的測定可知，小型變壓器的的質(zhì)量可以從他的空載損耗和短路損耗判斷出 來，越小越好，同時(shí)工作溫度也會(huì)低，并有很好的負(fù)載，通過空載電流的測定，鐵損較大的變壓器，發(fā)熱量大，安培匝數(shù)設(shè)計(jì)要是不合理，空載電流會(huì)大增，就會(huì)造成溫升增大， 有損壽命。單相變壓器是具有兩個(gè)線圈的變壓結(jié)構(gòu)：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(lián)系兩個(gè)貼心柱的部分。2變壓器繞組構(gòu)成設(shè)備的內(nèi)部電路，它與外界的電網(wǎng)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。六、心得體會(huì)一周的時(shí)間很快就要過去了，本次的課程設(shè)計(jì)我是以電機(jī)與拖動(dòng)教材為主要參考 主線，我基本能按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，參考了大量的復(fù)習(xí)資料，用大量的時(shí)間圖書館中查閱 資料。在設(shè)計(jì)過程中我認(rèn)真理解并掌握了每一個(gè)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，就是在掌握這些知識(shí)點(diǎn)的前提 下，我才能有這個(gè)規(guī)范的設(shè)計(jì)。在此次的設(shè)計(jì)中，我感受了同學(xué)們認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)的態(tài) 度和熱情。設(shè)計(jì)中，同學(xué)們積極交流，找出設(shè)計(jì)中的不足，完善提高自己的作品質(zhì)量。從 無形之中增加了同學(xué)們之間的凝聚力。 大家積極合作，共同提高。在做課程設(shè)計(jì)的過程中, 我感到自己學(xué)到的知識(shí)十分有限，所以查閱了大量書籍，通過這次書記的學(xué)習(xí)，我的知識(shí) 增長了很多。更深刻地了解有關(guān)變壓器的知識(shí)，同時(shí)也弄明白了以前不明白的知識(shí)點(diǎn)。通過本次課程設(shè)計(jì)我掌握了查閱資料的本領(lǐng)，在編輯公式與排版過程中大量應(yīng)用了計(jì) 算機(jī)文化基礎(chǔ)知識(shí)，我也系統(tǒng)的對(duì)起進(jìn)行了學(xué)習(xí)。另外，在本次設(shè)計(jì)過程在中，我深深的 感受到合作在工作中的作用。這次課程設(shè)計(jì)使我受益匪淺，讓我認(rèn)識(shí)到了自己還要學(xué)的東西還有很多，比如實(shí)踐的 重要性，培養(yǎng)了我們的探究能力。七、主要參考文獻(xiàn)1.2.李海發(fā)編著。唐介編著。4.5.3.許實(shí)章主編。 湯蘊(yùn)珍等編。 周勵(lì)志編。電機(jī)學(xué)。北京：科學(xué)出版社，2001年電機(jī)與拖動(dòng)。北京：高等教育出版社，2003年電機(jī)學(xué)（下冊(cè)）（第2版）。北京：L機(jī)械工業(yè)出版社，1990年電機(jī)學(xué)。西安：西安交通大學(xué)出版社，1993年實(shí)用電工計(jì)算手冊(cè)。遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1990年