变压器设计第一组.docx

小型单相变压器设计
小型单相变压器简介
变压器是通过电磁耦合关系传递电能的设备,用途可综述为:经济的输送电能、合理的分配电能、安全的使用电能。实际上,它在变压的同时还能改变电流,还可改变阻抗和相数。
。最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁心(构成磁路)和绕在铁心上的两个匝数不同、彼此绝缘的绕组(构成电路)构成。这类变压器在生活中的应用非常广泛。
一、变压器的工作原理
变压器的功能主要有:电压变换;阻抗变换;隔离;稳压(磁饱和变压器)等,变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。
变压器(transformer)是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。
变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组,如图(1)所示。一个绕组接电源,称为原绕组(一次绕组、初级),另一个接负载,称为副绕组(二次绕组、次级)。原绕组各量用下标1表示,副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为N1,副绕组匝数为N2。
图(1)变压器结构示意图
理想状况如下(不计电阻、铁耗和漏磁),原绕组加电压u1,产生电流i1,建立磁通φ,沿铁心闭合,分别在原副绕组中感应电动势e1和e2。
(1) 电压变换
当一次绕组两端加上交流电压u1时,绕组中通过交流电流i1,在铁心中将产生既与一次绕组交链,又与二次绕组交链的主磁通φ。


u1=-e1=N1×dφ/dt (1-1)
u2=-e2=N2×dφ/dt (1-2)
U1/U2=E1/E2=N1/N2=K (1-3)
U2=U1/k (1-4)
说明只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。
(2) 电流变换
变压器在工作时,二次电流I2的大小主要取决于负载阻抗模|Z1|的大小,而一次电流I1的大小则取决于I2的大小。
又因为:U1I1=U2I2 (1-5)
所以,I1=U2×I2/U1=I2/K (1-6)
说明变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。
小型变压器的原理:小型单相变压器一般是指工频小容量单相变压器。
二、变压器的基本结构
1、铁心:铁心是变压器磁路部分。为减少铁心内磁滞损耗涡流损耗,通常铁心用含硅量较高的、、表面涂有绝漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。
铁心分为铁柱和铁轭两部分,铁柱上套装有绕组线圈,铁轭则是作为闭合磁路之用,铁柱和铁轭同时作为变压器的机械构件。
铁心结构有两种基本形式:心式和壳式。
2、绕组:绕组是变压器的电路部分。一般采用绝缘纸包的铝线或铜线绕成。为了节省铜材,我国变压器线圈大部分是采用铝线。
图(2)
3、其它结构部件:储油柜、气体继电器、油箱。
图(3)单相心式变压器
1—铁柱;2—铁轭;3—高压线圈;4—低压线圈
三、设计内容
计算内容有四部分:额定容量的确定;铁心尺寸的选定;绕组的匝数与导线直径;绕组(线圈)排列及铁心尺寸的最后确定。
1、额定容量的确定
变压器的容量又称表现功率和视在功率,是指变压器二次侧输出的功率,通常用KVA表示。
(1) 二次侧总容量
小容量单相变压器二次侧为多绕组时,若不计算各个绕组的等效的阻抗及其负载阻抗的幅角的差别,可认为输出总视在功率为二次侧各绕组输出视在功率之代数和,即
S2=U2I2+U3I3+……+UnIn (3-1)
式中 S2——二次侧总容量(V·A);
U2,U3,……Un——二次侧各个绕组电压的有效值(V);
I2,I3,……In——二次侧各个绕组的负载电流有效值(A)。
(2) 一次绕组的容量
对于小容量变压器来说,我们不能就认为一次绕组的容量等于二次绕组的总容量,因为考虑到变压器中有损耗,所以一次绕组的容量应该为
S1=S2/η(单位为V·A) (3-2)
式中 S1——变压器的额定容量;
η——变压器的效率,~,表3-1 所给的数据是生产时间的统计数据,可供计算时初步选用。
变压器容量
S1V·A
磁通密度 Bm/×10T
效率η(%)
电流密度
j/(A/mm2)
铁心计算中的K0值
小于10
6000~7000
60~70
3~
2
10~50
7000~8000
70~80
~2
2~
50~100
8000~9000
80~85
~2
~
100~500
9000~11000
85~90
~
~
500~1000
11000~12000
90~92
~
~
表3-1 小容量变压器计算参考数据
(3) 变压器的额定容量
由