小型单相变压器设计与相关计算.docx

小型单相变压器设计1、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小型变压器指的是容量1000V.A以下的变压器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1.1变压器的基本结构1、1、1主要组成（1） 铁心为了减少铁损耗，变压器的贴心是用彼此绝缘的硅钢片叠成或非晶体片 制成其中套有绕组的部分称为铁心柱，连接铁心柱的部分称为铁轭，为了 减少磁路中不必要的气隙，乡邻两层硅钢片的接缝要相互错开2） 绕组变压器的绕组用绝缘导线或扁导线绕成，实际变压器的高，低压绕组并 不是分装在两个铁心'柱上，而是同心地套在同一个铁心柱上的为了绝缘的 方便，通常低压绕组在里面，靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面3） 其他除铁心和绕组外，因容量和冷却方式的不同，还需要增加一些其他部件， 例如外油绝缘套等等1、 1、2主要类型按相数的不同，变压器可分为单向相变压器和三相变压器等按每相绕组数量的不同，变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、 多绕组变压器和自耦变压器等。

按结构形式的不同，变压器可分为心式和壳式两种心式变压器的特点 是绕组包围着铁心脆变压器用铁量较少，构造简单，绕组的安装和绝缘比 较容易，多用于容量较大的变压器中壳式变压器的特点是铁心包围绕组 脆变压器用铜量少，多用于小容量变压器中2、 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 原绕组匝数为吐，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"1，产生电流＜, 建立磁通*，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势e 和e 11 2当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（们），这个电流称 为激磁电流当二次侧加负载流过负载电流i2时，也在铁芯中产生磁通，力 图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部 分电流，一部分为激磁电流10, 一部分为用来平衡［2,所以这部分电流随着 12变化而变化。

当电流乘以匝数时，就是磁势上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实 现了一、二次侧的能量传递2、1电压变换当一次绕组两端加上交流电压"1时，绕组中通过交流电流〈，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©1-1)dt(1-2)U. 瓦，虬2 J 」 ()(1-3)(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、2电流变换变压器在工作时，二次电流、的大小主要取决于负载阻抗模|彳|的大小，而一次电流〈 的大小则取决于12的大小U aI（1-5）（1-6）说明变压器在改变电压的同时，亦能改变电流2.3阻抗变换变压器的二次绕组接有阻抗模|ZL|的负载时，若忽略^，22和I0，则|Z | = U/I =U / （K *1 ）L 2’ 2 1 2 17U1与I1之比相当于从变压器一次绕组看进去的等效电阻模|Ze| = k2|Zl|可见，当负载直接接电源时，电源的负载阻抗模为|ZL|，通过变压器接电 源时，相当于将组抗模增加到|ZL|的k2倍，在电子技术中经常利用变压器的这 一阻抗变换作用来实现“组抗匹配”2、 4电压比N1——一次侧绕组的匝数；N2——二次侧绕组的匝数。

Ui〜珀 N] -S〜£广M - ％当N1>N2时，Ku>l,此时U1>U2.这时的变压器称为降压变压器当N1

3、1、3确定变压器的额定容量变压器的二次容量为S2 = U2【2 + Ug + …+ VJn式中S2——变压器二次容量，VA :U2、U3、...Un——二次各绕组电压有效值，v；I2、I3、...In——二次仍各绕组电流有效值.A变压器在传递功率过程中，本身存在着铁损和铜损，故一次容量比二次 容量大式中n——变压器的效率门总是小于1,变压器的容量越小，n也越小，v的数值见表1:表1:小容量变压器效率值二次容量小于1010-3030-期50^200400 以±§ 1g(VA)(VA)

3-5）A K奇0A——铁心柱的净面积，单位为cm2K0——截面计算系数，与变压器额定容量，有关，按表3-2选取，当 采用优质冷轧硅钢片时K 0可取小些截面积计算系数K 0表3-2截面积计算系数K0的估算值S. /VA<1010~5050 ~ 100100 ~ 500>500K02~1.751.75~1.51.5~1.351.35~1.251.25~1.0计算心柱截面积A后，就可确定心柱的宽度和厚度，根据图3可知A = ab = abK （ 3-6）式中 a 心柱的宽度（mm）;b 心柱的净叠厚（mm）; b 心柱的实际厚度（mm）;Kc——叠片系数，是考虑到铁心叠片间的绝缘所占空间引起铁心 面积的减小所引入的对于 0.5mm厚，两面涂漆绝缘的热轧硅钢片， Kc =0.93 ；对于0.35mm厚两面涂漆绝缘的热轧硅钢片，K =0.91 ；对于 0.35mm厚，不涂漆的冷轧钢片，K =0.95O按A的值，确定a和b的大小，答案是很多的，一般取b=（1.2~2.0）a ,, 并尽可能选用通用的硅钢片尺寸表3-3列出了通用的小型变压器硅钢片尺 寸表3-3小型变压器通用的硅钢片尺寸achAH137.52240341692450401910.530605022113366552512.537.57562.528144284703216489680381957114954422661321105025751501255828841681406432961921603、3绕组的匝数与导线直径.3、3、1计算每个绕组的匝数设Ni表示变压器每感应1V电动势所需绕的匝数，即N = N _ 明L E _ 4,447BmA关于Bm值，不同的硅钢片是不一样的，当变压器容量在100vA以下，通常冷轧硅钢片DW240—35、DW265—35的Bm取1.0—1.2T ;当变压器 容量为100 一 1000VA时，Bm可取1.2—1.5T。

当变压器容量在100vA以 下，热轧硅钢片 DR320-35、DR280-35、DR360-50、DR315-5的 Bm 取 0.8—1.0T ；当变压器容量为 100—1000VA 时,Bm 取 1.0 — 1.2T如果不知道硅钢片的牌号，按经验可以将硅钢片扭一扭如硅钢片薄而脆， 则磁性能较好（俗称高硅）,Bm可取得大些；若硅钢片厚而软，则磁性能较差 （俗称低硅），Bm值可取得小些一般Bm可取在0.7—1.0T之间设计时二次侧的绕组应增加5%的匝数，以便补偿负载时的电压降3、3、2计算导线直径d小型变压器的线圈多采用漆包圆铜线（QZ型或型）绕制为限制铜损 耗及发热，按各个绕组的负载电流，选择导线截面，如选的小，则电流密度 大，可节省材料，但铜耗增加，温升增高小容量变压器是自然冷却的干式 变压器，容许电流密度较低，根据实践经验，通过导线的电流密度J不能过大， 对于一般的空气自然冷却工作条件，J = 2—3A/mm2对于连续工作时可取J=2.5A/mm2导线的截面积：Ac=I/j.导线的直径：d = f《mm =0.715或导线直径可根据工作电流计算，式中：d 一原、副边各线圈导线直径，单 位：mm ；I 一原、副边各线圈中的工作电流， 单位：A；根据算出的直径查电工手册或表3-4选取相近的标准线径。

当线圈电流大于 10A时，可采用多根导线并联或选用扁铜线表3-4导线材料的选取、螺\线导 、直/线、径品 、种 \0.06-。