自耦变压器的简易设计(1)

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1、自耦变压器的简易设计自耦变压器的简易设计Du 1 自耦变压器的电原理 降压自耦变压器升压自耦变压器 自耦变压器是只有一个线圈的变压器 也叫单线圈变压器 自耦变压器可以分为升压变压器和降压变压器 电原理图如上所示 图中 c到b间是 输入和输出共用的绕组 称作公共绕组 在降压变压器中 电源输入电流I1流经a c b 而输出电流I2则流经b c 输入电流 I1和输出电流I2方向相反 同时流过公共绕组 假设公共绕组的电流为Ix 则有 Ix I2 I1 或 I2 Ix I1 自耦变压器的功率即是变压器输出的功率 Pz U2 I2 U2 Ix I1 U2 Ix U2 I1 Px Po 其中 Px U2 I

2、x是电源通过公共绕组耦合到输出的电磁功率 而 Po U2 I1是电源通 过非公共绕组传输给输出的功率 一般情况下 Pz称作自耦变压器的标称功率 Px称作自耦变压器的电磁功率 Po称 作自耦变压器的传输功率 设变压器的变压比 n U2 U1 则有 Px Pz 1 U2 U1 Pz 1 n 对于升压变压器 则有 Px Pz 1 U2 U1 Pz 1 1 n 变压器的铁心截面面积根据电磁功率 Px来确定 即 Se k Px Se cm2铁心截面面积 k 系数 根据功率的大小 由1 2到1 0或1 0以下 Px VA自耦变压器的电磁功率 在实际设计时 应考虑到变压器的效率 即 Se k Px 变压器效

3、率 变压器绕组匝数和线径的计算和一般变压器相同 升压变压器和降压变压器的分析相同 1 2009 12 20 U1 I1 I2 U2 Ix a c b 0 I1 I2 U2 U1 c a b Ix 2 自耦升压变压器计算 例 1 设计一升压自耦变压器 输入电压100V 电流频率50Hz 输出电压220V 输出电流1 5A 2 1 电原理图 2 2 计算 1 变压器功率 Pz I2 U2 1 5 220 330 VA 2 变压比 n U2 U1 220 100 2 2 3 电磁功率 Px Pz 1 1 n 330 1 1 2 2 180 4 变压器效率 93 5 选用EI铁心 截面面积为 取系数

4、k 1 0 Se k Px 1 0 180 0 93 0 5 14cm2 6 绕组每伏匝数 取 Bm 1 0T 则有 10 4 K f Bm SeT V Ts V变压器绕组的每伏匝数 10 4K 波形系数 交流 K 4 44 4 44 50 1 0 14f Hz电源频率 本例 f 50 3 22Ts V 7 变压器的绕组的总匝数 即U2的匝数 N2 T V U2 3 22 220 708 4Ts 8 输入绕组U1的匝数 即公共绕组的匝数 N1 T V U1 3 22 100 322 0Ts 9 公共绕组电流 Ix Px U1 180 0 93 100当J 2 00A mm2时 线径 1 94A

5、 x 2 Ix J 0 5 1 1mm 2 T V I1 Io 1 5A U2 220V Ix U1 100V 公共绕组 即Ix绕组 传输绕组 I2 10 变压器的输出电流 I2 Io 1 5 0 93当J 2 00A mm2时 线径 1 61A 2 2 I2 J 0 5 1 0mm 11 变压器的输入电流 I1 Pz U1 330 0 93 100 3 55A 12 绕组电原理示意图 Ns a c 1 0 386Ts Np a b 1 1 322Ts 3 自耦降压变压器计算 例 2 设计一降压自耦变压器 输入电压220V 电流频率50Hz 输出电压100V 输出电流3 0A 3 1 电原理图

6、 3 2 计算 1 变压器功率 Pz I2 U2 3 0 100 300 VA 2 变压比 n U2 U1 100 220 0 455 3 电磁功率 Px Pz 1 n 300 1 0 455 163 6 VA 4 变压器效率 93 5 选用EI铁心 截面面积为 取系数 k 1 0 Se k Px 1 0 163 6 0 93 0 5 13cm2 3 2 2 2 2 a b c b 3 55A 1 94A 1 61A I1 U1 220V Ix U2 100V 公共绕组 即Ix绕组 传输绕组 Io 3 0A I2 6 绕组每伏匝数 取 Bm 1 0T 则有 10 4 K f Bm SeT V

7、Ts V变压器绕组的每伏匝数 10 4K 波形系数 交流 K 4 44 4 44 50 1 0 13f Hz电源频率 本例 f 50 3 47Ts V 7 变压器的绕组的总匝数 即U2的匝数 N1 T V U1 3 47 220 763Ts 8 输出绕组U2的匝数 N2 T V U2 3 47 100 347Ts 9 公共绕组电流 Ix Px U1 163 6 0 93 100当J 2 00A mm2时 线径 1 76A x 2 Ix J 0 5 1 1mm 10 变压器的输出电流 I2 Io 3 0 0 93 3 23A 11 变压器的输入电流 I1 Pz U1 300 0 93 220当J

8、 2 00A mm2时 线径 1 47A 1 2 I2 J 0 5 1 0mm 12 绕组电原理示意图 Np a c 1 0 416Ts Ns c b 1 1 347Ts 注 1 自耦变压器输出的功率有一部分是由电源传输给输出的 因此使用的铁心较小 绕组 的线径也较细 省铁又省铜 成本低 2 自耦变压器只有一个线圈 输出负载和电源间有直接的电气连接 3 当取电流密度2 2 5A mm2时 常温环境下 变压器线圈的温度不高于65 4 可以用三个单相自耦变压器组成一个三相自耦变压器 或用三相铁心绕制三相自耦变 压器 计算方法相类 4 T V 2 2 2 2 a b c b 1 47A 1 76A

9、3 23A U2 U1 4 三相自耦升压变压器计算 例 3 设计一三相20KVA升压自耦变压器 输入电压220V 电流频率50Hz 输出电压380V 星形 连接 4 1 电原理图 由于是三相星形变压器 则有 相功率是变压器额定功率的三分之一 Pi 20000 3 VA 星形连接时 每相的绕组电压是相电 压的1 3 即 初级每相绕组电压 Vi 127 V 次级每相绕组电压 Vo 220 V E e是初次级的共同中性点 4 2 计算 变压器每相功率 Pz 6666 7 VA 每相绕组的变压比 n U2 U1 220 127 1 732 电磁功率 Px Pz 1 1 n 6666 7 1 1 1 7

10、32 VA 变压器效率 95 选用三相铁心 每相截面面积为 取系数 k 1 0 Se k Px 1 0 2817 7 0 95 0 5 54cm2 绕组每伏匝数 取 Bm 1 0T 则有 10 4 K f Bm SeT V Ts V变压器绕组的每伏匝数 10 4K 波形系数 交流 K 4 44 4 44 50 1 0 54f Hz电源频率 本例 f 50 0 834Ts V 变压器的绕组的总匝数 即U2 220V的匝数 N2 T V U1 0 834 220 184Ts 输入绕组的匝数 即U1 127V的匝数 N1 T V U2 0 834 127 106Ts 公共绕组电流当 J 2 20A

11、mm2 时 Ix Px U1导线面积 Aw 6 13mm2 2817 7 0 95 220 园线直径 x 2 Ix J 0 5 2 8mm 13 48A 或 扁线规格 a 2 0mm b 3 0mm 5 T V U V W u v w E e 380V 380V 380V 220V 220V 220V 入力出力侧 中性端 绕组电压127V 绕组电压220V 变压器的输出电流当 J 2 50A mm2 时 I2 Pi U2 导线面积 Aw 13 03mm2 6666 7 220 0 95 园线直径 x 2 Ix J 0 5 4 1mm 32 58A 或 扁线规格 a 2 0mm 变压器的输入电流

12、b 7 0mm I1 Pi U1 6666 7 127 0 95 55 26A 4 3 绕组电原理示意图 4 4 制作参考 铁心 由于可能没有合适可用的EI形三相铁心 建议采用剪切片叠制 Ae 54cm2 重量 51 4kg 6 U V W u v w E e 220V 220V 220V 入力 380V 380V 380V 出力侧 中性端 入力电流 IU 55 26A 出力电流 Iu 32 58A 传输绕组 U u 2 7 78Ts Iu 32 58A Ix 电源绕组 U E 2 8 106Ts Ix 13 48A 入力电流 IV 55 26A Ix 电源绕组 V E 2 8 106Ts I

13、x 13 48A Ix 电源绕组 W E 2 8 106Ts Ix 13 48A 入力电流 IW 55 26A 出力电流 Iv 32 58A 出力电流 Iw 32 58A 传输绕组 U v 2 7 78Ts I2 32 58A 传输绕组 U w 2 7 78Ts I2 32 58A 70 70 70 60 60 330 320 180 80 线圈 骨架 卷线 卷线开始前在卷筒上缠包绝缘纸 总厚约0 5mm 106Ts在卷筒左边进线 在右边开始卷绕 层间1层0 2或0 3绝缘 共绕2层 每层53匝 右边出线 卷完后缠包2层0 2或0 3绝缘 在右边同位置开始2 7卷线 层间1层0 2或0 3绝缘

14、 每层约21 22匝 共绕 4层 在对面的右边出线 卷完后缠包3层0 2或0 3绝缘 绕组的进出线加绝缘套管保护 绕组线包厚度约20mm 三个线包的S并接 即三相自耦变压器的中性端 每个绕组的F和S 并接 为每相的输入端 每个绕组的F 即每相的输出端 变压器 绝缘处理 浸漆 图中和下表数据仅供参考 变压器重量约 80kg 铁心 51 4 kg 2 82 14kg0 112 金具等 10 kg2 74 05kg0 042 7 每相导线 179 80 70 厚度 2mm S 2 8 106Ts 由此进线 到右侧开始卷线 每层 53匝 共2层 F 2 8 106Ts 的结束 S 2 7 78匝开始 每 层约21匝 共3层半 F 2 7 78匝的结束 在对面 U W V 390 入力侧 出力侧 210 320