小型变压器课程设计

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1、辽宁工程技术大学电机学课程设计设 计 题 目： 小型单相变压器设计院（系、部）：专 业 班 级：姓名：学号：指 导 教 师：日期： 2013-6-28 电气工程系课程设计标准评分模板课程设计成绩评定表学期2012/2013第 2 学期姓名专业班级课程名称电机学课程设计设计题目小型单相变压器设计成绩评分项目优良中及格不及格设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反3.独立工作能力强较强能 独 立 设 计 完成基本独立设计完成不 能 独 立 设 计完成4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天迟交一天以上设计说明书5.设计内容设计思路清晰，

2、结构方案良好，设 计 参 数 选 择正 确 ， 条 理 清楚，内容完整，结果正确设计思路清晰，结构方案合理，设 计 参 数 选 择正 确 ， 条 理 清楚 ， 内 容 较 完整，极少量错误设 计 思 路 较 清晰，结构方案基本合理，设计参数 选 择 基 本 正确，调理清楚，内容基本完整，有少量错误设计思路基本清晰，结构方案基本合理，设计参数 选 择 基 本 正确，调理清楚，内容基本完整，有些错误设 计 思 路 不 清晰，结构方案不合理，关键设计参 数 选 择 有 错误，调理清楚，内容不完整， 有明显错误6. 设 计 书 写 、 字体、排版规范、整洁、 有条理，排版很好较规范、整洁、有条理，个别

3、排版有问题基 本 规 范 、 整洁、有条理， 个别排版有问题基本规范、整洁、有条理，排版有问题较多不 规 范 、 不 整洁、无条理， 排版有问题很大7.封面、目录、参考文献完整较完整基本完整缺项较多不完整图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱10.绘图工程标准符合标准较符合标准基本符合标准个别不符合标准完 全 不 符 合 标准评定说明：不及格标准：设计内容一项否决制，即5 为不及格，整个设计不及格，其他4 项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有

4、4 项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。最终成绩：评定教师签字：课程设计任务书一、设计题目 小型单相变压器的设计二、设计任务 设计一台小型单相变压器，U1=220V，U2=380V，I2 =0.2A。说明变压器的原理，通 过计算选择合适的材料。三、设计计划 电机与拖动课程设计共计1 周内完成：1、第 12 天查资料 , 熟悉题目；2、第 35 天方案分析 , 具体按步骤进行设计及整理设计说明书；3、第 6 天准备答辩；4、第 7 天答辩。四、设计要求1、设计工作量为完成设计说明书一份；2、设计必须根据进度计划按期完成；3、设计说明书必须经指导教师审查签字方可答辩。指 导 教师： 教研

5、室主任： 时间：2013 年 6 月 28 日摘要 电，现今社会已经近乎于主导地位的洁净能源，还在继续提高着自己的位置。围绕着它所展开的学术研究也一天天的多了起来，针对着世界能源紧缺这个不可回避的问题，人们把希望寄托到了电的身上。它的产生方式很多，这就为它能多方式的产生打下了基础，如水能、风能等不好利用的能源，都能被合理的转化成电能，可见电的发展前景是很广阔的。发电、变电、用电，很多课题都已经大规模的展开，变压器也是其中一门很重要的学科。变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器就是一

6、种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。目录一变压器的工作原理. 6 二变压器的组成. 6 （三）其他部分. 8 三变压器主要参数的计算. 9 （一）、容量的确定. 9 （二）、铁心尺寸的选定. 10 （三）、绕组的计算. 12 （四）、绕组排列. 13 （五）、安全性和稳定性. 14 四、例题 . 15 五、结论 . 17 参考文献 . 18 一变压器的工作原理当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1 并产生交变磁 通 1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感 电势 U2 ，同时 1 也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1

7、的方向与所加电压U1方 向相反而幅度相近，从而限制了I1 的大小。为了保持磁通1 的存在就需要有一定的电 能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定 的电流，这个电流我们称为“空载电流”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2 ，并因此而产生磁通2，2 的方向与 1 相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1 减 少，其结果使I1 增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1 增加， 1 也增加，并且1 增加部分正好补充了被2 所抵消的那部分磁通，以保持铁 芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可

8、以认为一个理想的变压器次级负载消耗 的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改 变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。二变压器的组成（一）铁心1铁心的作用和形式铁心是变压器的基本部件，由磁导体和夹紧装置组成，所以它 有两个作用。 在原理上，铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电能转为磁能，又由自己 的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介， 磁导体是铁心的主体。在结构上， 铁心的夹紧装置不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的线 圈，支持着引线，几乎安装了变压器内部的所有部件，所以它又是变压器的骨架。 铁心的重量在变压器

9、各部件中占有绝对的优势，在干式变压器中占总重量的60左右，在 油浸式变压器中由于有变压器油和油箱，重量的比例才下降约占40。 变压器的铁心（即磁导体）是框形闭合结构。其中，套线圈的部分称心柱，不套线圈 只起闭合磁路的部分称铁扼。 铁心分为两大类，不套线圈只起闭合磁路的部分称铁扼。 铁心分为两大类，壳式铁心和心式铁心。铁扼包围了线圈的称为壳式铁心，否则称心 式铁心，由带状硅钢片卷绕而成的称卷铁心。 壳式铁心一般是水平放置的，心柱截面为矩形，每相有两个旁扼，壳式铁心的优点是 铁心片规格少， 心柱截面大而长度短， 夹紧和固定方便， 漏磁通有闭合回路， 附加损耗小， 易于油对流散热。缺点是线圈为矩形，

10、工艺特殊，绝缘结构复杂，短路能力差，尤其是硅 钢片用量多。 心式铁心的优缺点正好与壳式相反，壳式和心式两种结构各有特色， 很难断定其劣式。 但由其绝缘所决定的制造工艺则大有区别，一旦选定了某一种结构，就很难转而生产另一 种结构。正由于这个原因，国内都采用心式铁心，只有在小容量的单相变压器及特殊用途 的变压器中采用壳式铁心。心式铁心一般有单相二柱式，单相单柱旁扼式叠铁心。单相二柱旁扼式叠铁心（四柱铁心） （C）, 三相三柱（ B） ，三相五柱式（ C）派生出的还有，辐射式， Y型，卷铁心等。2 铁心用硅钢片 铁心用材质是电工硅钢片是在炼刚时加入（35）左右的硅，从而提高了钢片的 导磁率和电阻率，

11、减少了钢片中的磁滞损耗和涡流损耗，这种材料由于软磁特性好而用于 电工产品中，所以称为硅钢片。 硅钢片表面具有双面耐热绝缘层，多采用磷酸盐涂层，每层厚度不超过3-4um，即使 经退火处理，绝缘膜仍不致破坏，在压力为5kg/cm2 的情况下，双面绝缘层表面电阻不 小于 7052cm2对变压器铁心做片间绝缘不需再另涂绝缘层。此绝缘膜为透明的灰色。 硅钢片的厚度一般为0.28-0.5mm 或更薄一些（ 0.23，0.27）我国冷扎硅钢片的厚度一般 为 0.35，0.3 和 0.27mm三种，0.3mm用的比较普遍，做薄的目的是为了限制硅钢片的涡流 损耗。此外，硅钢片的涡流也产生磁场，这种磁场要减弱主磁

12、场，硅钢片边缘的涡流磁场 较中间弱，因此造成磁通绝大部分沿表面通过，片中间部分实际上不起导磁的作用，因此 硅钢片越薄电磁性能越好，但太薄时，在相同铁心柱直径情况下，铁心叠片系数减小，有 效截面积相应降低， 空载损耗增大， 此外铁心制造时片数增多， 工时增加， 经济效果也差， 根据生产实践经验，目前认为冷扎硅钢片厚度在0.28-0.35 mm 范围内较为合适。 电工钢片有热扎和冷扎两种， 热扎的磁性能差， 磁通密度只能达到1.5T-1.6T, 而单位 损耗 P15/50 却大于 208W/KG 已不采用，冷扎电工钢片磁饱和点较高，磁密在1.9-2.5时 才开始饱和。 磁性能好，饱和Bt 高，单位

13、损耗和单位励磁容量小。现变压器均采用此材料（如果 横着轧制方向损耗将大三倍左右）片号中符号DW- 冷扎无取向硅钢片； DQ 冷扎取向硅钢 片；高磁密取向硅钢片；符号后数字单位损耗值的100 倍（DW 为 P15/50 的 100 倍，DQ为 P17/50 的 100 倍） ；横线后数字厚度mm 的 100 倍，如 DQ120G-30 30Q140 。 现还有经激当处理的高导磁硅钢片，型号为ZDKH ，通过激光束扫描照射，此畴变细， 进一步降低了铁心的空载损耗，一般可降PO(7-13)%;非晶合金材料（金属玻璃，其厚度更 薄，损耗更低（约定冷扎晶粒取向的20-25）3铁心常见故障 1铁心噪音大

14、2空载损耗，空载电流大3多点接地和局部过热（二）线圈1.变压器线圈的作用 线圈是变压器输入和输出电能的电气回路，是变压器的基本部件，它是由铜铝的圆 扁导线绕制，再配置各种绝缘件组成的。 因变压器容量和电压不同，线圈所具有的结构特点亦各不相同，这些特点是匝数， 导线截面，并联导线换位，绕向，线圈连接方式和形式等。 线圈必须具有足够的电气强度，耐热强度和机械强度，以保证变压器可靠运行。 因我国生产的电力变压器绝大多数都是心式变压器，线圈一般采用圆柱形的同心式 结构2线圈绕组的型式（三）其他部分如继电器、高低压套管、分接开关等等。三变压器主要参数的计算工频小容量变压器（ 1000V A 以下）单相变

15、压器在控制系统中应用较多。一般的一次 小容量单相变压器一次侧有一种电压，而二次侧有几种电压。计算内容有四部分：容量 的确定；铁心尺寸的选定；绕组（线圈）的计算；绕组（线圈）排列及铁心尺寸的最后确 定。（一）、容量的确定1、二次侧总容量 小容量单相变压器二次侧为多绕组时，若不计各绕组等效阻抗及负载阻抗的幅角之差 别。可以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IUIUIUSnn33222（1.3 1）式中U2，U3，,Un二次侧各绕组电压的有效值（V）; I2,I3, ,In-二次侧各绕组的负载电流有效值（A）; 设计计算：二次侧容量为23.5W 。 2、一次侧绕组的容量 对于小容量变压器，不能认为绕组的容量等于二次侧绕组的总容量，因为考虑到变压 器中有损耗，所以一次侧绕组的容量应为：SS2 1（单位为 VA） (1.3-2) 式中-变压器的效率，约为0.8 到 0.9，设计计算：一次侧绕组容量为29.4W ，其中效率取 80% 。 参看表