低频变压器设计_二

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1、模块2 变压器的设计 一教学目标 终极目标：能够掌握小型电源变压器的设计。 促成目标： 1、能掌握小型电源变压器的铁芯结构及铁芯镶(迭)； 2、能掌握小型电源变压器的绕组结构及绕组绕制； 3、能掌握小型电源变压器的绝缘材料的； 4、能正确理解变压器的简单制作工序； 5、能根据要求掌握小型电源变压器的分析计算方法。二工作任务n试设计一单相电源变压器，规格要求如图3-22所示，其中变压器 =80%。 n其工作任务是： （1）确定变压器的铁芯型号、规格； （2）绕组导线的型号、规格及匝数； （3）使用绝缘材料的情况。小型电源变压器简单设计：1、计算变压器的额定功率 （1）计算输出总功率P2：输出总功

2、率P2 = U2I2 + U3I3=10W （2）计算输入功率P1 及输入电流I1：输入功率P1 = P2/=10/0.75 =13.3W输入电流I1 = 1.1 （P1/U1）= 1.113.3/220=0.0665A2、计算变压器的铁心规格（1）确定铁心截面积：= 1.253.16=3.95(cm) （2）确定铁心规格：查表3-22 GEI型铁心数据 ，可选用 GEI16铁心，ab = 1628。3、计算变压器绕组匝数（1）确定每伏匝数N0：N0 = 45000/ （Bm S） = 450000/（ 110004.04）=10匝/伏 （2）初、次级绕组匝数的计算：匝数N1 = N0U1=1

3、1220 = 2200匝，次级绕组匝数N2= 1.05N0U2 = 1.051010=105匝，次级绕组匝数N3= 1.05N0U3 = 1.05105=53匝 4、计算变压器绕组导线的规格 （1）计算导线直径：初级绕组导线直径d1 = = 0.17毫米次级绕组导线直径d2 = =0.46毫米次级绕组导线直径d3 = =0.65毫米 （2）查电工手册漆包线规格表，可分别选用 导线直径为0.17毫米、0.47毫米、0.67毫米的 Q2型漆包线。5、选用合适的变压器绝缘材料对一般的小型电源变压器，其工作环境 、温升情况无特殊要求，工作电压为 220V，其层间绝缘可用牛皮纸，其厚度 为0.05 mm

4、。线圈间的绝缘可采用23 层牛皮纸或0.12 mm的青壳纸。采用现 成的1628线圈框架。 6、核算变压器铁心窗口容纳绕组的情况（1）根据选定的铁心窗高h计算每层可绕的匝数ni：n1 = 0.9（h-2毫米)/d1= 0.9 （28-2）/0.19 = 123匝n2 = 0.9（h-2毫米)/d2= 0.9 （28-2）/0.52 = 45匝n3 = 0.9（h-2毫米)/d3= 0.9 （28-2）/0.72 = 32匝 （2）每组绕组需绕的层数mi为：M1 = N1/n1 = 2200/123 = 18（层）M2 = N2/n2 = 105/45 = 3（层）M3 = N3/n3 = 53

5、/32 = 2（层）（3）每组绕组厚度Bi为：B1 = m1（d1+）+ = 18 （0.19 + 0.05）+ 0.1 = 4.42（毫米） B2 = m2（d2+）+ = 3 （0.52 + 0.05）+ 0.1 = 1.81（毫米）B3 = m3（d3+）+ = 2 （0.72 + 0.05）+ 0.1 = 1.64（毫米） （4）所有绕组的总厚度B为：B = 1.1(B0+Bi) = 1.1（1+4.42+1.81+1.64）= 9.8（毫米） 结论：此绕组厚度约等于窗宽（10毫米），方案可行 ，但绕组必须紧绕。三相关实践知识要设计制作一个变压器,必须对与变压器相 关的材料要有一定的认

6、识。1、小型电源变压器的铁芯的认识n铁芯是变压器磁路的主体部分，由表面涂有绝缘漆膜、 厚度为0.35mm或0.5mm的硅钢片冲压成一定形状后叠 装而成，担负着变压器原、副边的电磁耦合任务。变压 器使用的铁心材料主要 是硅钢片，在钢片中加入硅能降 低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损 耗减少,我们通常称加了硅的钢片为硅钢片，硅钢片有热 轧和冷轧两种.热轧硅钢片的工作磁通密度B一般取9000- 12000高斯,冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好, 它的工作 磁通密度B取值范围为12000-18000高斯。n铁心由铁柱和铁轭两部分组成，绕组套装在铁柱上，而铁轭则用来 使整个磁路闭合。变压器铁心

7、一般采用交迭方式进行叠装，应使上 层和下层叠片的接缝相互错开，减小气隙， 降低磁路磁阻。小型变 压器铁心一般采用EI型或F型，图3-24为EI铁心的示意图，表3-23 为部分EI铁心的尺寸数据。 （见课本）2、小型电源变压器的绕组的认识绕组是变压器电路的主体部分，担负着输入和 输出电能的任务。绕制变压器通常用的材料有 漆包线、丝包线，最常用的漆包线。对于导线 的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热 性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况 下最好用Q2型号的高强度的聚脂漆包线。变压 器的绕组由原边绕组和副边绕组组成. 原边绕 组接输入电压, 副边绕组接负载. 原边绕组只有 一个, 副边绕组为

8、一个或多个原副边绕组套装 在同一铁心柱上. 套在两个铁心柱上的原边绕 组或副边绕组可分别相互串联或并联。 3、小型电源变压器的绝缘材料的认识 （1）绝缘材料：在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕组 间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器 框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄 膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离 。 （2）浸渍材料：变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是 浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提 高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可 采用甲酚清漆作为浸渍材料。 n 思考题1： 为什么变压器原副边绕组一般套在 同一铁心柱上？ n把原副边绕组套在同一铁心柱上时,

9、由于原副 边绕组紧挨在一起（间隙实际上很小），部分 漏磁通在空气中的路径大受限制，因此漏磁通 较小，漏抗压降小，对变压器运行有利，因为 变压器副边电压是随副边电流变化而变化，减 小原副边的漏阻抗就可以减小电压变化， 使变 压器副边电压比较稳定 。4、变压器的简单制作工序4.1绕线前的准备工作 （1）选择漆包线和绝缘材料； （2）选择或制作绕组骨架； （3）制作木芯（木芯是套在绕线机转轴上支撑绕组骨架 ，以进行绕线）。 4.2绕线 （1）绕组层次按一次侧、静电屏蔽层、二次侧高压绕组 、二次侧低压绕组依次迭绕； （2）做好层间、绕组间及绕组与静电屏蔽层的绝缘； （3）当绕组线径大于0.2毫米时，绕

10、组的引出线可利用 原线，当绕组线径小于0.2毫米时，应采用软线焊接后 输出，引出线应用绝缘套管绝缘。4.3绕组的测试 （1）不同绕组的绝缘测试； （2）绕组的断线及短路测试。 4.4铁心叠装 （1）硅钢片采用交迭方式进行叠装，叠装时要 注意避免损伤线包； （2）铁心叠片要求平整且紧而牢，以防铁心截 面达不到计算要求且会使硅钢片产生振动噪音 。4.5半成品测试 （1）绝缘电阻测试（用兆欧表测试各组绕组之间及各绕 组对铁心（地）的绝缘电阻）； （2）空载电压的测试（一次侧加额定电压时，二次侧空 载电压允许误差：5%）； （3）空载电流的测试（一次侧加额定电压时，其空载电 流应小于10%-20%的额

11、定电流）。 4.6浸漆与烘干 （1）绕组或变压器预烘干（去潮作用，温度不能超过变 压器材料的耐温）； （2）浸漆（绕组或变压器浸漆）； （3）烘干（浸漆滴干后的绕组或变压器，再次送入烘箱 内干燥，烘到漆膜完全干燥、固化不粘手为止。4.7成品测试 （1）耐压及绝缘测试（用高压仪、兆欧表 测试各组绕组之间及各绕组对铁心（地 ）的耐压及绝缘电阻）； （2）空载电压、电流测试（同上） （3）负载电压、电流测试（一次侧加额定 电压、二次侧加额定负载，测量电压与 电流）。四相关理论知识n设计一个小型电源变压器（这里介绍的方法适合50Hz 、2000W以下普通单相交流变压器的设计），主要是 根据变压器功率选

12、择变压器铁心的截面积（铁心截面 积是指硅钢片中间舌的标准尺寸和叠加起来的总 厚度的乘积），再根据初、次级电压计算初次级各 线圈的匝数等。主要有以下几个步骤：1、计算变压器 的额定功率；2、计算变压器的铁心规格；3、计算变 压器线圈匝数；4、计算变压器绕组导线的规格；5、 选用合适的变压器绝缘材料；6、核算变压器铁心窗口 容纳绕组的情况。n如果电源变压器的初级电压是U1，次级有n个组, 各组 电压分别是U21, U22, , U2n, 各组电流分别是 I21, I22, , I2n，输出为纯阻性负载。计算步骤如下： 1、计算变压器的额定功率（1）计算输出总功率P2：输出总功率： P2 = U21

13、I21 + U22I22 + + U2nI2n。 （2）计算输入功率P1 及输入电流I1： 输入功率： P1 = P2 / （为变压器效率，根据输出功率的大小不同而略有变化 ，通常对于容量在100W以下的变压器在0.7-0.8之间 ，100W以上至1000W，在0.8-0.9之间，实际运用时 ，输出功率低者取小值。） 输入电流：I1 = (1.1-1.2) （P1/U1） （1.1-1.2）为考虑变压器空载励磁电流的经验系数。2、计算变压器的铁心规格（1）确定铁心截面积：小型变压器常用的是E型（或F型）铁心，它的中 柱截面S的大小与变压器总输出视在功率有关，铁 心截面积： （S铁芯截面积 K经

14、验系数） K的取值和变压器的输出功率有关，对于100W以 下的K取1.2-1.3，100W-500W的K取1.1-1.2， 500W-1000W可取1-1.1（功率大者取小值）。（2）确定铁心规格根据计算所得的S值，确定使用GEI形铁心，再 根据实际情况来确定铁心舌宽a与叠厚b的大小 ，从国产小功率变压器常用的标准铁心片规格 表中选择铁心片规格和叠厚，一般舌宽和叠 厚的比在1:11:2之间。由于铁心用涂绝源 漆的硅钢片叠成，考虑倒漆膜与硅钢片间隙的 厚度，实际的铁心叠厚b应比b更厚，即 b=b/0.9。S = a b（a为铁心舌宽，b为铁心叠厚）3、计算变压器线圈匝数 （1）确定每伏圈数N0：

15、根据 ，已知铁心截面积S和磁通密度 B，可求得线圈的每伏圈数N0： N0 = N/U = 1/（4.44 f m）= 1/（4.44 f Bm Bm（特斯拉）， S（平方米）N0 = 450000/（Bm S） Bm（高斯），S（平方厘米）铁心的B值可以这样选取: 热轧硅钢片的工作磁通密 度B一般取9000-12000高斯,冷轧硅钢片的导磁性能 比热轧好, 它的工作磁通密度B取值范围为12000- 18000高斯。一般铁片取7000高斯。 .m44.4fNU=（2）初、次级绕组的计算：初级绕组 ： N1 = N0U1，次级绕组： N21= 1.05N0U21, N22 =1.05N0 U22, , N2n =1.05 N0U2n.考虑到负载时的压降及损耗, 次级绕组 应增加5%的匝数。4、计算变压器绕组导线的规格 n根据各绕组的电流大小和选定的电流密 度，可以得到各组绕组的导线直径，导 线直径为：（一般电源变压器的电流密度可以选用 J=2-3安/毫米）。再根据导线直径及变 压器的绝缘等级选择合适的漆包线。 5、选用合适的变压器绝缘材料n根据变压器工作环境、温升情况及耐压要求 选用合适的绝缘材料，绝缘材料的耐热等级