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1、课 程 设 计 说 明 书1课 程 设 计 任 务 书 班级（专业） 10 生产过程自动化 2 班 设计人 乔月朋 一、课程设计题目：小型单相变压器设计二、设计要求通过该设计，初步掌握小型变压器容量、铁心、绕组等设计步骤和方法，熟悉有关规程和设计手册的使用方法。三、设计的主要内容1、额定容量的确定2、铁心尺寸的确定3、绕组匝数与导线直径4、绕组排列及铁心尺寸的最后确定5、讨论说明6、整理成册四、原始资料变压器容量VAS1磁通密度10 TmB4效率 （%）电流密度 )(2mAj铁心计算中的值K0小于 10 60007000 6070 32.5 21050 70008000 7080 2.52 2
2、1.550100 80009000 8085 2.52 1.51.3100500 900011000 8590 2.51.5 1.31.255001000 1100012000 9092 1.51.2 1.251.1五、设计步骤1、分组布置任务，熟悉原始资料2、搜集资料，学习理解3、根据要求进行计算课 程 设 计 说 明 书24、根据要求写出报告，打印成册5、检查情况、答辩、给出成绩六、课程设计论文包括的内容1、设计任务书2、原理3、结构4、额定容量的确定5、铁心尺寸的确定6、绕组匝数与导线直径7、绕组排列及铁心尺寸的最后确定8、谢辞9、参考文献10、后记 要求课程设计 自 2011 年 12
3、 月 26 日 至 2011 年 12 月 30 日止自动化 专业教研室主任 年 月 日机电 系、系主任签章 年 月 日课 程 设 计 说 明 书3指导教师评语：指导教师：年 月 日课 程 设 计 说 明 书4目录1、课程设计任务书2、教师评语3、小型单相变压器的设计.53.1 变压器工作原理.53.2 变压器基本结构.64、变压器基本设计内容.74.1 额定容量的确定.74.2 铁心尺寸的设定.84.3 绕组匝数与导线直径.94.4 绕组排列及铁心尺寸的最后确定.115、实例举例.12结论.15心得体会.15谢辞.15主要参考文献.16英文资料.16课 程 设 计 说 明 书5小型单相变压器
4、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。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。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
5、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 ，副绕组匝数1N为 。2N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 ，产生电流 ，建立磁通1u1i，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势 。 21e和（1） 电压变换当一次绕组两端加上交流电压 时，绕组中通过交流电流 ，在铁心中将产生既与一1u1i次绕组交链，又与二次绕组交链的主磁通 。 课 程 设
6、 计 说 明 书6（1-2）（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） 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| |的大小，而一次电2I 1Z流 的大小则取决于 的大小。1I2I（1-5）21IU又（1-6）KI21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、厚度为 0.35 或 0.5mm、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
7、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。课 程 设 计 说 明 书7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。
8、（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+. （3-1）式中 S 2 二次侧总容量（VA）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/（单位为 VA） （3-2）式中 S 1变压器的额定容量；变压器的效率，约为 0.80.9，
9、表 3-1 所给的数据是生产时间的统计数据，课 程 设 计 说 明 书8可供计算时初步选用。表 3-1 小容量变压器计算参考数据变压器容量VAS1磁通密度10 TmB4效率 （%）电流密度 )(2mAj铁心计算中的值K0小于 10 60007000 6070 32.5 21050 70008000 7080 2.52 21.550100 80009000 8085 2.52 1.51.3100500 900011000 8590 2.51.5 1.31.255001000 1100012000 9092 1.51.2 1.251.1(3) 变压器的额定容量由于本次设计为小型单相变压器，所以不考
10、虑在三相变压器中的情况，只考虑在小型单相变压器的情况。小型单相变压器的额定容量取一、二绕组容量的平均值， S=1/2*（S +S2） （单位为 VA） （3-3）1(4) 一次电流的确定I1=(1.11.2)S/U1 （3-4）式中(1.11.2)考虑励磁电流的经验系数，对容量很小的变压器应取大的系数。2、 铁心尺寸的选定(1) 计算铁心截面积 A为了减小铁损耗，变压器的铁心是用彼此绝缘的硅钢片叠成或非晶材料制成。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，变压器铁心在叠装时相临两层硅钢片的接缝要相互错开。小容量变压器铁心形式多采用壳式，中间心柱上套放绕
11、组，铁心的几何尺寸如图（4）所示。单相壳式变压器立体图 小容量心柱截面积 A 大小与其视在功率有关，一般用下列经验公式计算（单位为 ） 。2课 程 设 计 说 明 书9A=K0 （3-5）SA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 Sn有关，按表 3-2 选取，当采用优质冷轧硅钢片时 K0可取小些截面积计算系数 K0表 3-2 截面积计算系数 K0的估算值计 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=abK=abKc （3-6）式中 a心柱的宽度（mm） ；b心 柱 的 净 叠 厚 （ mm） ； 心 柱 的 实 际 厚 度 （ mm）
12、；bKc 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 ， Kc =0.91； 对 于 0.35mm 厚 ， 不涂 漆 的 冷 轧 钢 片 ， Kc =0.95。按 A 的值，确定 a 和 b 的大小，答案是很多的，一般取 b=(1.22.0)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
13、 小型变压器通用的硅钢片尺寸a c h AH1316192225283238445058647.5910.51112.5141619222528322224303337.542485766758496405060667584961141321501681923440505562.57080951101251401603、 绕组的匝数与导线直径(1) 计算每伏电压应绕的匝数Sn /VA 10 1050 50100 100500 500K0 21.75 1.751.5 1.51.35 1.351.25 1.251.0课 程 设 计 说 明 书10从变压器的电势公式 E=4.44fNBmA,若频率 f=50Hz,可得出每伏所需的匝数N0=N/E=103/4.44fBmA （3-7）式中 对应于每伏电压的匝数，单位：匝/V0NBm铁心柱内工作磁密最大值，单位：TA铁心柱截面积，单位：cm 2当铁心材料国热轧硅钢片时，取 Bm=1.01.2T；采用冷轧硅钢片时，可取Bm=1.21.5T
