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1、一、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。二、变压器的基本结构1、主要部件（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、。（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。三、变压器的基本原理 图1是单相变压器原理因，当交流电压U1加到一次绕组后，交流电流I1，流入该绕组，产生励磁作用，在铁心中产生交变磁通，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次测绕组，它分别在两个绕组中产生感应电动势。这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交变电流I2流出，负载端电压即为U2。
3、图1 根据电磁感应定律可以推导出： 一次侧绕组感应电动势 二次侧绕组感应电动势 式中 Bm铁心中最大的磁通密度，T； A铁心截面积，cm2； f电源频率，工频为50Hz； N1一次侧绕组的匝数； N2二次侧绕组的匝数。 将上面两式相比得 忽略一、二次绕组本身的阻抗压降，可认为U1E1、 U2E2，于是上式可以化成当N1N2，Kul，此时U1U2这时的变压器称为降压变压器。当N1N2, Ku1，此时U1U2，这时的变压器称为升压变压器。四、额定值（1）额定电压 单相变压器的额定电压是指电压器在空载运行时高低绕组电压的值。三相变压器的额定电压是指变压器在空载运行时高低绕组线电压的额定值。（2）额定
4、电流单相变压器的额定电流是指变压器在满载运行时高低绕组的电流值。三相变压器的额定电流是指电压器在满载时高低绕组的线电流值。（3）额定容量在单相变压器中 在三相变压器中 （4）额定频率 我国规定的工业标准频率为。五、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。（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 式中 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
5、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（单位为VA）式中 变压器的额定容量；变压器的效率，约为0.80.9，表1 所给的数据是生产时间的统计数据，可供计算时初步选用。表1 小容量变压器计算参考数据变压器容量VA磁通密度10T效率（%）电流密度铁心计算中的值小于1060007000607032.5210507000800070802.5221.5501008000900080852.521.51.310050090001100085902.51.51.31.255001000
6、11001200090921.51.21.251.1(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 （单位为VA） (4) 一次电流的确定 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的系数。六、相关参数的确定方法1、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
7、容量变压器铁心形式多采用壳式，中间心柱上套放绕组，铁心的几何尺寸如图2所示。图2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 ）。 A铁心柱的净面积，单位为cm2截面计算系数，与变压器额定容量有关，按表2选取，当采用优质冷轧硅钢片时可取小些截面积计算系数 /VA1010505010010050050021.751.751.51.51.351.351.251.251.0表2 截面积计算系数的估算值计算心柱截面积A ，就可确定心柱的宽度和厚度，根据图2可知式中 a心柱的宽度（mm）；b心柱的净叠厚（mm）；心柱的实际厚度（mm）；叠片系数，是考虑到铁心叠片间的绝缘所占空间
8、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，=0.93；对于0.35mm厚两面涂漆绝缘的热轧硅钢片， =0.91；对于0.35mm厚，不涂漆的冷轧钢片，=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列出了通用的小型变压器硅钢片尺寸。表3列出了通用的小型变压器硅钢片尺寸a(mm)b(mm)c(mm)h(mm)2847.516483876195750.8101.625.4752、 绕组的匝数与导线直径(1) 计算每伏电压应绕的匝数从变压器的电势公式E=4.44fNBmA,若频率f=50Hz,可得出
9、每伏所需的匝数 式中 对应于每伏电压的匝数，单位：匝/V Bm铁心柱内工作磁密最大值，单位：T A铁心柱截面积，单位：cm2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 然后根据N和各线圈额定电压求出各线圈的匝数式中N1、N2 Nn各线圈的匝数。为补偿负载时漏阻抗压降，副边各线圈的匝数均增加了5%10%。（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QQ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，
10、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=23A/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： =0.715导线直径可根据工作电流计算 ，式中： d 原、副边各线圈导线直径，单位：mm；I 原、副边各线圈中的工作电流，单位：A；当线圈电流大于10A时，可采用多根导线并联或选用扁铜线。3、绕组（线圈）排列及铁心尺寸的最后确定。绕组的匝数和导线的直径确定后，可作绕组排列。绕组每层匝数为式中 绝缘导线外径（mm）；h铁心窗高（mm）；0.9考虑绕组框架两端厚度的系数；（24）考虑裕度系数。各绕组所需层数为 各绕组厚度为
11、i=1,2,n 式中 层间绝缘厚度（mm），导线较细（0.2mm以下），用一层厚度为0.020.04mm白玻璃纸，导线较粗（0.2mm以上），用一层厚度为0.050.07mm的电缆纸（或牛皮纸），更粗的导线，可用厚度为0.12mm的青壳纸；绕组间的绝缘厚度（mm），当电压不超过500V时，可用23层电缆纸夹12层黄蜡布等。绕组总厚度为 式中 绕组框架的厚度（mm）；1.11.2考虑裕度的系数。计算所得的绕组总厚度t必须略小于铁心窗口宽度c，若tc,可加大铁心叠装厚度，减小绕组匝数或重选硅钢片的尺寸，按上述步骤重复计算和核算，至合适时为止。七、具体参数的计算 小型变压器原理图如上图所示，取 计算
12、变压器的主要参数，并选择可行的材料。解：1、计算变压器的额定容量SN1)计算原边的容量：S2=U2I2+ U3 I3=3000.2+500.1=65(VA) 2)计算原边的容量：/根据表1：小型单相变压器的效率的估算值可以取=0.82 因此，/=65/0.82=79.3(VA) 3)计算变压器的额定容量=1/2（）=0.5（65+79.3）=72.2(VA)考虑到存在着一定的损耗，故可以定变压器的额定容量近似取75VA 2、 铁心尺寸的选定1）计算铁心截面积AA0根据表2. 截面积计算系数0的估算值可以取0=1.40因此，A0=1.40=12.1（cm2）2）铁心中柱宽度a与铁心叠厚b的计算根
13、据表3.参数a、b的选取可以近似取a=28mm因此，b=110F/a=11012.1/28=47.5 mm.此时b/a=47.5/28=1.7满足b=(1.22)a的通常要求。3、计算绕组线圈匝数 1）求出每伏电压应绕的匝数 =3.4（匝/V）式中的=1.1T (铁心材料国热轧硅钢片)2) 根据和各线圈额定电压求出各线圈的匝数 =U1=3.4220=748 =（1.051.10） U2=1.103.4300=1122 =（1.051.10） U3=1.103.450=1874、计算导线直径d导线的截面积：Ac=I/j. =1.1579.3/220=0.415(A) Ac1=0.415/2.5=0.17 mm2 =0.715=0.46 mm同理：Ac2=0.08 mm2 =0.32 mmAc3=0.04 mm2 =0.23 mm .总结通过对小型单相变压器的设计，
