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1、引言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（t ransformer ）是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一 电压的交流电
2、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N1，副绕组匝数为N2。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u 1，产生电流i1，建立磁通e, 沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势气和e2。（1）电压变换当一次绕组两端加上交流电压u 1时，绕组中通过交流电流i；，在铁心中将产生既与 次绕组交链，又与二次绕组交链的主磁通e。5 码 %（）1-3)( 1-4 )1-2)说
3、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12的大小主要取决于负载阻抗模丨Z丨的大小，而一次电流 11的大小则取决于12的大小。又 U I = U I（1-5）1 1 2 21U作IK1-6)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，铁柱上套装有绕组线圈，铁轭则是作为闭合磁路之用， 铁
4、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。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。（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
5、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3-1)S = U I + U I + + U I2 2 2 3 3 n n式中二次侧总容量（vA）二次侧各个绕组电压的有效值（V）；1 2 , 1 3，n 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S 2-S1=耳（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,表3-1所给的数据是生产时间的统计数据，可供计算
6、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S1V A磁通密度Bm xio -4 t效率n（%）电流密度j(A/ mm 2)铁心计算中的K 0值小于106000700060 703 2.5210 507000800070 802.5 22 1.550 1008000900080 852.5 21.5 1.310050090001100085 902.5 1.51.3 1.255001000110001200090 921.5 1.21.25 1.1（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
7、定容量取一、二绕组容量的平均值，S=1* （S1+S2）（单位为 VA）（3-3）2(4) 一次电流的确定S3-4）I = （1.1 1.2）1U1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，中间心柱上套放绕组，铁心的几何尺寸如图(4) 所示。图( 4)小容量心柱截面积A大小与其视
8、在功率有关，一般用下列经验公式计算(单位为cm2 )。3-5）A = K S0A铁心柱的净面积，单位为cm2K 0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K 0可取小些截面积计算系数K 0 表3-2截面积计算系数K 0的估算值Sn/VA500K 21.75 1.51.35 1.25 算心 1.751.51.351.251.0积 A确定心柱的宽度和厚度，根据图 3可知计 柱截面 后，就可3-6)A = ab = abKc式中 a心柱的宽度（mm）；b心柱的净叠厚（mm）； b心柱的实际厚度（mm）；K c 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
9、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，K c =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 =0.95o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。achAH137.522405060667584961143416924401910.53050221133552512.537.562.5281442703216488038195713215016895442266110502575125582
10、884140643296192160表 3-3 小型变压器通用的硅钢片尺寸3、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,可得出每伏所需的匝数N N10 84.5 X103o E 4.44 f B A B A（3_7）mm式中N0 对应于每伏电压的匝数，单位：匝/VB铁心柱内工作磁密最大值，单位：T mA铁心柱截面积，单位：cm2当铁心材料国热轧硅钢片时，取B=1.01.2T；采用冷轧硅钢片时，可取B=1.21.5T mm然后根据 N 和各线圈额定电压求出各线圈的匝数3-8）3-9）3-10）N = N U1 0 1N = （
11、1.05 1.10）N U2 0 2N =（1.05 i.io）N U3 0 3式中N、N N 各线圈的匝数。1 2n 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，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：A=I/j.
12、c 11,7d =訂 | = 1.13| mm导线的直径：j /=0.715 J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； 根据算出的直径查电工手册或表3-4选取相近的标准线径。当线圈电流大于10A时，可采 用多根导线并联或选用扁铜线。表 3-4 导线材料的选取螺u、线 导、直 线、径 品 、0.060.150.230.350.510.640.741.01.812.11.742.44种0.140.210.330.490.620.720.962.02咼强度聚酯漆包线0.030.040.050.060.070.080
13、.090.110.120.13硅有机单玻璃丝包 线0.200.220.220.24硅有机双玻璃丝包 线0.250.270.270.284、绕组（线圈）排列及铁E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N =啊h - （2 4）cd （ 3-11 ）式中 d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N3-12)m =N c各绕组厚度为t.= m.（ d：+q）+丫（3-13）i=l,2,.,n式中b 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；丫 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1 2 层黄蜡布等。绕组总厚度为t = (t + t + t + . + t ) X (1.1 1.2)0 1 2 n(3-14)式中 t 0绕组框架的厚度（mm）；1.1
