小型单相变压器设计Word文档格式.docx
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(2-3)
说明只要改变原﹑副绕组的匝数比,就能按要求改变电压
2.2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,而一次电流
的大小则取决于
的大小。
又
(2-4)
I1=
I2=
(2-5)
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。
3、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变压器绕组结构
4、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。
4.1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+……+UnIn(4-1)
式中S2——二次侧总容量(V·
A)
U2,U3,……Un——二次侧各个绕组电压的有效值(V);
I1,I2,……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
S
=
(单位为V·
A)(4-2)
式中S1——变压器的额定容量;
——变压器的效率,约为0.8~0.9,表3-1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3-1小容量变压器计算参考数据
变压器容量
V·
A
磁通密度
×
10
T
效率η(%)
电流密度
铁心计算中的
值
小于10
6000~7000
60~70
3~2.5
2
10~50
7000~8000
70~80
2.5~2
2~1.5
50~100
8000~9000
80~85
1.5~1.3
100~500
9000~11000
85~90
2.5~1.5
1.3~1.25
500~1000
11000~12000
90~92
1.5~1.2
1.25~1.1
(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定容量取一、二绕组容量的平均值,
S1=
*(S1+S2)(单位为V·
A)(4-3)
(4)一次电流的确定
(4-4)
式中(1.1~1.2)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。
4.2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变压器铁心
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=
(4-5)
A――铁心柱的净面积,单位为
(
)
K0――截面计算系数,与变压器额定容量
有关,按表3-2选取,当采用优质冷轧硅钢片时
可取小些截面积计算系数
表3-2截面积计算系数
的估算值
/VA
<10
>500
2~1.75
1.75~1.5
1.5~1.35
1.35~1.25
1.25~1.0
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
(4-6)
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);
——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,
=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=(1.2~2.0)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小型变压器通用的硅钢片尺寸
a
c
h
H
13
16
19
22
25
28
32
38
44
50
58
64
7.5
9
10.5
11
12.5
14
24
30
33
37.5
42
48
57
66
75
84
96
40
60
114
132
150
168
192
34
55
62.5
70
80
95
110
125
140
160
4.3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
(4-7)
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:
A——铁心柱截面积,单位:
当铁心材料国热轧硅钢片时,取Bm=1.0~1.2T;
采用冷轧硅钢片时,可取Bm=1.2~1.5T。
然后根据N和各线圈额定电压求出各线圈的匝数
(4-8)
N2=(1.05~1.10)N0U2(4-9)
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,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=2—3A/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:
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
螺线直径
导线品种
0.06~
0.14
0.15~
0.21
0.23~
0.33
0.35~
0.49
0.51~
0.62
0.64~
0.72
0.74~
0.96
1.0~
1.74
1.81~
2.02
2.1~
2.44
高强度聚酯漆包线
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.11
0.12
0.13
硅有机单玻璃丝包线
—
0.20
0.22
0.24
4.4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
(4-11)
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;
(2~4)——考虑裕度系数。
各绕组所需层数为
(4-12)
各绕组厚度为
(4-13)
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0.02~0.04mm白玻璃纸,导线较粗(0.2mm以上),用一层厚度为0.05~0.07mm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2~3层电缆纸夹1~2层黄蜡布等。
绕组总厚度为
t0=(t0+t1+t2+…+tn)*(1.1~1.2)(4-14)
式中t0――绕组框架的厚度(mm)
1.1~1.2——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t>
c,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。
5、实例计算
如上图所示,取
U2=250V
计算变压器的主要参数,并选择可行的材料。
解:
1、计算变压器的额定容量SN
1)计算副边的容量:
S2=U2I2+U3I3=250*0.2+50*0.1=55(V·
2)计算原边的容量:
/η
根据表1:
小型单相变压器的效率η的估算值可以取η=0.82
因此,
/η=55/0.82=67.0(V·
3)计算变压器的额定容量
=1/2(
)=0.5*(67.0+55)=61(V·
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60V·
2、铁心尺寸的选定
1)计算铁心截面积A
A=K0
根据表2.截面积计算系数K0的估算值可以取K0=1.40
因此,A=K0
=10.8(
2)铁心中柱宽度a与铁心叠厚b的计算
根据表3.参数a、b的选取可以近似取a=28mm
因此,b=
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- 小型 单相 变压器 设计