单相变压器的设计毕业设计.docx

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单相变压器的设计毕业设计

摘要

摘要：

本次设计的课题是单相变压器，大体要求是输入电压范围在24V到60V，功率为100W的单相升压变压器。

第一要了解变压器的工作原理、结构和分类，第二是变压器的设计步骤包括额定容量的确信；铁芯尺寸的选定；绕组的匝数与导线直径；绕组（线圈）排列及铁芯尺寸的确信。

关键词：

变压器大体原理设计步骤

单相变压器的设计

前言

设随着科学技术进步，电工电子新技术的不断进展，新型电气备不断涌现，人们利用电的频率愈来愈高，人与电的关系也日趋紧密，关于电性能和电气产品的了解，已成为人们必需的生活常识。

变压器是一种静止的电气设备，它是利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能，以知足不同负载的需要。

在电力系统中，变压器是一个重要的电气设备，它对电能的经济传输，灵活分派和平安利用具有重要的作用，另外，也令人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾。

输电线路将几万伏或几十万伏高电压的电能输送到负荷区后，由于用电设备绝缘及平安的限制，必需通过降压变压器将高电压降低到适合于用电设备利用的低电压。

当输送必然功率的电能时，电压越低，那么电流越大，电能有可能大部份消耗在输电线路的电阻上。

为此需采纳高压输电，即用升压变压器把电压升高输电电压，如此能经济的传输电能。

它的种类很多，容量小的只有几伏安，大的可达到数十万千伏安；电压低的只有几伏，高的可达几十万伏。

若是按变压器的用途来分类，几种应用最普遍的变压器为：

电力变压器、仪用互感器和其他特殊用途的变压器；若是按相数能够分为单相和三相变压器。

不管如何进行分类，其工作原理及性能都是一样的。

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、合理的分派电能、平安的利用电能。

事实上，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以下的变压器。

最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁芯（组成磁路）和绕在铁芯上的两个匝数不同、彼此绝缘的绕组（组成电路）组成。

这种变压器在生活中的应用超级普遍。

单相变压器

单极性开关电源，指输出为单极性，也确实是只有正极、负极输出，相关于双极性开关电源说的，双极性开关电源有三条输出，分为正电源、负电源、地线。

全波整流确实是桥式整流，一个意思，说法不同罢了。

2006年全国工业企业节电技术研讨会会议总结里说，单相变压器结构简单、体积小、损耗低，主若是铁损小，适宜在负荷密度较小的低压配电网中应用和推行。

苏州市就累计利用1000多台，节电45GWh，体会值得推行。

有的资料显示单相变压器在发达国家取得普遍应用，例如、，单相供电制成为居民供电的要紧方式，在这种宣传下，有些人因此而以为单相供电具有“降损”的魔力，以为单相变压器比更节能，以为单相供电制比三相供电制更优越。

其实不然，单相变压器与单相供电制只是当前三相供电制的补充形式，由于其自身特性的约束，它只能应用于某些特定的领域。

成效

更节能

1、单相变压器变损是不是低？

在以前关于介绍单相变压器及单相供电技术的变压器利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，要紧构件是低级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。

在电器设备和无线电路中，经常使用作起落电压、匹配阻抗，平安隔离等。

变压器的功能要紧有：

电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）;自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等，变压器经常使用的铁芯形状一样有E型和C型铁芯，XED型，ED型CD型。

1.分类

变压器的最大体型式，包括两组绕有导线之线圈，而且彼此以方式称合一路。

当一（具有某一已知频率）流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。

2.概念

单相变压器即一次绕组和二次绕组均为单相绕组的变压器。

论文中，以为单相变压器比同容量的三相小、节能，而且变损低。

事实如此吗？

笔者看到有的论文列举出的应用实例，提到改造具有的经济效益时，用D10、D11乃至D12系列的变压器和同容量的S9系列变压器进行比较，例如提到同容量的D11单相变压器比S9三相变压器空载损耗降低得多，因此以为单相变压器比三相变压器运行更经济，其实这是个误解。

举例时忽略了二者之间的技术层次上的不同，依照JB/T3837-1996《变压器类产品型号编制方法》，对变压器型号的编序的性能水平做了规定，凡大一号的性能参数要提高到一个新水平。

例如D10系列变压器是依照S10变压器参数设计的，论证D10或D11等系列变压器的降低损耗的成效时，应选取同型号的S10或S11变压器进行比较，选取S9系列变压器作为参照物实际上是不公平的。

另外，一般S9系列变压器采纳的是叠装式铁芯结构，而D10、D11等大多采纳了卷铁芯结构：

叠装式铁芯和卷铁芯存在工艺技术上的不同，卷铁芯结构克服了传统叠装铁芯结构中无法克服的缺点，例如在一张铁芯叠片中，沿外侧和沿内侧的磁路长度相差较大，使得磁通在铁片内不是均匀散布，并产生高次谐波，结果致使损耗增加。

在三相铁芯中，铁轭和B相的芯柱交会区域内，由于三相磁动势的缘故产生旋转磁场使损耗增加，在铁芯叠片彼此之间对接处有接缝，在此接缝区域内，有横向穿越叠片的磁通而使损耗增加。

因此，卷铁芯变压器比叠装铁芯小，空载电流小。

为便于公平比较，本文引入变压器参数均采纳网上发布的Satons公司变压器公司的变压器数据，表1为比较不同型号的节能成效，也列入S9型变压器数据。

依照表1所示，咱们能够看到，同是11型号的100kVA容量的三相卷铁芯密封变压器与单相卷铁芯变压器除重量明显不同外，技术指标不同并非明显。

因此一直以为的单相变压器比三相变压器变损小、节能的结论是没有依据的。

线损低

2单相供电方式是不是线损低？

依照电路原理，一样的距离输送一样的功率P，功率因数为1，三相供电方式与单相供电方式的线路损失如下。

假设利用同截面的导线，导线电阻为R。

单相变压器两线方式供电，输送功率P时，相线、中性线中电流为I，产生的线路损失为P单损=2I^2R。

三相变压器三相四线方式供电，输送功率P时，线路中相电流为I/3，理想状态下中性线无电流，相线P相损=（I/3）^2R=I^2R/9。

本方式下线路损失为P三损=3×（I/3）^2R=I^2R/3。

通过计算可见，三相供电方式的线路损失是最低的，单相供电的方式比三线制的损耗高6倍。

由此可见，单相供电方式在与三相供电方式在降低线路损失方面并无优势。

意义

1.用料少

第一，相同容量的单相变压器比三相变压器用铁减少20%，用铜减少10%。

尤其是采纳卷铁芯结构时，变压器的空载损耗可下降15%以上，这将使单相变压器的制造本钱和利用本钱同时下降，从而取得最正确的。

线路投资低

第二，在电网中采纳单相，可节省导线33%～63%，按计算，可节约导线重量42%，按机械强度计算，可降低导线消耗66%。

因此可降低整个的建设投资。

这在我国地域广漠的农村和城镇的路灯照明及居民生活用电方面是很成心义的。

2.利于现代化生产

第三，单相变压器由于结构简单，适合大量量的现代化生产，有利于提高产品质量和效益。

第四，适于引入新技术、新材料、新工艺，取得技术加分，党的提出把节约资源作为大体国策，“十一五”计划《纲要》进一步把“十一五”时期降低20%左右作为约束性指标。

在那个大背景下，降损附加值高的新产品将大有所为。

在线损理论计算时能够发觉，80%的线路损失发生在20%的骨干线上，因此缩短低压骨干线距离，就能够够大大减少低压线损，由于单相变压重视量轻，能够灵活安装在电杆上利用，便于深切负荷中心，就近降压供电，提高供电质量。

一样单相变压器在小范围内供电，发生故障涉及面小，利于提高供电靠得住性。

同时，因为单相变压重视量轻，安装保护方便，利用灵活，能够单相利用，也能够三台组成三相变压器利用。

3.建设投资少

变压器小容量化的代价轻负荷地域进行单相供电制建设，可减少建设投资。

大负荷地域进行单相供电制的改造，必需有较大的经济投入。

笔者看到，有的单相变压器在居民小区的试点，实行的是将大变压器化成多个小变压器，临近负荷安装，缩短低压骨干线距离，由于电源点到负载的距离是必然的，缩短低压供电距离，必然要延长高压输电距离，此种改造需要大量的投资，例如原先3个单元30户人家利用160kVA三相变压器1台，改用3台50kVA单相变压器供电，表2列出两种改造方案的用料及损耗转变，很明显的增加了建设投入。

其一，为了减少低压骨干线的线损，要将高压线路引入负荷中心，增加高压线路建设投资。

其二，采纳多台小容量变压器后的空载损耗和负荷损耗，都比原先单台大容量变压器多。

其三，多台小容量变压器的购买资金也大于单台大容量变压器的购买资金。

国外由于居民用电多，几家或每家利用一台单相变压器，是因为国家富裕，电力部门大量资金投入的结果。

尽管投资较大，关于他们总的来讲仍是合算的。

4.应用的局限性

单相变压器应用的局限性第一，单相变压器由于电压单一，只能应用于照明或小型电机，应用范围具有局限性。

而我国农村因有副业和作坊，不能普遍推行，即利用，也只是作为三相供电制度的补充利用。

单相变压器取得应用，一是应用于深山区，居民分散，用电负荷小，大体没有动力应用，可大大减少线路投资；二是应用于路灯。

第二，是单相变压器所引发的引高压进负荷中心容易受到人们的抗击。

人们法制观念提高，关于居住环境的关切也超级重视，没有哪个业主情愿电业部门在门前树根“旗杆”，上面挂有变压器，带有高压电，而且还发出噪音。

同时，房地产商人只要求电力方便，他们却不肯意自己的蓝图里显现电力设施的影子。

一是怕电磁辐射，二是怕危险，三是怕阻碍景观。

电力部门收费到户，线路损失是电力部门的情形，业主与开发商没有义务为电力部门提供方便。

5.单相变压器的应用

单相变压器的应用在我国，单相变压器与单相供电技术一直在进展，早在20世纪50年代末就向国外出口过单相变压器。

这些年来，科学技术的进展增进了单相变压器的进展，卷铁芯、非晶铁芯技术在单相变压器上应用，可大大减少变压器的铁芯损耗。

依照分析，当城乡电网改造到必然程度后，网损中的线路损失占的份额将大大降低，配电变压器的空载损耗将占网损的主腹地位。

只有大幅度降低铁芯损耗，才能有望进一步降低电网的电能损耗。

因此，卷铁芯、非晶铁芯单相变压器具有庞大的进展潜力。

当前，三相变压器与三相集中供电制仍居主导地位，单相变压器与单相供电制只是其补充。

在变压器的实际应用上，咱们应充分利用与单相变压器各自优势与特点，依照用电负荷情形选用适合的变压器品种，以经济供电半径配置电源

变压器的大体工作原理

变压器是利用电磁感应原理工作的，如图1-1所示

图1-1变压器工作原理示用意

在一个闭合的铁芯上，套有两个绕组。

这两个绕组具有不同的匝数且相互绝缘，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系。

其中，接于电源测的绕组称为原绕组或一次绕组，一次绕组各量用下标“1”表示；用于接负载的绕组称为副绕组或二次绕组，二次绕组各量用下标“2”表示。

假设将绕组1接到交流电源上，绕组中便有交流电流流过，在铁芯中产生交变磁通，与外加电压相同频率，且与原、副绕组同时交链，别离在两个绕组中感应出同频率的电动势和。

由式可知，原、副绕组感应电动势的大小正比于各自绕组的匝数，而绕组的感应电动势又近似于各自的电压，因此，只要改变一次或二次绕组的匝数比，就能够达到改变电压的目的，这确实是变压器的工作原理。

变压器的分类

为适应不同的利用目的和工作条件，变压器中类很多，因此变压器的分类的方式有多种，通常可按用途、绕组数量、相数、铁芯结构、调压方式和冷却方式等划分类别。

按用途分：

有电力变压器（升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等）和特种变压器（如实验变压器、仪用变压器、电炉变压器和整流变压器等）。

按绕组数量分：

有单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。

按相数分