小型单相变压器的绕制讲解.docx

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小型单相变压器的绕制讲解

实训八、小型单相变压器的绕制

小型单相变压器的绕制分设计制作和重绕修理制作两种，无论那种，其绕制工艺都是相同的。

设计制作是将使用者的要求作为依据，以满足要求进行设计计算后再绕制；而重绕修理制作是以原物参数作为依据，进行恢复性的绕制。

下面先学习设计制作方式的变压器绕制。

一、小型单相变压器的设计制作

小型单相变压器的设计制作思路是：

由负载的大小确定其容量；从负载侧所需电压的高低计算出两侧电压；根据用户的使用要求及环境决定其材质和尺寸。

经过一系列的设计计算，为制作提供足够的技术数据，即可做出满足需要的小型单相变压器。

（一）设计计算

1、计算变压器输出容量S2

输出容量的大小受变压器二次侧供给负载量的限制，多个负载则需要多个二次侧绕组，各绕组的电压、电流分别为U2、I2，U3、I3，U4、I4，..，则S2为

S2U2I2U3I3（VA）

2、估算变压器输入容量S1和输入电流I1

对小型变压器，考虑负载运行时的功率损耗（铜耗及铁耗）后，其输入容量S1的计算

式为

3．变压器铁心截面积的计算及硅钢片尺寸的选用

（a）截面积的计算小型单相变压器的铁心多采用壳式，铁心中柱放置绕组。

铁心的几何形状如图1-11-1所示。

它的中柱横截面AFe的大小与变压器输出容量S2的关系为

AFekS2（cm2）

式中：

k——经验系数，大小与S2有关，可参考表1-11-1

表1-11-1经验系数k参考值

S2（VA）

0～10

10～50

50～500

500～

1000

1000以上

K

2

1.75～2

1.4～1.5

1.2～

1.4

1

由图1-11-1可知，铁心截面积为

AFeab式中：

a——铁心柱宽，cm；b——铁心净叠厚，cm。

由AFe计算值并结合实际情况，

即可确定a和b的大小。

考虑到硅钢片间绝缘漆膜及钢片间隙的厚度，实际的铁心厚度b′的计算式为

k0（cm）

式中：

k0——叠片系数，其取值范围参考表1-11-2。

表1-11-2叠片系数K0参考值

名称

硅钢片厚度，mm

绝缘情况

Ko

热轧硅钢片

0.5

两面涂漆

0.93

0.35

0.91

冷轧硅钢片

0.35

两面涂漆

0.92

0.35

不涂漆

0.95

（b）硅钢片尺寸的选用表1-11-3列出了目前通用的小型变压器硅钢片的规格，可供查

询。

其中各部分之间的关系如图1-11-2所示。

图中c=0.5a，h=1.5a（当a>64mm时，h=2.5a），

A=3a，H=2.5a，b≤2a。

如果计算求得的铁心尺寸与表1-11-2的标准尺寸不符合，又不便于调整设计，则建议采用非标准铁心片尺寸，并采用拼条式铁心结构。

（a）小变

压器硅钢片尺寸

（b）

拼条硅钢片尺寸

a

c

h

A

H

13

7.5

22

40

34

16

9

24

50

40

19

10.5

30

60

50

22

11

33

66

55

25

12.5

37.5

75

62.5

28

14

42

84

70

32

16

48

96

80

38

19

57

114

95

44

22

66

132

110

50

25

75

150

125

56

28

84

168

140

64

32

96

192

160

图1-11-2变压器硅钢片尺寸

表1－11－3小型变压器通用硅钢片尺寸

单位：

mm

（c）硅钢片材料的选用小型变压器通常采用0.35mm厚的硅钢片作为铁心材料，硅钢片材料规格型号的选取，不仅受材料磁通密度Bm的制约还与铁心的结构形状有关。

若变压器采用E字型铁心结构，硅钢片材料可选用：

冷轧硅钢处片D310Bm=1.2～1.4T

热轧硅钢片D41,D42Bm=1.0～1.2T

热轧硅钢片D43Bm=1.1～-1.2T

若变压器采用C字型铁心或拼条式铁心结构，硅钢片材料只能选用有趋向的冷轧硅钢片，因为这种材料使磁路有了方向性，顺向时磁阻小，并具有较高的磁通密度，磁通密度Bm可达（1.5～1.6）T。

而垂直方向时磁阻很大，磁通密度很小。

4．计算每个绕组的匝数N

由变压器感应电势E的计算公式

E4.44fNm4.44fNBmAFe104（V）

得感应产生1V电势的匝数

145

N04

4.44fBmAFe10BmAFe（匝/V）

根据所使用的硅钢片材料选取Bm值，一般在Bm范围值内取下限值。

再确定铁心柱截面积AFeab及N0，最后根据下式求取各个绕组的匝数。

一次侧绕组的匝数为：

N1U1N0（V）

二次侧绕组的匝数为：

N21.05U2N0（V）

N31.05U3N0（V）Nn1.05UnN0（V）注意：

式中二次侧绕组所增加的5%的匝数是为补偿负载时的电压降。

5．计算每个绕组的导线直径并选择导线由下式得出导线截面积AS

j（mm2）

电流密度一般选取j=（2～3）A/mm2；但在变压器短时工作时，电流密度可取j=（4～5）

A/mm2。

再由计算出的AS为依据，查表1-11-4选取相同或相近截面的导线直径φ，根据φ值再查表，得到漆包导线带漆膜后的外径φ′。

表1－11－4常用圆铜漆包线规格

导线直径

导线截面

导线最大外径φ/（mm）

导线直径

导线截面

导线最大外径φ′（mm）

φ（mm）

2

AS（mm）

油性漆包线

其它绝缘漆包线

φ（mm）

2

AS（mm）

油性漆包线

其它绝缘漆包线

0.100.

00785

0.12

0.13

0.5

9

0.273

0.64

0.66

0.110.

00950

0.13

0.14

0.6

2

0.302

0.67

0.69

0.120.

01131

0.14

0.15

0.6

4

0.322

0.69

0.72

0.13

0.0133

0.15

0.16

0.6

7

0.353

0.72

0.75

0.14

0.0154

0.16

0.17

0.6

9

0.374

0.74

0.77

0.150.

01767

0.17

0.19

0.7

2

0.407

0.78

0.80

0.16

0.0201

0.18

0.20

0.7

4

0.430

0.80

0.83

0.17

0.0255

0.20

0.22

0.8

0

0.503

0.86

0.89

0.18

0.0255

0.20

0.22

0.8

0

0.503

0.86

0.89

0.19

0.0284

0.21

0.23

0.8

3

0.541

0.89

0.92

0.20

0.03140

0.225

0.24

0.8

6

0.581

0.92

0.95

0.21

0.0346

0.235

0.25

0.9

0

0.636

0.96

0.99

0.23

0.0415

0.255

0.28

0.9

3

0.679

0.99

1.02

0.25

0.0491

0.275

0.30

0.960

.724

1.02

1.05

0.28

0.0573

0.31

0.32

1.0

0

0.785

1.07

1.11

0.29

0.0667

0.33

0.34

1.0

4

0.849

1.12

1.15

0.31

0.0755

0.35

0.36

1.0

8

0.916

1.16

1.19

0.33

0.0855

0.37

0.38

1.1

2

0.985

1.20

1.23

0.35

0.0962

0.39

0.41

1.1

6

1.057

1.24

1.27

0.38

0.1134

0.42

0.44

1.2

0

1.131

1.28

1.31

0.41

0.1320

0.45

0.47

1.2

5

1.227

1.33

1.36

0.44

0.1521

0.49

0.50

1.3

0

1.327

.38

1.41

0.47

0.1735

0.52

0.53

1.3

5

1.431

1.43

1.46

0.49

0.1886

0.54

0.55

1.4

0

1.539

1.48

1.51

0.51

0

.204

0.56

0.58

1.4

5

1.651

1.53

1.56

0.53

0

.221

0.58

0.60

1.5

0

1.767

1.58

1.61

0.55

0

.238

0.60

0.62

1.5

6

1.911

1.64

1.67

0.57

0

.255

0.62

0.64

6．核算铁心窗口的面积

核算所选用的变压器铁心窗口能否放置得下所设计的绕组。

如果放置不下，则应重选导线规格，或者重选铁心。

其核算方法如下：

（a）根据铁心窗高h（mm）,求取每层匝数Ni为

0.9h2~4

Ni

d（匝/层）

式中的系数0.9为考虑绕组框架两端各空出5%的地方不绕导线而留的裕度，而（2～4）为考虑绕组框架厚度留出的空间。

（b）每个绕组需绕制的层数mi为

N

mi

Ni（层）

（c）计算层间绝缘及每个绕组的厚度1,2,3。

通常使用的绝缘厚度尺寸主要有:

（1）一、二次侧绕组间绝缘的厚度0为绕组框架厚度1mm，外包对地绝缘为二层电缆纸（20.07mm）夹一层黄蜡布（0.14mm）,合计厚度01.28mm；

（2）绕组间绝缘及对地绝缘的厚度r0.28mm；

（3）层间绝缘的厚度导线为Ф0.2mm以下的用一层（0.02～0.04）mm厚的透明纸（白玻璃纸）；导线为Ф0.2mm以上的用一层（0.05～0.07）mm厚的电缆纸（或牛皮纸），更粗的导线用一层0.12mm的青壳纸。

最后可求出一次侧绕组的总厚度1为

1mi（d）r（mm）

同理可求出二次侧每个绕组的总厚度2,3

（d）全部绕组的总厚度为

（1.1~1.2）（0123）（mm）

式中系数（1.1～1.2）为考虑绕制工艺因素而留的裕量。

若求得绕组的总厚度小于窗口宽度C,则说明设计方案可以实施；若大于C,则方案不可行,应调整设计。

设计计算调整的思路有二：

其一是加大铁心叠厚b，使铁心柱截面积AFe加大，以减少绕组匝数。

经验表明，b1~2a为较合适的尺寸配合，故不能任意增大叠厚；其二是重新选取硅钢片尺寸，如加大铁心柱宽a，可增大铁心截面积AFe，从而减少匝数。

（二）绕组制作

小型变压器的绕组制作一般按以下步骤进行。

1．木芯与线圈骨架的制作

（a）木芯的制作在绕制变压器线圈时，将漆包线绕在预先做好的线圈骨架上。

但骨架本身不能直接套在绕线机轴上绕线，它需要一个塞在骨架内腔中的木质芯子，木质芯的正中心要钻有供绕线机轴穿过的Φ10mm孔，孔不能偏斜，否则由于偏心造成绕组不平稳而影响线包的质量。

木质芯的尺寸：

截面宽度要比硅钢片的舌宽略大0.2mm，截面长度比硅钢片叠厚尺寸略

大0.3mm，高度比硅钢片窗口约高2mm。

外表要做得光滑平直。

（b）骨架的制作一种是简易骨架，用青壳纸在木质芯上绕1～2圈，用胶水粘牢，其高度略低于铁心窗口高度。

骨架干燥以后，木芯在骨架中能插得进、抽得出。

最后用硅钢片插试，以硅钢片刚好能插入为宜。

绕制时要特别注意线圈绕到两端，在绕制层数较多时容易散

积木式骨架

塌，造成返工。

图1-11-3

另一种是积木式骨架，形状见图1-11-3所示，能方便地绕线和增强线包的对地绝缘性能。

材料以厚度为（0.5～1.5）mm厚的胶木板、环氧树脂板、塑料板等绝缘板为宜，骨架的内腔与简易骨架尺寸相同，具体下料如图1-11-4所示。

光切口的毛刺后，在要粘合的边缘，特别是榫头上涂好粘合剂，进行组合，待粘合剂固化后，再用硅钢片在内腔中插试，如尺寸合适，即可使用。

2．线圈的绕制步骤

（a）起绕时，在导线引线头上压入一条用青壳纸或牛皮纸片做成的长绝缘折条，待绕几匝后抽紧起始头，如图1-11-5（a）所示。

（b）绕线时，通常按照一次侧绕组→静电屏蔽→二次侧高压绕组→二次侧低压绕组的顺序，依次叠绕。

当二次侧绕组的组数较多时，每绕制一组用万用表检查测量一次。

（c）

每绕完一层导线，应安放一层层间绝缘，并处理好中间抽头，导线自左向右排列整齐、紧密，不得有交叉或叠线现象，绕到规定匝数为止。

绕组线尾的紧固

待绕至末端时，把线头穿

（a）绕组线头的紧固（b）图1-11-5绕组的绕制

（d）当绕组绕至近末端时，先垫入固定出线用的绝缘带折条，入折条内，然后抽紧末端线头，如图1-11-5（b）所示。

（e）取下绕组，抽出木质芯，包扎绝缘，并用胶水粘牢。

3.绕制工艺要点

（a）对导线和绝缘材料的选用导线选用缩醛或聚酯漆包圆铜线。

绝缘材料的选用受

耐压要求和允许厚度的限制，层间绝缘按两倍层间电压的绝缘强度选用，常采用电话纸、电缆纸、电容器纸等，在要求较高处可采用聚酯薄膜、聚四氟乙烯或玻璃漆布；铁心绝缘及绕组间绝缘按对地电压的两倍选用，一般采用绝缘纸板、玻璃漆布等，要求较高的则采用层压板或云母制品。

（b）做引出线变压器每组线圈都有两个或两个以上的引出线，一般用多股软线、较粗的铜线或用铜皮剪成的焊片制成，将其焊在线圈端头，用绝缘材料包扎好后，从骨架端面预

先打好的孔中伸出，以备连接外电路。

图1-11-6利用本线作引出线

对绕组线径在0.35mm以上的都可用本线直接引出

方法如图1-11-6所示；线径在0.35mm以下的，要用多

股软线做引出线，也可用薄铜皮做成的焊片做引出线头。

引出线的连接方法如图1-11-7所示。

4．绕线的方法

对无框骨架的，导线起绕点不可紧靠骨架边缘；对有边框的，导线一定要紧靠边框板。

图1-11-7引出线的连接

绕线时，绕线机的转速应与掌握导线的那只手左右摆动的速度相配合，并将导线稍微拉向绕组前进的相反方向约5°左右，以便将导线排紧。

5．层间绝缘的安放

每绕完一层导线，应安放一层绝缘材料（绝缘纸或黄蜡绸等）。

注意安放绝缘纸必须从骨架所对应的铁心舌宽面开始安放。

若绕组所绕层次很多，还应在两个舌宽面分别均匀安放，这样可以控制线包厚度，少占铁心窗口位置。

绝缘纸必须放平、放正和拉紧，两边正好与骨架端面内侧对齐，围绕线包一周，允许起始处有少量重叠。

6．静电屏蔽层（静电隔离层）的安放

在绕完一次侧线圈、安放好绝缘层后，还要加一层金属材料的静电屏蔽层，以减弱外来电磁场对电路的干扰。

静电屏蔽层的材料最好用紫铜箔，其宽度比骨架宽度小1～3mm。

长度应是围绕骨架一

周但短10mm左右，在对应铁心的舌宽面焊上引出线作接地极。

注意，绝不能让屏蔽层首尾相接，否则将形成短路，变压器通电后发热，以致烧毁绝缘。

若没有现成的铜箔，也可用较粗的导线在应安放静电屏蔽层的位置排绕一层，一端开路，一端接地，同样能起屏蔽外界电磁场的作用。

7．绕组的中间抽头

（a）在线圈抽头处刮去一小段绝缘漆，焊上引出线并包上绝缘即可；

（b）也可在线圈抽头处不刮绝缘漆，而是将导线拖长，两股绞在一起作为引出线，并套上绝缘套管即可；

（c）对于较粗的漆包线，若将漆包线绞在一起，势必使线包中间隆起，影响绕线和线包的平整。

可将导线平行对折成两股作为引出线。

8.绕组的中心抽头

线圈的中心抽头，是将一个线圈绕组分成两个完全对称的绕组。

若用单股线绕制，绕在内层的线圈漆包线的长度比绕在外层漆包线的长度要短，会引起两部分线圈直流电阻不等。

采用双股并绕，绕制方法与单股线绕制相同，绕完后将两并绕中的一个线圈的头和另一线圈的尾并接，再引出作中心抽头。

9．绕组的初步检查

绕组制作完成后，要进行初步检查：

（a）用量具测量绕组各部分尺寸，与设计是否相符，以保证铁心的装配；

（b）用电桥测量绕组的直流电阻，以保证负载用电的需要；

（c）用眼睛观察绕组的各部分引线及绝缘完好与否，以保证可靠的使用。

（3）绝缘处理

变压器绕组绕制完成后，为了提高绕组的绝缘强度、耐潮性、耐热性及导热能力，必须对绕组进行浸漆处理。

1．绝缘处理用漆

绕组绝缘处理所用的漆，一般采用三聚氰胺醇酸树脂漆。

2．绝缘处理所用工艺

变压器绝缘处理工艺与电机的基本相同。

所不同的是变压器绕组可采用简易绝缘处理方法，即“涂刷法”：

在绕制过程中，每绕完一层导线，就涂刷一层绝缘漆，然后垫上层间绝缘继续绕线，绕完后通电烘干即可。

3．绝缘处理的步骤

变压器绝缘处理的步骤也与电机的步骤一样，为预烘→浸漆→烘干。

对小型变压器绕组通电烘干可采用一种简易办法：

用一台500VA的自耦变压器作电源，将该绕组与自耦变压器二次侧相接，并将一次侧绕组短接，逐步升高自耦变压器二次侧电压，用钳形电流表监视电流值，使电流达到待烘干变压器高压绕组额定电流的2~3倍，半小时后绕组将发热烫手，

持续通电约10h，即可烘干层间涂刷的绝缘漆。

（4）铁心的装配

1．铁心装配的要求

（a）要装得紧。

不仅可防止铁心从骨架中脱出，还能保证有足够的有效截面和避免绕组通电后因铁心松动而产生杂音；

（b）装配铁心时不得划破或胀破骨架，误伤导线，造成绕组的断路或短路；

（c）铁心磁路中不应有气隙，各片开口处要衔接紧密。

以减小铁心磁阻；

（d）要注意装配平整，美观。

注意，装配铁心前，应先进行硅钢片的检查和选择。

2.硅钢片的检查及挑选

（a）检查硅钢片是否平整，冲压时是否留下毛刺。

不平整将影响装配质量，毛刺容易损坏片间绝缘，导致铁心涡流增大；

（b）检查表面是否锈蚀。

锈蚀后的斑块会增加硅钢片的厚度，减小铁心有效截面。

同时又容易吸潮，从而降低变压器绝缘性能；

（c）检查硅钢片表面绝缘是否良好。

如有剥落，应重新涂刷绝缘漆；

（d）检查硅钢片的含硅量是否满足要求。

铁心的导磁性能主要取决于硅钢片的含硅量，含硅量高的其导磁性能好，反之，导磁性能差，会造成变压器的铁耗增大。

但含硅量也不能太高，因为含硅量过高的硅钢片容易碎裂，机械性能差。

因此，一般要求硅钢片的含硅量在

3～4%。

检查硅钢片的含硅量，可用简单的折弯方法进行检查，用钳子夹住硅钢片的一角将其弯

成直角时即能折断，表明含硅量在4%以上；弯成直角又恢复到原位才折断的，表明含硅量

接近4%；如反复弯三、四次才能折断的，含硅量约3%；当含硅量在2%以下时，硅钢片就很

（5）调整测试由于小型单相变压器比较简单，制成之后一般只进行外表调整整理和空载测试。

1．调整在不通电的情况下，观察外表，看铁心是否紧密、整齐，有无松动等，绕组和绝缘层有无异常。

并及时进行调整处理。

空载通电后，有无异常噪声，对铁心不紧，铁片不够所造成的噪声要进行夹紧整理。

2．测试

（a）测量绝缘电阻用兆欧表测量各绕组对地，各绕组间的绝缘电阻应不低于50MΩ。

（b）测量额定电压在一次侧加额定电压，测量二次侧各个绕组的开路电压，该开路电压就是二次侧的额定电压，再与设计值相比，是否在允许范围内。

二次侧高压绕组允许误差

U5%，二次侧低压绕组允许误差U5%；中心抽头电压允许误差U2%。

（c）测空载损耗功率Po测试电路如图1-11-12所示。

在被测变压器未接入电路之前，

合上开关Q1，调节调压器T使它的输入电压为额定电压（由电压表PV1示出），此时在功率表上的读数为电压表、电流表的

将被测变压器接在图示位置，重新调节调压器T，直至PV1读数为额定输入电压，这时

功率表上的读数为P2，则

空载损耗功率Po＝P2－P1。

（d）测空载电流将图1-11-12中的待测变压器接入电路，断开Q2，接通电源使其空载

运行，当PV1示数为额定电压时，交流电流表A的读数即为空载电流。

一般变压器的空载电流为满载电流的10～15%。

若空载电流偏大，变压器损耗也将增大，温升增高。

（e）测实际输出电压按照图1-11-12所示，将待测变压器接入，合上Q2，使其带上额定负载R，当PV1示数为额定电压时，PV2的读数即为该变压器的实际输出电压。

将所测的实际输出电压值与前面所测的额定电压值比较，对于电子电器用的小型电源变压器，二者的误差要求是：

高电压±3%。

灯丝电压和其它线圈电压±5%。

有中心抽头的线圈，不对称度应小于2%。

（f）

R2，这

检测温升按图1-11-12加上额定负载，通电数小时后，温升不得超过40～50℃。

变压器温升可用下述方法测试：

先用万用表（或电桥）测出一次侧绕组的冷态直流电阻R1（因一次侧绕组常绕在变压器线包内层，不易散热，温升高，以它为测试对象比较适宜）然后加上额定负载，接通电源，通电数小时后，切断电源，再测一次侧热态直流电阻

样连续测几次，在几次热态直流电阻值近似相等时，可认为所测温度是终端温度，用下列经验公式可求出温升ΔT：

R2R1

3.9103R1

二、小型单相变压器的重绕修理小型单相变压器如发生绕组烧毁、绝缘老化、引出线断裂、匝间短路或绕组对铁心短路等故障均需进行重绕修理。

其重绕修理工艺与设计制作工艺大致相同，不同点主要有原始数据记录和铁心拆卸。

（一）记录原始数据在拆卸铁心前及拆卸过程中，必须记录下列原始数据，作为制作木质芯子及骨架、选用线规、绕制绕组和铁心装配等的依据。

1．记录铭牌数据

（a）型号；（b）容量；（c）相数；（d）一、二次侧电压；（e）联接组；（f）绝缘等级。

2．记录绕组数据

（a）导线型号、规格；（b）绕组匝数；（c）绕组尺寸；（d）绕组引出线规格及长度；（e）绕组重量。

测量绕组数据的方法内容为：

测量绕组尺寸；测量绕组层数、每层匝数及