课题为小型变压器的设计.docx

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课题为小型变压器的设计

课题为小型变压器的设计，应为小型变压器主要面向对象为大众人群，工业需求较少，且主要是降压作用，所以以下课题以单相变压器为对象。

小型变压器是指2kVA以下的电源变压器及音频变压器。

而对于小型变压器设计原则与技巧，根据所查资料及询问老师傅，应有如下几点。

1：

变压器截面积的确定　铁芯截面积A是根据变压器总功率P确定的。

设计时，若按负载基本恒定不变，铁芯截面积相应可取通常计算的理论值即A=1.25　。

如果负载变化较大，例如一些设备、某些音频、功放电源等，此时变压器的截面积应适当大于普通理论计算值，这样才能保证有足够的功率输出能力。

2：

每伏匝数的确定　变压器的匝数主要是根据铁芯截面积和硅钢片的质量而定的。

实验证明每伏匝数的取值应比书本给出的计数公式取值降低10%～15%。

例如一只35W电源变压器，通常计算（中夕片取8500高斯）每伏应绕7?

2匝，而实际只需每伏6匝就可以了，这样绕制后的变压器空载电流在25mA左右。

通常适当减少匝数后，绕制出来的变压器不但可以降低内阻，而且避免因普通规格的硅钢片经常发生绕不下的麻烦，还节省了成本，从而提高了性价比。

3：

漆包线的线径确定　线径应根据负载电流确定，由于漆包线在不同环境下电流差距较大，因此确定线径的幅度也较大。

一般散热条件不太理想、环境温度比较高时，其漆包线的电流密度应取2A/mm2（线径）。

如果变压器连续工作负载电流基本不变，但本身散热条件较好，再加上环境温度又不高，这样的漆包线取电流密度25A/mm2（线径），若变压器工作电流只有最大工作电流的1/2，这样的漆包线取电流密度3～3.5A/mm2（线径）。

音频变压器的漆包线电流密度可取3.5～4A/mm2（线径）。

这样因时制宜取材既可保证质量又可大大降低成本。

4：

并且对于容量在2KVA，一次侧电压48V，二次侧电压220V，频率为50Hz的升压变压器市场价格在700至1000不等，所以对于小型变压器设计也应考虑实际价位。

综上所述要想设计出性价比较高的变压器，铁芯的截面积只能大不能小；适当减少每伏的匝数；详细分析负载情况；合理选用漆包线的规格。

只有通过反复实践细心推敲，才能真正掌握变压器的设计原则与技巧。

变压器的工作原理及基本结构

1.基本结构图

图

（1）基本结构图

2基本原理

根据法拉第电磁感应定律及楞次定律，当一次侧绕组两侧对其施加电压时，绕组会产生电流，由于法拉第电磁感应定律，一次侧电流感应出磁，感应磁经主磁路向二次侧方向通过，当感应磁经二次侧绕组时，由于法拉第电磁感应定律，二次侧绕组产生感应电流并且感应电流从二次侧绕组两端接线流出，流入端线所接负载。

公式如下：

e1=-N1*（dØ/dt）e2=-N2*（dØ/dt）

U1=-e=N1*（dØ/dt）U2=e2=-N2*（dØ/dt）

根据上述公式可以导出e1/e2=N1/N2=kU1/U2=-N1/N2

K为电压比，所以说对于理想变压器一次和二次绕组电压比等于一次和二次绕组匝数比，之所以为负号，是因为U2和U1相位差为-180°.所以设计k值即可变压。

通过上文所述可知变压器主要部件为铁心及绕组，它们构成变压器的器身。

对于铁心，其即是磁路有事套装绕组的骨架。

铁心有心柱和铁轭俩部分组成。

心柱作用为套装绕组，铁轭作用则是将铁心连接起来，使之形成闭合磁路。

根据铁心结构。

变压器可以分为心式和壳式两种。

绕组则是变压器的电路部分，其用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成，其输入电能的绕组成为一次绕组，输出电能的绕组为二次绕组，它们通常装在同一心柱上。

一次和二次绕成应该具有不同的匝数，进而有不同的电压和电路，其中电压较高的绕组为高压绕组，电压较低的绕组为低压绕组，因为课题开头已作出声明，设计为升压变压器，所以一次侧为低压绕组

其他部件，除器身外，油浸变压器还应该有油箱，变压器油，散热器，绝缘套，分接开关和继电保护装置等部件。

由于本课题不涉及这些范围，所以不再给予详细说明。

图

（2）单相心式变压器图（3）单相壳式变压器

3．变压器参数设计及计算

因为小型变压器，尤其是面向大众人群的种类，其主要用途为降压，即一般一次侧接220V国家标准电压，且其工频为50Hz，本课题将其降压至24V，36V，48V三档变压，以便适应更多的人群。

所以，铭牌值为，额定容量SN=2KVA，额定电压UN1=220V，UN2=24,36,48V额定电流I1N=SN/U1N,I2N=SN/U2N,e额定功率f=50Hz。

因为从原理可以看出，二次侧电流取决于二次侧所接负载，有公式又可知一次侧电流取决于二次侧电流。

市场上小型变压器

η=0.8~0.9。

4．变压器设计细节

5．变压器内部设计及工业设计

1好的变压器内部设计应该有更好的外观设计，市场上的几乎所有同类产品外观设计不尽人意，给人一种敷衍行事态度，间接影响市场销量。

小型变压器设计不仅仅设计参数是否恰当，内部构造是否合理，也应注重外观是否美观，是否接线方便，更换是否简便。

根据上述论证，本课题设计一种比较创新的内部构造及外观设计，使小型变压器更加人性化，简便化。

设计内部结构原理及外部设计示意图

图（5）设计内部结构原理

图（7）外观设计图示意图

图（6）概念图，整体类似立方体，体现一体化和去棱化

图（4）各式各样的小型变压器

以上为在网上找到了最常见的小型变压器实体照，暂且不提其变压效果，且说外观即不太讨好。

虽说小型变压器以实用好用为主，外观可暂居其次，但随着生活水平提高，人们更加注重细节，美观，况且据网上查上述变压器操作相对麻烦（相对于本课题全新设计的小型变压器，后文叙述）

2.本课题的创新设计在于去棱化，去接线化，一体化，极简化。

1）去棱化是指去掉小型变压器上面的各种没必要多余的棱线棱角，从而使其便于运输，增大运输量，因为去棱化后变压器可以叠放，二妹去棱化的变压器由于上面棱角，所以不能叠加，从而减少运输量，变向增加成本。

2）去接线化，现在的变压器清一色是将导线接上去的，不免会先松开接线点的绝缘螺丝帽，然后将接线接进螺丝，再将绝缘螺丝帽拧紧。

这无疑加大了工作量，麻烦且有一定的危险。

而去接线化是将上述接线方式改为插线式，通过插线式接线可以极大的简化接线问题，节省了不必要的麻烦。

一体化是去棱化的体现，而极简化是去接线化改为插线式的体现，总之，本课题所创新出的两项改进设计应该非常人性化，方便了用户操作并且增加了美观。

1）内部构造设计原理图2）外观工业设计三视图及细节图

6．变压器设计问题及改进：

由于本课题所设计的小型变压器比较创新，其插线化的设计在社会上应该没有先例或者没有推广，所以该型变压器的推广不太方便。

鉴于此现状，在此小节进行改进，设计一种转化装置器，可以将现状的接线接入该装置器，再将该装置器接入本课题设计的变压器的插线口。

7．心得体会

通过对本次课题的研究，让我对电机（主要是变压器）有了全新的认识，并且学习了电机的工业设计，而且将其实践在本课题中。

全方位地让我再一次加深了对变压器的基本构造，基本原理的理解。

对将来的社会工作实践发展奠定了基础，希望将来多多研究，设计相关方面的课题！

（

1-1

）

dt

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1-2

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