变压器设计报告.doc

变压器设计报告
班 级： 机电0912

姓 名： 郑乃金

指导教师： 赵洪

同 组：郑立伟 吴海燕 张云

丽水职业技术学院

2011 年 12 月

压器计算说明书
一、 变压器原理
变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电变压器原理图流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。

二、变压器的基本结构
变压器的基本结构可分为铁心、绕组、油箱、套筒。（本次实训实用的只有铁心和绕组）。
1、铁心 铁心是变压器的磁路，它分为心柱和铁轭两部分。心柱上套绕组，铁轭将心柱连接起构成闭合磁路。为了减少交变磁通在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗，变压器铁心由厚度为0.27MM、0.3MM、0.35MM的冷轧高硅钢片叠装而成。为了进一步降低空载电流和空载损耗，铁心叠片采用全斜接缝，上层（每层2~3片叠片）于下层叠片接缝错开。
心柱截面是内接于圆的多级矩形，铁轭与心柱截面相等。
2、绕组 绕组是变压器的电路部分，它由包有绝缘材料的铜或铝导线绕制而成。装配时低压绕组靠着铁心，高压绕组套在低压绕组外面，高低绕组间设置有油道或气道，以加强绝缘和散热。高低压绕组两端到铁轭之间都要衬垫端部绝缘板。
变压器效率与容量经验数据表
输出容量
<10
10~30
30~80
80~200
200~400
>400
效率（%）
60
70
80
85
90
>95

三、小型变压器设计和计算
材料的计算
设输入电压U1=220V，输出电压U2=31V。
计算输入功率P1
输入功率P2

次级电流I2
计算初级电流I1
式中，K1为经验系数，是考虑励磁电流的影响而采用的系数，其值一般可取1.2，变压器容量越小，选取的K1值越大。本例选K1=1.2

计算铁心实际截面积Ac’
Ac’=K2
式中，K2是与硅钢片质量和叠片系数有关的系数，一般K2值在1~1.6之间，硅光片质量越好，K2值越小。本例采用D41~D43热扎硅光片，可取K2=1.25。
因此，Ac’=
确定铁心具体尺寸
由于GE型铁心窗口面积小，材料利用率高，用料较省，成本较低，古本例选用GE型铁心。
从下表可知，可取Ac=16.4cm2 ，可以查出铁心舌宽a=30mm，碟片厚度60mm
GE型铁心变压器计算数据表（表1.2）
容量
铁心尺寸舌宽a叠厚b（mm）
磁路长度（cm）
铁心截面积
每伏匝数（匝/伏）
铁心质量（kg）
磁通密度(T)
电流密度（A）
3
5
6
8
1418
1421
1424
1428

8.04
2.29
2.68
3.06
3.57
16.4
14
12.3
10.5
0.211
0.246
0.281
0.327

1.2

4

10
11
12.5
14
1620
1624
1628
1632

9.15
2.91
3.49
4.09
4.66
12.9
10.7
9.17
8.05
0.293
0.364
0.424
0.485

4
18
20
23
26
1924
1928
1932
1938

10.9
4.15
4.84
5.53
6.57
9.04
7.75
6.79
5.71
0.496
0.576
0.66
0.783

4
30
35
40
45
2228
2233
2238
2244

12.6
5.62
6.61
7.61
8.81
6.67
5.68
4.93
4.26
0.781
0.92
1.06
1.23

12

3
55
65
72
80
2632
2639
2645
2652

15
7.57
9.23
10.7
12.3
4.95
4.06
3.50
3.05
1.31
1.60
1.83
2.12

3
92
105
120
130
3038
3045
3052
3060

17.2
10.4
12.3
14.2
16.4
3.6
3.05
2.64
2.29
1.96
2.32
2.68
3.09

3
150
165
195
220
3544
3552
3560
3570

20.0
14
16.5
19.1
23.3
2.68
2.26
1.96
1.68
3.12
3.65
4.22
4.92

2
260
300
340
375
4050
4060
4070
4080

23
18.2
21.8
25.5
29.1
2.06
1.72
1.47
1.29
4.84
5.8
6.78
7.75

2

计算各绕组匝数
计算每伏匝数W0
W0===

=2.28匝/V
式中——电源频率，为50Hz;
Bc——铁心磁通密度，对一般热扎硅钢片，可取1.0~1.2T（本例取1.2T）；对冷扎硅钢片可取1.2~1.6T。
计算初级匝数W1
W1=W0U1=2.28220503砸
计算W2 W2=1.052.283174砸
计算导线直径
选电流密度j
可取j=2-4A/mm2,本例取j=2A/mm2
计算初级绕组导线直径d1

计算次级绕组导线直径d2

选取漆包线的规格尺寸
(表1.3)圆铜单线规格范围（mm）
单线直径
允许偏差
单线直径
允许偏差
0.020~0.025
0.030~0.100
0.110~0.250
0.260~0.700
0.710~1.000

1.01~2.50
2.51~3.50
3.51~4.50
4.51~6.00

根据计算出的d1、d2值，从第6篇第1章表6.1.8选取直径与之相近而较粗的漆包线。选取初级绕组导线直径标准值d’=0.90mm，次级绕组直径标准值d’2=2.00mm。
校核铁心窗口面积
选取铁窗有效高度h
由上可知，铁心舌宽a=30mm，查表1.4，可得铁窗有效高度h=91mm，此高度即为绕组框架长度。
（表1.4）GE型铁心尺寸（mm）系列

确定绕组框架有效长度h’
由于在绕组框架两端共约10％的长度不绕线，并设框架用厚1mm的纸板制作，因此框架的有效长度为
h’=0.9（h-12）=80.1mm
选取排绕系数K4
根据线径粗细，选取排绕系数K4，其值在1.05~1.15之间，本例取K4=1.05
计算初级绕组的每层匝数W1M
匝
计算次级绕组的每层匝数
匝
计算初级绕组层数N1
层
计算次级绕组层数N2
层
计算初级绕组总厚度D1
D1=N1（d’1+l1）+r1
式中 l1——层间绝缘厚度，可视导线直径大小可取0.02~0.12mm厚的白玻璃纸、电缆线、电话，本例选用0.12mm厚的电缆纸；
r2——绕组间绝缘厚度，本例选用r2=r1=0.34mm
因此

式中 ——层间绝缘厚度，本例选用两层0.12mm厚的电缆纸：
——绕组间绝缘厚度，本例选用。

选取绕组骨架的厚度D0
本骨架用1mm厚纸板制作，外包两层0.05mm厚的电话纸及两层0.05mm厚的聚酯薄膜、因此
D0=1+0.052+0.052=1.2mm
计算绕组总厚度D
D=K5（D0+D1+D2）
式中，K5为叠绕系数，可取1.1~1.2，本例取1.15.
将K5=1.15及D0、D1、D2值代入上式，可得
D=1.15（1.2+6.46+4.46）=13.93mm
从表1.4查得，窗宽c=19mm，显然Dc，故此计算结果是可行的，而且考虑了手工绕线实际情况，留有一定的余量。
当然，也可以按变压器额定容量P2直接查表1.2可得铁心尺寸、铁心截面积、每伏匝数和电流密度，然后再往下计算。此方法比较简单，虽然计算结果略有差别，但一般情况还是可以适用的。
以上数据根据《新电工手册》上的标准加上材料上的数据，经过计算得出。