电机与拖动——小型单相变压器设计.docx

1. 变压器的工作原理
变压器的功能主要有:电压变换;阻抗变换等,变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。
变压器是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。
变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组,如图所示。一个绕组接电源,称为原绕组(一次绕组、初级),另一个接负载,称为副绕组(二次绕组、次级)。当交流变压器U1加到一次侧绕组,同时也穿过二次侧绕组,它分别在两个绕组中产生感应电动势。这时如果二次侧与外电路的负载接通,便有交流I2流出,负载端电压即为U2。原绕组各量用下标1表示,副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为N1,副绕组匝数为N1。
图(1)变压器结构示意图

当一次绕组两端加上交流电压U1时,绕组中通过交流电流I1,在铁心中将产生既与一次绕组交链,又与二次绕组交链的主磁通Φ。
(1-1)
(1-2)
(1-3)
(1-4)
说明只要改变原、副绕组的匝数比,就能按要求改变电压。

变压器在工作时,二次电流I2的大小主要取决于负载阻抗模|Z1|的大小,而一次电流I1
的大小则取决于I2的大小。
又因(1-5)
所以(1-6)
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。
2. 变压器的基本结构

a)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、、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。
b)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。
c)其它结构部件:储油柜、气体继电器、油箱,铁柱;铁轭;高压线圈;低压线圈

按相数的不同变压器可分为单相变压器和三相变压器等。
按每相绕组的数量不同,变压器可分为双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。
按结构形式的不同,变压器可分为心式和壳式两种。心式变压器的特点是绕组包围着铁心。此类变压器用铁量较少,构造简单,绕组的安装和绝缘比较容易,多用于容量较大的变压器中。壳式变压器的特点是铁心包围绕组。此类变压器用铜量少,多用于小容量变压器中。
3. 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。

变压器的容量又称视在功率,是指变压器二次侧输出的功率,通常用KVA表示

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:
(3-1)
式中 S2 表示二次侧总容量。
U2、U3……UN表示二次侧各个绕组电压的有效值(V);
I2、I3……IN表示二次侧各个绕组的负载电流有效值(A)。

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
(3-2)
式中表示变压器的效率,~。

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。
S=×(S1+S2) (3-3)

(3-4)式中(~)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。

,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(3)所示。
图(3)
A——铁心柱的净面积,单位为cm2
K0——截面计算系数,与变压器额定容量Sn有关,按表3-1选取,当采用优质冷轧硅钢片时K0可取小些截面积计算系数K0。
表3-1 截面积计算系数K0的估算值
/VA
<10
10~50
50~100
100~500
>500
2~
~
~
~
~