小功率单相电源变压器的设计

课程论文

（小功率单相电源变压器的设计）

姓名谢锦华杨志华曾宏毅赵也有学号27 28 29 30

专业07电气工程及其自动化4班

成绩

指导教师许俊云程良鸿

设计时间：2周

小功率单相电源变压器的设计

1.设计要求

对设计内容2中的变压器设计，要求结合实验室提供的实物（该变压器为一台单相变压器，视载功率约为6V A ，原方额定电压220伏，副方额定电压9V ），上网查阅有关变压器的设计资料。对预设计变压器给出详细的理论计算。 包括：

1原副方额定电流计算 2铁芯截面积计算

3硅刚片的选择

4原、副方绕组匝数的计算 5原、副方绕组导线直径计算 6铁芯窗口面积核算

本次我们组预设计单相变压器参数：视载功率50V A ，原/副方额定电压220V/ 12V 。 2.变压器参数具体计算

2.1变压器输入视在功率p sr 的计算

变压器输出视在功率

p

sc

即为额定视在功率为50V A,根据下面公式即可算出原边视在功

率

η

p

p

sc

sr

=

即 sr P VA 5.628

.050

≈=

式中：η为变压器的效率，η总是小于1，对于功率为1KW 一下的变压器η=0.8~0.9

2.2变压器原边额定电流的计算

原边额定电流 1.2)~(1.11

U 1I p

⨯=

sr

0.311.1220

62.5

1I ≈⨯=

A 式中：U1为原边电压有效值，即就是外加电源电压，1.1~1.2是考虑到变压器空载励磁电流大小的经验系数 副边额定电流 1.2)~(1.12

U 2I p

⨯=sr

5.731.112

62.5

2I ≈⨯=

A

2.3变压器铁芯面积S 的计算

小型单相变压器常用E 型铁芯，他的中柱面积S 的大小与变压器总输出实在功率有关，即 P

SC

K

S = cm

2

14.14502S ≈=

数k 的取值有两种方法:一种方法是根据硅钢片的好坏、若其磁通密度B m 低于1 T , K 取1. 25 左右;高于1 T , K 取2

据计算所得的S 值,还要结合实际情况来确定铁芯尺寸a 与b 的大小,因为变压器的铁芯截面积

b ⨯=a S

式中: a 铁芯中柱宽(cm) ; b ─铁芯净迭厚(cm) .

为使变压器不致太厚或太宽,一般取迭厚b 为其宽度a 的1. 5～2 倍,计算得a=2.66cm, b=5.32cm.由于铁芯用涂绝缘漆的硅钢片迭成,考虑到漆膜与钢片间隙的厚度,因此实际的铁芯厚度b ′应将b 除以0. 9 使其为更大些,即b ′≈1. 1b (cm)=5.85cm

2.4硅钢片的选择

不同的硅钢片所允许的Bm 值也不同,对于冷轧硅钢片(Bm 取1. 6～1. 8 T) ,优质硅钢片( Bm 取1～1. 2T) ,一般硅钢片(Bm 取0. 7～0. 8 T) .在此，我们决定选用优质硅钢片作为变压器铁芯。

2.5变压器匝数计算

变压器绕组每伏匝数的计算:

根据绕组感应电动势有效值 U ≈ E = 108

S Bm N f 44.4⨯

设S

Bm 4.44f U N 10N 8

0=

=表示变压器每感应1 V 电动势所需绕的匝数,即若把f = 50 Hz 代入上式,化简即得每伏匝数,

S

Bm 4.510N

5

⨯=

(1/ V)

3.181

4.144.510

10

N

4

50

≈⨯⨯=

式中: S 为铁芯截面,单位:

cm 2

不同的硅钢片所允许的Bm 值也不同,对于冷轧硅钢片(Bm 取1. 6～1. 8 T) ,优质硅钢片( Bm 取1～1. 2T) ,一般硅钢片(Bm 取0. 7～0. 8 T) .对于副绕组中各绕组的匝数,因绕组内阻抗的压降,副边的每伏匝数须增加5 %～10 % ,则N

'0

=(1+5%)N 0

原绕组的匝数: ==U N N 1

01

)700(2203.18匝=⨯

副绕组的匝数:

)40(121.053.18U N N 2'

02匝=⨯⨯==

2.6变压器原副绕组导线直径的计算

根据通过各绕组的电流,选择导线的线径,通常的方法是查导线规格表,若没有表也可利用计算方法决定铜导线的粗细,小功率电源变压器的导线容许通过的电流密度j = 2. 5～3 A/ mm2 ,所以知道了通过线圈的电流I 以后,由I/j 决定导线的截面积，又因为导线截面积等于

π

d

2

/4（d 是导线直径），因此d=1.13I/j,当j=2.5A/mm2时，d=0.72I

原边导线直径：0.39mm I172

.0d 1

==

副边导线直径：

1.54mm I27

2.0d

2

==

2.7核算铁芯窗口是否能容纳所有绕组

核算变压器铁芯窗口容量,即核算铁芯窗口是否能容纳所有绕组. 设计算求得各绕组的线径，则导线的总截面积为

cm 1.540.39N N d S 2

222

2121d 1.5840)700(400

)(400

≈⨯+⨯=

+=

π

π

考虑到导线之间有空隙存在以及各层之间绝缘物均占部分窗口面积，则导线实际占有面积为

K

S t

d

,

K t

为小于1的常数，成为填充系数，容量为几瓦至几十瓦德变压器，

K

t

取0.2~0.3，

容量为几百至几千瓦时取0.34~0.4 如果窗口面积≥

Q K

S t

d ,则表示窗口可容纳下各绕组，如

果Q <

K

S t

d ，则需要重选铁芯尺寸，我们取填充系数为0.2则

=

S 实cm K

S 2

t

d 7.90.2

1.58≈=

，若采用国产GEI226 型铁芯规格,其窗口面积cm 2

87.17.4hc Q =⨯==，则有Q >S

实

,核算结果说明该种铁芯窗口可以容纳线包

3.收获与体会

通过这次电机拖动课程设计，我们通过查阅相关资料，系统的学习了有关变压器设计的一些基本计算，提高了我们对于电机学特别是变压器部分的知识的掌握。我们在翻阅资料时发现，现实变压器的设计计算中与课本学习到的理论知识有些不同，后来了解发现时因为课本上学习的主要是理论，让我们了解理想状态下变压器的模型，有利于我们的理解，而实际设计中因为要考虑实际应用从而需要考虑的因素很多，因此我们深刻发现将理论与实际相结合是非常重要的。总结这次课程设计，不仅加深了我们对变压器知识的理解，同时提高了我们的动手能力，希望今后多进行课程设计，进一步提高我们的能力。