小型单相变压器设计与相关计算

小型单相变压器设计

1、小型单相变压器简介

变压器是通过电磁耦合关系传递电能的设备，用途可综述为：经济的输送电能、合理的分配电能、安全的使用电能。实际上，它在变压的同时还能改变电流，还可改变阻抗和相数。

小型变压器指的是容量1000V.A以下的变压器。最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁心(构成磁路)和绕在铁心上的两个匝数不同、彼此绝缘的绕组(构成电路)构成。这类变压器在生活中的应用非常广泛。

1.1 变压器的基本结构

1、1、1主要组成

(1) 铁心

为了减少铁损耗，变压器的贴心是用彼此绝缘的硅钢片叠成或非晶体片制成。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，乡邻两层硅钢片的接缝要相互错开。

（2）绕组

变压器的绕组用绝缘导线或扁导线绕成，实际变压器的高，低压绕组并不是分装在两个铁心柱上，而是同心地套在同一个铁心柱上的。为了绝缘的方便，通常低压绕组在里面，靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面。（3）其他

除铁心和绕组外，因容量和冷却方式的不同，还需要增加一些其他部件，例如外油绝缘套等等。

1、1、2主要类型

按相数的不同，变压器可分为单向相变压器和三相变压器等。

按每相绕组数量的不同，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。脆变压器用铁量较少，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。脆变压器用铜量少，多用于小容量变压器中。

2、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；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。

变压器（transformer）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（1）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）。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1N，副绕组匝数为2N。

图（1）变压器结构示意图

理想状况如下（不计电阻、铁耗和漏磁），原绕组加电压1u ，产生电流1i ，建立磁通φ，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势21e e 和。

当变压器二次侧空载时，一次侧仅流过主磁通的电流（Í0），这个电流称为激磁电流。当二次侧加负载流过负载电流Í2时，也在铁芯中产生磁通，力图改变主磁通，但一次电压不变时，主磁通是不变的，一次侧就要流过两部分电流，一部分为激磁电流Í0，一部分为用来平衡Í2，所以这部分电流随着Í2变化而变化。当电流乘以匝数时，就是磁势。

上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用，变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。

2、1 电压变换

当一次绕组两端加上交流电压1u 时，绕组中通过交流电流1i ，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。

2、2 电流变换

变压器在工作时，二次电流2I 的大小主要取决于负载阻抗模|1Z |的大小，而一次电流1

I 的大小则取决于2I 的大小。

2211I U I U = 又 （1-5）

K

I

I U U I 22121==

∴ （1-6）

说明变压器在改变电压的同时,亦能改变电流。

2.3 阻抗变换

变压器的二次绕组接有阻抗模|Z L |的负载时，若忽略Z 1，Z 2和I 0，则 |Z L |=U 2/I 2=U 1/ (K 2*I 1)

U 1与I 1之比相当于从变压器一次绕组看进去的等效电阻模|Ze|=k 2|Z l | 可见，当负载直接接电源时，电源的负载阻抗模为|Z L |，通过变压器接电源时，相当于将组抗模增加到|Z L |的k 2倍，在电子技术中经常利用变压器的这一阻抗变换作用来实现“组抗匹配”

2、4电压比

N1——一次侧绕组的匝数； N2——二次侧绕组的匝数。

当N1＞N2时，Ku ＞l ，此时U1＞U2．这时的变压器称为降压变压器。 当N1＜N2时, Ku ＜1，此时U1＜U2，这时的变压器称为升压变压器。

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。

3、1 额定容量的确定

变压器的容量又称表现功率和视在功率，是指变压器二次侧输出的功率，

通常用KVA 表示。 3、1、1 一次绕组的容量

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

S 1=η2

S （单位为V ·A ） （3-2） 式中

S

1——

变压器的额定容量；

η——变压器的效率，约为0.8～0.9，表3-1 所给的数据是生

产时间的统计数据，可供计算时初步选用。

表3-1 小容量变压器计算参考数据

3、1、2 二次侧总容量

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

I U I

U I U S n

n +++= (3)

3

2

2

2

（3-1）

式中

S

2

——二次侧总容量（V ·A ）

U 2

,U

3

,……U n ——二次侧各个绕组电压的有效值（V ）；

I 2

,I

3

,……I n —— 二次侧各个绕组的负载电流有效值（A ）。