单相变压器毕业设计

目录
摘要 (2)
前言 (2)
1.变压器的工作原理及分类 (3)
1.1变压器的基本工作原理 (3)
1.2变压器的分类 (4)
2.变压器的基本结构 (4)
2.1铁芯 (4)
2.2绕组 (5)
2.3其他 (5)
3.设计的内容 (5)
3.1 额定容量的确定 (5)
3.1.1 二次侧总容量 (5)
3.1.2一次绕组的容量 (6)
3.1.3变压器的额定容量 (6)
3.1.4一次电流的确定 (6)
3.2铁芯尺寸的选定 (7)
3.2.1计算铁芯截面积A (7)
3.3 绕组的匝数与导线直径 (9)
3.3.1绕组的匝数计算 (9)
3.3.2导线直径的计算 (9)
3.4 绕组（线圈）排列及铁心尺寸的最后确定 (11)
4.结论 (12)
参考文献 (13)
单相变压器的设计
摘要：本次设计的课题是单相变压器，基本要求是输入电压范围在24V到60V，功率为100W 的单相升压变压器。

首先要了解变压器的工作原理、结构和分类，其次是变压器的设计步骤包括额定容量的确定；铁芯尺寸的选定；绕组的匝数与导线直径；绕组（线圈）排列及铁芯尺寸的确定。

关键词：变压器基本原理设计步骤
前言
随着科学技术进步，电工电子新技术的不断发展，新型电气设备不断涌现，人们使用电的频率越来越高，人与电的关系也日益紧密，对于电性能和电气产品的了解，已成为人们必需的生活常识。

变压器是一种静止的电气设备，它是利用电磁感应原理把一种电压的交流电能转变成同频率的另一种电压的交流电能，以满足不同负载的需要。

在电力系统中，变压器是一个重要的电气设备，它对电能的经济传输，灵活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也使人们能够方便地解决输电和用电这一矛盾。

输电线路将几万伏或几十万伏高电压的电能输送到负荷区后，由于用电设备绝缘及安全的限制，必需经过降压变压器将高电压降低到适合于用电设备使用的低电压。

当输送一定功率的电能时，电压越低，则电流越大，电能有可能大部分消耗在输电线路的电阻上。

为此需采用高压输电，即用升压变压器把电压升高输电电压，这样能经济的传输电能。

它的种类很多，容量小的只有几伏安，大的可达到数十万千伏安；电压低的只有几伏，高的可达几十万伏。

如果按变压器的用途来分类，几种应用最广泛的变压器为：电力变压器、仪用互感器和其他特殊用途的变压器；如果按相数可以分为单相和三相变压器。

不管如何进行分类，其工作原理及性能都是一样的。

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芯(构成磁路)和绕在铁芯上的两个匝数不同、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.变压器的工作原理及分类
1.1变压器的基本工作原理
变压器是利用电磁感应原理工作的，如图1-1所示
图1-1变压器工作原理示意图
在一个闭合的铁芯上，套有两个绕组。

这两个绕组具有不同的匝数且互相绝缘，两绕组间只有磁的耦合而没有电的联系。

其中，接于电源测的绕组称为原绕组或一次绕组，一次绕组各量用下标“1”表示；用于接负载的绕组称为副绕组或二次绕组，二次绕组各量用下标“2”表示。

若将绕组1接到交流电源上，绕组中便有交流电流1i 流过，在铁芯中产生交变磁通Φ，与外加电压1u 相同频率，且与原、副绕组同时交链，分别在两个绕组中感应出同频率的电动势1e 和2e 。

dt d N e Φ
-=1
1 dt d N e Φ-=22
由式可知，原、副绕组感应电动势的大小正比于各自绕组的匝数，而绕组的感应电动势又近似于各自的电压，因此，只要改变一次或二次绕组的匝数比，就
能达到改变电压的目的，这就是变压器的工作原理。

1.2变压器的分类
为适应不同的使用目的和工作条件，变压器中类很多，因此变压器的分类的方法有多种，通常可按用途、绕组数目、相数、铁芯结构、调压方式和冷却方式等划分类别。

按用途分：有电力变压器（升压变压器、降压变压器、配电变压器、联络变压器等）和特种变压器（如实验变压器、仪用变压器、电炉变压器和整流变压器等）。

按绕组数目分：有单绕组（自耦）变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。

按相数分：有单项变压器、三项变压器和多项变压器。

按铁芯结构分：有心式变压器和壳式变压器。

按调压方式分：有无励磁调压变压器和有载调压变压器。

按冷却介质和冷却方式分：有干式变压器、油浸变压器和充气式冷却变压器。

2.变压器的基本结构
变压器的基本结构部件有铁芯、绕组、油箱、冷却装置、绝缘套管和保护装置等。

2.1铁芯
铁芯是变压器的主磁路，又是它的支撑骨架。

为了减少铁损耗，变压器的铁芯是用彼此绝缘的硅钢片叠成或用非晶材料制成。

其中套有绕组的部分称为铁芯柱，连接铁芯柱的部分称为铁轭，为了减少磁路中不必要的气隙，变压器铁芯在叠装时相邻两层硅钢片要相互错开。

铁芯是变压器磁路部分。

为减少铁芯内磁滞损耗涡流损耗，通常铁芯用含硅量较高的、厚度为0.35或0.5mm、表面涂有绝漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。

铁芯结构有两种基本形式：心式和壳式。

2.2绕组
变压器的绕组用绝缘圆导线绕成，是构成变压器电路的主要部分。

原、副边绕组一般用铜或铝的绝缘导线缠绕在铁心柱上。

高压绕组电压高，绝缘要求高，如果高压绕组在内，离变压器铁芯近，则应加强绝缘，提高了变压器的成本造价。

因此，为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁芯，高压绕组则套装在低压绕组的外面。

两个绕组之间留有油道，既可以起绝缘作用，又可以使油把热量带走。

在单相变压器中，高、低压绕组均分为两部分，分别缠绕在两个铁芯柱上，两部分既可以串联又可以并联。

2.3其他
除了铁芯和绕组之外，因容量和冷却方式的不同，还需要增加一些其他部件，例如外壳、油箱、绝缘套管等。

3.设计的内容
计算内容有四部分：额定容量的确定；铁芯尺寸的选定；绕组的匝数与导线直径；绕组（线圈）排列及铁芯尺寸的最后确定。

3.1 额定容量的确定
变压器的容量又称表现功率或视在功率，是指变压器二次侧输出的功率，通常用VA 表示。

3.1.1 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：
()W P S 10022==
3.1.2一次绕组的容量
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
()VA S S 1258.010021===η
式中1S --变压器的额定容量；η--变压器的效率，取0.8，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 变压器容量 S 1V ·A 磁通密度
m B ×104-T 效率η（%）
电流密度)(2mm A j 铁心计算中的 K 0值 小于10 6000～7000 60～70
3～2.5 2 10～50 7000～8000 70～80
2.5～2 2～1.5 50～100 8000～9000 80～85
2.5～2 1.5～1.3 100～500 9000～11000 85～90
2.5～1.5 1.3～1.25 500～1000
11000～12000 90～92 1.5～1.2 1.25～1.1
3.1.3变压器的额定容量
由于本次设计是功率为100W 的单项变压器，所以不考虑在三相变压器中的情况，只考虑单相变压器的情况。

小容量单相变压器的额定容量取一、二绕组容量的平均值，
()()()VA S S S 5.1121251002
12121=+=+= 考虑到存在一定的损耗，可视变压器的额定容量近似取115VA
3.1.4一次电流的确定
()A =⨯=⨯
=41.4341252.12.111U S I 式中1.2是励磁电流的经验系数。