小型变压器课程设计

辽宁工程技术大学

《电机学》课程设计

设计题目：小型单相变压器设计院（系、部）：

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日期：2013-6-28

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摘要

电，现今社会已经近乎于主导地位的洁净能源，还在继续提高着自己的位置。围绕着它所展开的学术研究也一天天的多了起来，针对着世界能源紧缺这个不可回避的问题，人们把希望寄托到了电的身上。它的产生方式很多，这就为它能多方式的产生打下了基础，如水能、风能等不好利用的能源，都能被合理的转化成电能，可见电的发展前景是很广阔的。发电、变电、用电，很多课题都已经大规模的展开，变压器也是其中一门很重要的学科。

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）。变压器就是一种利用电

磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。

目录

一﹑变压器的工作原理 (5)

二﹑变压器的组成 (6)

（三）﹑其他部分 (8)

三﹑变压器主要参数的计算 (9)

（一）、容量的确定 (9)

（二）、铁心尺寸的选定 (10)

（三）、绕组的计算 (12)

（四）、绕组排列 (13)

（五）、安全性和稳定性 (14)

四、例题 (15)

五、结论 (17)

参考文献 (18)

一﹑变压器的工作原理

当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。

如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，

ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。

二﹑变压器的组成

（一）﹑铁心

1﹑铁心的作用和形式铁心是变压器的基本部件，由磁导体和夹紧装置组成，所以它有两个作用。

在原理上，铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电能转为磁能，又由自己的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介，磁导体是铁心的主体。在结构上，铁心的夹紧装置不仅使磁导体成为一个机械上完整的结构，而且在其上面套有带绝缘的线圈，支持着引线，几乎安装了变压器内部的所有部件，所以它又是变压器的骨架。

铁心的重量在变压器各部件中占有绝对的优势，在干式变压器中占总重量的60％左右，在油浸式变压器中由于有变压器油和油箱，重量的比例才下降约占40％。

变压器的铁心（即磁导体）是框形闭合结构。其中，套线圈的部分称心柱，不套线圈只起闭合磁路的部分称铁扼。

铁心分为两大类，不套线圈只起闭合磁路的部分称铁扼。

铁心分为两大类，壳式铁心和心式铁心。铁扼包围了线圈的称为壳式铁心，否则称心式铁心，由带状硅钢片卷绕而成的称卷铁心。

壳式铁心一般是水平放置的，心柱截面为矩形，每相有两个旁扼，壳式铁心的优点是铁心片规格少，心柱截面大而长度短，夹紧和固定方便，漏磁通有闭合回路，附加损耗小，

易于油对流散热。缺点是线圈为矩形，工艺特殊，绝缘结构复杂，短路能力差，尤其是硅钢片用量多。

心式铁心的优缺点正好与壳式相反，壳式和心式两种结构各有特色，很难断定其劣式。但由其绝缘所决定的制造工艺则大有区别，一旦选定了某一种结构，就很难转而生产另一种结构。正由于这个原因，国内都采用心式铁心，只有在小容量的单相变压器及特殊用途的变压器中采用壳式铁心。

心式铁心一般有单相二柱式，单相单柱旁扼式叠铁心。

单相二柱旁扼式叠铁心（四柱铁心）（C）,三相三柱（B），三相五柱式（C）

派生出的还有，辐射式，Y型，卷铁心等。

2﹑铁心用硅钢片

铁心用材质是电工硅钢片是在炼刚时加入（3～5）％左右的硅，从而提高了钢片的导磁率和电阻率，减少了钢片中的磁滞损耗和涡流损耗，这种材料由于软磁特性好而用于电

工产品中，所以称为硅钢片。

硅钢片表面具有双面耐热绝缘层，多采用磷酸盐涂层，每层厚度不超过3-4um，即使经退火处理，绝缘膜仍不致破坏，在压力为5kg/cm^2的情况下，双面绝缘层表面电阻不小于7052cm^2对变压器铁心做片间绝缘不需再另涂绝缘层。此绝缘膜为透明的灰色。

硅钢片的厚度一般为0.28-0.5mm或更薄一些（0.23，0.27）我国冷扎硅钢片的厚度一般为0.35，0.3和0.27mm三种，0.3mm用的比较普遍，做薄的目的是为了限制硅钢片的涡流损耗。此外，硅钢片的涡流也产生磁场，这种磁场要减弱主磁场，硅钢片边缘的涡流磁场较中间弱，因此造成磁通绝大部分沿表面通过，片中间部分实际上不起导磁的作用，因此硅钢片越薄电磁性能越好，但太薄时，在相同铁心柱直径情况下，铁心叠片系数减小，有效截面积相应降低，空载损耗增大，此外铁心制造时片数增多，工时增加，经济效果也差，根据生产实践经验，目前认为冷扎硅钢片厚度在0.28-0.35 mm范围内较为合适。

电工钢片有热扎和冷扎两种，热扎的磁性能差，磁通密度只能达到1.5T-1.6T,而单位损耗P15/50却大于208W/KG已不采用，冷扎电工钢片磁饱和点较高，磁密在1.9-2.5时才开始饱和。

磁性能好，饱和Bt高，单位损耗和单位励磁容量小。现变压器均采用此材料（如果横着轧制方向损耗将大三倍左右）片号中符号DW-冷扎无取向硅钢片；DQ－冷扎取向硅钢片；高磁密取向硅钢片；符号后数字－单位损耗值的100倍（DW为P15/50的100倍，DQ 为P17/50的100倍）；横线后数字厚度mm的100倍，如DQ120G-30 30Q140。

现还有经激当处理的高导磁硅钢片，型号为ZDKH，通过激光束扫描照射，此畴变细，进一步降低了铁心的空载损耗，一般可降PO(7-13)%;非晶合金材料（金属玻璃，其厚度更薄，损耗更低（约定冷扎晶粒取向的20-25％）

3﹑铁心常见故障1>铁心噪音大2>空载损耗，空载电流大3>多点接地和局部过热