单相变压器毕业设计

目錄
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)
單相變壓器的設計
摘要：本次設計的課題是單相變壓器，基本要求是輸入電壓範圍在24V到60V，功率為100W 的單相升壓變壓器。

首先要瞭解變壓器的工作原理、結構和分類，其次是變壓器的設計步驟包括額定容量的確定；鐵芯尺寸的選定；繞組的匝數與導線直徑；繞組（線圈）排列及鐵芯尺寸的確定。

關鍵字：變壓器基本原理設計步驟
前言
隨著科學技術進步，電工電子新技術的不斷發展，新型電氣設備不斷湧現，人們使用電的頻率越來越高，人與電的關係也日益緊密，對於電性能和電氣產品的瞭解，已成為人們必需的生活常識。

變壓器是一種靜止的電氣設備，它是利用電磁感應原理把一種電壓的交流電能轉變成同頻率的另一種電壓的交流電能，以滿足不同負載的需要。

在電力系統中，變壓器是一個重要的電氣設備，它對電能的經濟傳輸，靈活分配和安全使用具有重要的作用，此外，也使人們能夠方便地解決輸電和用電這一矛盾。

輸電線路將幾萬伏或幾十萬伏高電壓的電能輸送到負荷區後，由於用電設備絕緣及安全的限制，必需經過降壓變壓器將高電壓降低到適合於用電設備使用的低電壓。

當輸送一定功率的電能時，電壓越低，則電流越大，電能有可能大部分消耗在輸電線路的電阻上。

為此需採用高壓輸電，即用升壓變壓器把電壓升高輸電電壓，這樣能經濟的傳輸電能。

它的種類很多，容量小的只有幾伏安，大的可達到數十萬千伏安；電壓低的只有幾伏，高的可達幾十萬伏。

如果按變壓器的用途來分類，幾種應用最廣泛的變壓器為：電力變壓器、儀用互感器和其他特殊用途的變壓器；如果按相數可以分為單相和三相變壓器。

不管如何進行分類，其工作原理及性能都是一樣的。

變壓器是通過電磁耦合關係傳遞電能的設備，用途可綜述為：經濟的輸送電能、合理的分配電能、安全的使用電能。

實際上，它在變壓的同時還能改變電流，還可改變阻抗和相數。

小型變壓器指的是容量1000V.A以下的變壓器。

最簡單的小型
單相變壓器由一個閉合的鐵芯(構成磁路)和繞在鐵芯上的兩個匝數不同、彼此絕緣的繞組(構成電路)構成。

這類變壓器在生活中的應用非常廣泛。

1.變壓器的工作原理及分類
1.1變壓器的基本工作原理
變壓器是利用電磁感應原理工作的，如圖1-1所示
圖1-1變壓器工作原理示意圖
在一個閉合的鐵芯上，套有兩個繞組。

這兩個繞組具有不同的匝數且互相絕緣，兩繞組間只有磁的耦合而沒有電的聯繫。

其中，接於電源測的繞組稱為原繞組或一次繞組，一次繞組各量用下標“1”表示；用於接負載的繞組稱為副繞組或二次繞組，二次繞組各量用下標“2”表示。

若將繞組1接到交流電源上，繞組中便有交流電流1i 流過，在鐵芯中產生交變磁通Φ，與外加電壓1u 相同頻率，且與原、副繞組同時交鏈，分別在兩個繞組中感應出同頻率的電動勢1e 和2e 。

dt d N e Φ
-=1
1 dt d N e Φ-=22
由式可知，原、副繞組感應電動勢的大小正比於各自繞組的匝數，而繞組的感應電動勢又近似於各自的電壓，因此，只要改變一次或二次繞組的匝數比，就
能達到改變電壓的目的，這就是變壓器的工作原理。

1.2變壓器的分類
為適應不同的使用目的和工作條件，變壓器中類很多，因此變壓器的分類的方法有多種，通常可按用途、繞組數目、相數、鐵芯結構、調壓方式和冷卻方式等劃分類別。

按用途分：有電力變壓器（升壓變壓器、降壓變壓器、配電變壓器、聯絡變壓器等）和特種變壓器（如實驗變壓器、儀用變壓器、電爐變壓器和整流變壓器等）。

按繞組數目分：有單繞組（自耦）變壓器、雙繞組變壓器、三繞組變壓器和多繞組變壓器。

按相數分：有單項變壓器、三項變壓器和多項變壓器。

按鐵芯結構分：有心式變壓器和殼式變壓器。

按調壓方式分：有無勵磁調壓變壓器和有載調壓變壓器。

按冷卻介質和冷卻方式分：有幹式變壓器、油浸變壓器和充氣式冷卻變壓器。

2.變壓器的基本結構
變壓器的基本結構部件有鐵芯、繞組、油箱、冷卻裝置、絕緣套管和保護裝置等。

2.1鐵芯
鐵芯是變壓器的主磁路，又是它的支撐骨架。

為了減少鐵損耗，變壓器的鐵芯是用彼此絕緣的矽鋼片疊成或用非晶材料製成。

其中套有繞組的部分稱為鐵芯柱，連接鐵芯柱的部分稱為鐵軛，為了減少磁路中不必要的氣隙，變壓器鐵芯在疊裝時相鄰兩層矽鋼片要相互錯開。

鐵芯是變壓器磁路部分。

為減少鐵芯內磁滯損耗渦流損耗，通常鐵芯用含矽量較高的、厚度為0.35或0.5mm、表面塗有絕漆的熱軋或冷軋矽鋼片疊裝而成。

鐵芯結構有兩種基本形式：心式和殼式。

2.2繞組
變壓器的繞組用絕緣圓導線繞成，是構成變壓器電路的主要部分。

原、副邊繞組一般用銅或鋁的絕緣導線纏繞在鐵心柱上。

高壓繞組電壓高，絕緣要求高，如果高壓繞組在內，離變壓器鐵芯近，則應加強絕緣，提高了變壓器的成本造價。

因此，為了絕緣方便，低壓繞組緊靠著鐵芯，高壓繞組則套裝在低壓繞組的外面。

兩個繞組之間留有油道，既可以起絕緣作用，又可以使油把熱量帶走。

在單相變壓器中，高、低壓繞組均分為兩部分，分別纏繞在兩個鐵芯柱上，兩部分既可以串聯又可以並聯。

2.3其他
除了鐵芯和繞組之外，因容量和冷卻方式的不同，還需要增加一些其他部件，例如外殼、油箱、絕緣套管等。

3.設計的內容
計算內容有四部分：額定容量的確定；鐵芯尺寸的選定；繞組的匝數與導線直徑；繞組（線圈）排列及鐵芯尺寸的最後確定。

3.1 額定容量的確定
變壓器的容量又稱表現功率或視在功率，是指變壓器二次側輸出的功率，通常用VA 表示。

3.1.1 二次側總容量
小容量單相變壓器二次側為多繞組時，若不計算各個繞組的等效的阻抗及其負載阻抗的幅角的差別，可認為輸出總視在功率為二次側各繞組輸出視在功率之代數和，即：
()W P S 10022==
3.1.2一次繞組的容量
對於小容量變壓器來說，我們不能就認為一次繞組的容量等於二次繞組的總容量，因為考慮到變壓器中有損耗，所以一次繞組的容量應該為
()VA S S 1258.010021===η
式中1S --變壓器的額定容量；η--變壓器的效率，取0.8，表3-1 所給的數據是生產時間的統計數據，可供計算時初步選用。

表3-1 小容量變壓器計算參考數據 變壓器容量 S 1V ·A 磁通密度
m B ×104-T 效率η（%）
電流密度)(2mm A j 鐵心計算中的 K 0值 小於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變壓器的額定容量
由於本次設計是功率為100W 的單項變壓器，所以不考慮在三相變壓器中的情況，只考慮單相變壓器的情況。

小容量單相變壓器的額定容量取一、二繞組容量的平均值，
()()()VA S S S 5.1121251002
12121=+=+= 考慮到存在一定的損耗，可視變壓器的額定容量近似取115VA
3.1.4一次電流的確定
()A =⨯=⨯
=41.4341252.12.111U S I 式中1.2是勵磁電流的經驗係數。