電機(jī)拖動(dòng)課程設(shè)計(jì)---小型單相變壓器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 《電機(jī)與拖動(dòng)》課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題 目： 小型單相變壓器設(shè)計(jì) </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)內(nèi)容為單相變壓器，包括單相變壓器的結(jié)構(gòu)及參數(shù)確定。</p><p

2、>　　因此，在單相變壓器的設(shè)計(jì)中，只有了解單相變壓器的結(jié)構(gòu)和原理，正確計(jì)算參數(shù)，才能最終設(shè)計(jì)出合理，實(shí)用的單相變壓器。</p><p>　　根據(jù)單相變壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，先通過(guò)測(cè)量計(jì)算二次側(cè)總?cè)萘亢鸵淮蝹?cè)總?cè)萘康贸鲎儔浩鞯念~定電容，然后通過(guò)測(cè)量鐵芯的寬度和厚度來(lái)確定鐵芯截面積，繼而選定鐵芯尺寸，再者測(cè)量繞組扎數(shù)和導(dǎo)線的直徑，最后通過(guò)前幾步的測(cè)量計(jì)算，繞組（線圈）排列及鐵芯尺寸的最后確定。</p&

3、gt;<p>　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗嘧儔浩鳎焕@組；鐵芯；額定電容。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　2、變壓器的工作原理</p><p>　　變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心。</p><p>　　變壓器是

4、利用電磁感應(yīng)原理將某一電壓的交流換成頻率相同的另一電壓的交流電的能量的變換裝備。</p><p>　　變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。一個(gè)繞組接電源，稱(chēng)為原繞組（一次繞組、初級(jí)），另一個(gè)接負(fù)載，稱(chēng)為副繞組（二次繞組、次級(jí)）。</p><p><b>　　2.1 電壓變換</b></p><p>　　當(dāng)一次繞組兩端加上交流電壓u

5、1時(shí)，繞組中通過(guò)交流電流i1，在鐵心中將產(chǎn)生既與一次繞組交鏈，又與二次繞組交鏈的主磁通.</p><p>　　u1=-e1=N1 (2-1)</p><p>　　u2=-e2=N2 (2-2)</p><p>　　U2= (

6、2-3)</p><p>　　說(shuō)明只要改變?cè)p副繞組的匝數(shù)比，就能按要求改變電壓 </p><p><b>　　2.2 電流變換</b></p><p>　　變壓器在工作時(shí)，二次電流的大小主要取決于負(fù)載阻抗模||的大小，而一次電流的大小則取決于的大小。</p>

7、<p>　　又 (2-4)</p><p>　　I1=I2= (2-5)</p><p>　　說(shuō)明變壓器在改變電壓的同時(shí)，亦能改變電流。</p><p>　　小型變壓器的原理：小型單相變壓器一般是指工頻小容量單相變壓器。</p><p>　　3、變壓器的基本結(jié)構(gòu)&

8、lt;/p><p>　　1、鐵心：鐵心是變壓器磁路部分。為減少鐵心內(nèi)磁滯損耗渦流損耗，通常鐵心用含硅量較高的、厚度為0.35或0.5mm、表面涂有絕漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝而成。</p><p>　　鐵心分為鐵柱和鐵軛兩部分，鐵柱上套裝有繞組線圈，鐵軛則是作為閉合磁路之用，鐵柱和鐵軛同時(shí)作為變壓器的機(jī)械構(gòu)件。</p><p>　　鐵心結(jié)構(gòu)有兩種基本形式：心式和殼式。&l

9、t;/p><p>　　2、繞組：繞組是變壓器的電路部分。一般采用絕緣紙包的鋁線或銅線繞成。為了節(jié)省銅材，我國(guó)變壓器線圈大部分是采用鋁線。</p><p>　　圖2 變壓器繞組結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　計(jì)算內(nèi)容有四部分：額定容量的確定；鐵心尺寸的選定；繞組的匝數(shù)與導(dǎo)線直徑；繞組

10、（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定。</p><p>　　4.1 額定容量的確定</p><p>　　變壓器的容量又稱(chēng)表現(xiàn)功率和視在功率，是指變壓器二次側(cè)輸出的功率，通常用KVA表示。</p><p><b>　?。?）二次側(cè)總?cè)萘?lt;/b></p><p>　　小容量單相變壓器二次側(cè)為多繞組時(shí)，若不計(jì)算各個(gè)繞組的等效的阻抗

11、及其負(fù)載阻抗的幅角的差別，可認(rèn)為輸出總視在功率為二次側(cè)各繞組輸出視在功率之代數(shù)和，即</p><p>　　S2=U2I2+U3I3+……+UnIn (4-1) </p><p>　　式中 S2——二次側(cè)總?cè)萘浚╒·A）</p><p>　　U2,U3,……Un——二次側(cè)各個(gè)繞組

12、電壓的有效值（V）；</p><p>　　I1,I2,……In——二次側(cè)各個(gè)繞組的負(fù)載電流有效值（A）。</p><p>　　(2)一次繞組的容量</p><p>　　對(duì)于小容量變壓器來(lái)說(shuō)，我們不能就認(rèn)為一次繞組的容量等于二次繞組的總?cè)萘浚驗(yàn)榭紤]到變壓器中有損耗，所以一次繞組的容量應(yīng)該為</p><p>　　S=（單位為V·A）

13、 （4-2）</p><p>　　式中 S1——變壓器的額定容量；</p><p>　　——變壓器的效率，約為0.8～0.9，表3-1所給的數(shù)據(jù)是生產(chǎn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可供計(jì)算時(shí)初步選用。</p><p>　　表3-1 小容量變壓器計(jì)算參考數(shù)據(jù)</p><p>　　(3)變壓器的額定容量</p>

14、<p>　　由于本次設(shè)計(jì)為小型單相變壓器，所以不考慮在三相變壓器中的情況，只考慮在小型單相變壓器的情況。</p><p>　　小型單相變壓器的額定容量取一、二繞組容量的平均值， </p><p>　　S1=*(S1+S2)（單位為V·A） （4-3）</p><p>　　(4)一次電流

15、的確定</p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>　　式中(1.1～1.2)考慮勵(lì)磁電流的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)容量很小的變壓器應(yīng)取大的系數(shù)。</p><p>　　4.2 鐵心尺寸的選定</p><p>　　(1)計(jì)算鐵心截面積A</p><p>　　為了減小鐵損耗，變壓器的鐵心是用彼

16、此絕緣的硅鋼片疊成或非晶材料制成。其中套有繞組的部分稱(chēng)為鐵心柱，連接鐵心柱的部分稱(chēng)為鐵軛，為了減少磁路中不必要的氣隙，變壓器鐵心在疊裝時(shí)相臨兩層硅鋼片的接縫要相互錯(cuò)開(kāi)。</p><p>　　小容量變壓器鐵心形式多采用殼式，中間心柱上套放繞組，鐵心的幾何尺寸如圖4所示。</p><p><b>　　圖4 變壓器鐵心</b></p><p>　　小

17、容量心柱截面積A大小與其視在功率有關(guān)，一般用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算（單位為㎝）。</p><p>　　A= (4-5)</p><p>　　A――鐵心柱的凈面積，單位為()</p><p>　　K0――截面計(jì)算系數(shù)，與變壓器額定容量有關(guān)，按表3-2選取，當(dāng)采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片時(shí)可取小些截面積計(jì)算系數(shù)<

18、;/p><p>　　表3-2 截面積計(jì)算系數(shù)的估算值</p><p>　　計(jì)算心柱截面積A后，就可確定心柱的寬度和厚度，根據(jù)圖3可知</p><p><b>　　（4-6）</b></p><p>　　式中 a——心柱的寬度（mm）；</p><p>　　b——心柱的凈疊厚（mm）；</p&

19、gt;<p>　　——心柱的實(shí)際厚度（mm）；</p><p>　　——疊片系數(shù)，是考慮到鐵心疊片間的絕緣所占空間引起鐵心面積的減小所引入的。對(duì)于0.5mm厚，兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片， =0.93；對(duì)于0.35mm厚兩面涂漆絕緣的熱軋硅鋼片， =0.91；對(duì)于0.35mm厚，不涂漆的冷軋鋼片, =0.95。</p><p>　　按A的值，確定a和b的大小，答案是很多的，

20、一般取b=(1.2～2.0)a，并盡可能選用通用的硅鋼片尺寸。表3-3列出了通用的小型變壓器硅鋼片尺寸。</p><p>　　表3-3小型變壓器通用的硅鋼片尺寸</p><p>　　4.3 繞組的匝數(shù)與導(dǎo)線直徑</p><p>　　(1)計(jì)算每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù)</p><p>　　從變壓器的電勢(shì)公式E=4.44fNBmA，若頻率f=50Hz，

21、可得出每伏所需的匝數(shù)</p><p><b>　　（4-7）</b></p><p>　　式中 ——對(duì)應(yīng)于每伏電壓的匝數(shù)，單位：匝/V</p><p>　　Bm——鐵心柱內(nèi)工作磁密最大值，單位：T</p><p>　　A——鐵心柱截面積，單位：</p><p>　　當(dāng)鐵心材料國(guó)熱軋硅鋼片時(shí)，取

22、Bm=1.0～1.2T；采用冷軋硅鋼片時(shí)，可取Bm=1.2～1.5T。</p><p>　　然后根據(jù)N和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　N2=(1.05～1.10)N0U2 (4-9) </p><p>　　式中

23、N1、N2……Nn——各線圈的匝數(shù)。</p><p>　　為補(bǔ)償負(fù)載時(shí)漏阻抗壓降，副邊各線圈的匝數(shù)均增加了5%～10%。</p><p>　　（2）計(jì)算導(dǎo)線直徑d</p><p>　　小型變壓器的線圈多采用漆包圓銅線(QZ型或QQ型)繞制。為限制銅損耗及發(fā)熱，按各個(gè)繞組的負(fù)載電流，選擇導(dǎo)線截面，如選的小，則電流密度大，可節(jié)省材料，但銅耗增加，溫升增高。小容量變壓器是

24、自然冷卻的干式變壓器，容許電流密度較低，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)導(dǎo)線的電流密度J不能過(guò)大，對(duì)于一般的空氣自然冷卻工作條件，J=2—3A/mm2。</p><p>　　對(duì)于連續(xù)工作時(shí)可取J=2.5A/mm2</p><p>　　導(dǎo)線的截面積：Ac=I/j。</p><p><b>　　導(dǎo)線的直徑：</b></p><p>　　導(dǎo)

25、線直徑可根據(jù)工作電流計(jì)算，</p><p>　　式中： d——原、副邊各線圈導(dǎo)線直徑，單位：mm；</p><p>　　I——原、副邊各線圈中的工作電流，單位：A；</p><p>　　根據(jù)算出的直徑查電工手冊(cè)或表3-4選取相近的標(biāo)準(zhǔn)線徑。當(dāng)線圈電流大于10A時(shí)，可采用多根導(dǎo)線并聯(lián)或選用扁銅線。</p><p>　　表3-4 導(dǎo)線材料的

26、選取</p><p>　　4.4 繞組（線圈）排列及鐵心尺寸的最后確定</p><p>　　繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線的直徑確定后，可作繞組排列。繞組每層匝數(shù)為</p><p><b>　　（4-11）</b></p><p>　　式中 ——絕緣導(dǎo)線外徑（mm）；</p><p>　　h——鐵心窗高

27、（mm）；</p><p>　　0.9——考慮繞組框架兩端厚度的系數(shù)；</p><p>　?。?～4）——考慮裕度系數(shù)。</p><p><b>　　各繞組所需層數(shù)為</b></p><p><b>　　（4-12）</b></p><p><b>　　各繞組厚度為

28、</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　i=1，2，…，n</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　——層間絕緣厚度（mm），導(dǎo)線較細(xì)（0.2mm以下），用一層厚度為0.02～0.04mm

29、白玻璃紙，導(dǎo)線較粗（0.2mm以上），用一層厚度為0.05～0.07mm的電纜紙（或牛皮紙），更粗的導(dǎo)線，可用厚度為0.12mm的青殼紙；</p><p>　　——繞組間的絕緣厚度（mm），當(dāng)電壓不超過(guò)500V時(shí)，可用2～3層電纜紙夾1～2層黃蠟布等。</p><p><b>　　繞組總厚度為</b></p><p>　　t0=(t0+t1+t

30、2+…+tn)*(1.1～1.2) (4-14)</p><p>　　式中 t0――繞組框架的厚度（mm）</p><p>　　1.1～1.2——考慮裕度的系數(shù)。</p><p>　　計(jì)算所得的繞組總厚度t必須略小于鐵心窗口寬度c，若t>c，可加大鐵心疊裝厚度，減小繞組匝數(shù)或重選硅鋼片的尺寸，按上述步

31、驟重復(fù)計(jì)算和核算，至合適時(shí)為止。</p><p><b>　　5、實(shí)例計(jì)算</b></p><p>　　如上圖所示，取 U2=250V </p><p>　　計(jì)算變壓器的主要參數(shù)，并選擇可行的材料。</p><p>　　解：1、計(jì)算變壓器的額定容量SN</p><p>　　1）計(jì)算副

32、邊的容量：S2=U2I2+U3I3=250*0.2+50*0.1=55(V·A)</p><p>　　2)計(jì)算原邊的容量：/η</p><p>　　根據(jù)表1：小型單相變壓器的效率η的估算值可以取η=0.82</p><p>　　因此， /η=55/0.82=67.0 (V·A)</p><p>　　3）計(jì)算變壓器的額定容

33、量</p><p>　　=1/2（）=0.5*（67.0+55）=61(V·A)</p><p>　　考慮到存在著一定的損耗，故可以定變壓器的額定容量近似取60V·A</p><p><b>　　2、鐵心尺寸的選定</b></p><p>　　1）計(jì)算鐵心截面積A</p><p&g

34、t;<b>　　A＝K0 </b></p><p>　　根據(jù)表2.截面積計(jì)算系數(shù)K0的估算值可以取K0=1.40</p><p>　　因此，A＝K0 =10.8（）</p><p>　　2）鐵心中柱寬度a與鐵心疊厚b的計(jì)算</p><p>　　根據(jù)表3.參數(shù)a、b的選取可以近似取a=28mm</p><

35、;p>　　因此，b=110F/a=110*10.8/28=42.4mm.</p><p>　　此時(shí)b/a=42.4/28=1.5滿(mǎn)足b=(1.2～2)a的通常要求。</p><p>　　3、計(jì)算繞組線圈匝數(shù)</p><p>　　1）求出每伏電壓應(yīng)繞的匝數(shù)</p><p><b>　　=3.5（匝/V）</b><

36、;/p><p>　　式中的=1.1T(鐵心材料國(guó)熱軋硅鋼片)</p><p>　　2)根據(jù)和各線圈額定電壓求出各線圈的匝數(shù)</p><p>　　= U1=3.4*200=680V;</p><p>　　=（1.05~1.10） U2=1.10*3.4*280=1047V; </p>

37、<p>　　=（1.05~1.10） U3=1.10*3.4*50=187V;</p><p><b>　　4、計(jì)算導(dǎo)線直徑d</b></p><p>　　導(dǎo)線的截面積：Ac=I/j</p><p>　　=1.15*74.4/200=0.428(A)</p><p>　　Ac1=0.428

38、/2.5=0.17</p><p>　　=0.715=0.46mm</p><p>　　同理：Ac2=0.08mm2 =0.32mm</p><p>　　Ac3=0.04mm2 =0.23mm</p><p>　　根據(jù)所求解的數(shù)據(jù)：可以取原邊的材料為高強(qiáng)度聚酯包線QZ0.06副邊的材料為高強(qiáng)度聚酯包線QZ0.05</p>

39、<p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)我以《電機(jī)與拖動(dòng)》為主要參考文獻(xiàn)，同時(shí)又在網(wǎng)絡(luò)上和圖書(shū)館里查閱了大量的資料，一周的時(shí)間很快就過(guò)去了，在課間里我把自己還不是很清楚的地方和同學(xué)深入地探討了一下，在中午吃飯回來(lái)后，在下午沒(méi)課的自由時(shí)間里，在晚上我們都抽出時(shí)間一起學(xué)習(xí)，為了把這次設(shè)計(jì)做好我還特意把老師上課講的內(nèi)容從頭到尾全都看了一遍。</p>

40、<p>　　另外通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我掌握了查閱資料的本領(lǐng)，在編輯公式與排版過(guò)程中大量應(yīng)用了計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)知識(shí)，我也系統(tǒng)的對(duì)起進(jìn)行了學(xué)習(xí)。另外，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程在中，我深深的感受到合作在工作中的作用。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)是我明白了實(shí)驗(yàn)的重要性，和自我研究問(wèn)題能力培養(yǎng)的重要。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

41、>　　[1] 許實(shí)章 主編。 《電機(jī)學(xué)（下冊(cè)）》（第2版） 北京：L機(jī)械工業(yè)出版社，1990年</p><p>　　[2] 唐介 編著。 《電機(jī)與拖動(dòng)》 北京：高等教育出版社，2003年</p><p>　　[3] 湯蘊(yùn)璆等編。 《電機(jī)學(xué)》 西安：西安交通大學(xué)出版社，1993年</p><p>　　[4] 劉傳彝 編《電力變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法與實(shí)踐》 沈陽(yáng)