白城职业技术学院毕业论文
电源变压器设计
学生姓名：刘继隆
专业班级：09电气自动化指导教师：谢玲
职称：副教授
起止日期：2012.3.5～2012.6.20 白城职业技术学院
白城职业技术学院毕业论文
摘要
随着我国经济建设的发展，电力工业规模迅速的壮大起来，电源变压器的单台容量和安装容量快速增长。国际巨头强势参加海内市场竞争的面前，一方面看中的是我国电力设备市场的伟大后劲；另一方面，也表现了中国企业长足的进步，尤其在质量方面，国产电力变压器已经越来越靠近海内程度，使得海内巨头们不得不拿出“看家身手”逐鹿中国市场。
变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。它可以把一种交流电压、交流电流的电能转换成相同频率的另一种交流电压、交流电流的电能。变压器在电力系统中的主要作用是变换电压,以利于电能的传输。电压经升压变压器升压后,可以减少线路损耗,提高送电经济性,达到远距离送电的目的。电压经降压变压器降压后,获得各级用电设备的所需电压,以满足用户使用的需要。
电源变压器，一种运动的电气设备，是用来将某一数值的交换电压(电流)变成频率雷同的另一种或几种数值不同的电压(电流)的设备。
据理解，占有世界技巧制高点变压器行业重要看两项数字，产品容量与电压等级。早在“十一五”初期，我国就已是世界上电力变压器的消费和运用大国，但并不是强国。事先，海内仅有多数企业能消费500千伏的超低压变压器，超低压变压器的市场份额基础被国外巨头垄断。随着海内首条特低压实验示范工程的下马，海内变压器企业迎来了开展契机，产品电压等级和容量一举跃居世界第一，占有了行业开展的技巧制高点，同时，匆匆进了低电压等级变压器技巧的始终成熟和完美。
本文简要分析了电源变压器的设计。所谓的电源变压器是电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。有人根据它的主要功能是功率传送，把英文名称“Power Transformers”译成“电力变压器”，在许多文献资料中仍然在使用。
关键词：电源；变压器；特点；方法
电源变压器设计
目录
摘要 ............................................................................................................................................ I 第1章电源变压器 (1)
1.1电源变压器的简介 (1)
1.1.1电源变压器的概念 (1)
1.1.2电源变压器的工作原理 (1)
1.1.3电源变压器的功能 (2)
1.1.4电源变压器的材料 (3)
第2章电源变压器的设计 (4)
2.1计算变压器的额定功率 (5)
2.2计算变压器的铁心规格 (6)
2.3计算变压器线圈匝数 (10)
2.4计算变压器绕组导线的规格 (12)
2.5选用合适的变压器绝缘材料 (9)
2.6核算变压器铁心窗口容纳绕组的情况 (14)
结论 (15)
参考文献 (16)
致谢 (213)
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第1章电源变压器
1.1电源变压器的简介
电源变压器的概念
电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。传送功率不同，电源变压器的设计也不一样，应当是不言而喻的。有人根据它的主要功能是功率传送，把英文名称“Power Transformers”译成“功率变压器”，在许多文献资料中仍然在使用。
变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。
一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。
大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。
1.2 电源变压器的工作原理
1 是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器，升压和降压用不同的抽头来实现.比共用线圈少的部分抽头电压就降低.比共用线圈多的部分抽头电压就升高。
2其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈…一般的变压器是左边一个原线圈通过电磁感应，使右边的副线圈产生电压，自耦变压器是自己影响自己。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自藕变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高．这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压
电源变压器设计
等级的提高和输送容量的增大，自藕变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用.
1.3电源变压器的功能
电源变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。
一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primary coil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。因此，电源变压器区分为升压与降压变压器两种。大部份的电源变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。
电源变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。一般提供60Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。
各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时，其间即使用到一种设备-变压器。
对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。在它应用方面的差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。
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1.4电源变压器的材料
1、铁芯材料
电源变压器使用的铁芯材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，电源变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000，
2、绕制电源变压器通常用的材料
漆包线，纱包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。
3、绝缘材料
在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的电源变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。
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第2章电源变压器的设计
小型电源变压器简单设计如图所示
2.1计算变压器的额定功率
（1）计算输出总功率P2：
输出总功率P2 = U2×I2 + U3×I3+U4×I4=10×0.8+36×3+6×0.2=8+108+1.2=117.2(W) 其中查表2-1变压器η=0.85。
（2）计算输入功率P1及输入电流I1：
输入功率P1 = P2/η=117.2/0.85 =137(W)
输入电流I1 =P1/U1=137/220=0.622(A)
额定功率P N=1/2(P1+P2)=127.1 (W)
表2-1
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2.2计算变压器的铁心规格
（1）确定铁心截面积Ｓ：
根据额定功率由表2-2查的K0=1.4 这样贴心窗口不能充分利用故实取K0=1.25 铁心截面积为
S=1.25 ×11.3=14.125(cm2)
S——铁芯截面积K0——容量有关的系数
K0的取值和变压器的输出功率有关（表2-2），对于100W以下的K0取2--1.5，100W-500W的K0取1.4--1.2，500W-1000W可取1--1.1（功率大者取小值）。
系数K0的参考值
表2-2
（2）确定铁心规格：
根据计算所得的S值，确定使用GEI形铁心，再根据实际情况来确定铁心舌宽a与叠厚b的大小，从国产小功率变压器常用的标准铁心片规格表中选择铁心片规格和叠厚，一般舌宽ａ和叠厚ｂ的比在1:1～1:2之间。由于铁心用涂绝源漆的硅钢片叠成，考虑倒漆膜与硅钢片间隙的厚度，实际的铁心叠厚b?应比b更厚，即b?=b/0.9。
S = a ×b
（a为铁心舌宽，b为铁心叠厚）
查表2-21 GEI型铁心数据，可选用GEI30型硅钢片
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中柱a=25mm 窗口宽度c=20mm 高h=44mm
则铁心厚度
b=s/a
=1412.5/25
=56.5(mm)，
（表2-21）
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2.3计算变压器线圈匝数
（1）确定每伏圈数N0：
已知铁心截面积S和磁通密度B m，可求得线圈的每伏圈数N0：
N0 = N/U = 1/（4.44 f Фm）= 1/（4.44 f Bm 〔Bm（特斯拉），S（平方米）〕N0 = 450000/（Bm S）
〔Bm（高斯），S（平方厘米）〕
S-铁心的截面积B m-铁心的磁感应强度
铁心的B m值可以这样选取: 热轧硅钢片的工作磁通密度B m一般取9000-12000高斯,冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好, 它的工作磁通密度B m取值范围为12000-18000高斯。一般铁片取7000高斯。
（1）确定每伏匝数N0：
取磁通密度B m=11000G S
N0 = 45000/ （Bm ×S）= 450000/（11000×14.12）=2.89匝/伏
（2）初、次级绕组的计算：
初级绕组：N1 = N0×U1，
次级绕组：N2= 1.05×N0×U21, N22 =1.05×N0×U22, ┅, N2n =1.05× N0×U2n.
考虑到负载时的压降及损耗, 次级绕组应增加5%的匝数。
K N是为了副绕组负载时内部阻抗抗压而加的值为（1.05-1.15）此设计取值为1.05 初、次级绕组匝数的计算：
匝数N1 = N0×U1 = 220×2.89=635.8匝，
次级绕组匝数N2= 1.05×N0×U2 =30匝，
次级绕组匝数N3= 1.05×N0×U3 =109匝
次级绕组匝数N4=1.05×N0×U4 =18匝
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2.4计算变压器绕组导线的规格
?根据各绕组的电流大小和选定的电流密度，可以得到各组绕组的导线直径，
?因为I=SJ=π/4d2J
?所以导线直径为
?
（一般电源变压器的电流密度可以选用J=2--3安/毫米）。再根据导线直径及变压器的绝缘等级选择合适的漆包线。
计算导线直径：
初级绕组导线直径d1 = 1.13√I/J =1.13√0.045/3= 0.17毫米
次级绕组导线直径d2 = 1.13√I/J =1.13√0.48/3=0.46毫米
次级绕组导线直径d3 = 1.13√I/J =1.13√0.99/3=0.65毫米
分别选用导线直径为0.17毫米、0.47毫米、0.67毫米的Q2型漆包线。
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2.5选用合适的变压器绝缘材料
根据变压器工作环境、温升情况及耐压要求选用合适的绝缘材料，绝缘材料的耐热等级一般分为Y、A、E、B、F、H、N、C级，其与最高工作温度的关系如表所示。
对一般的小型电源变压器，其工作环境、温升情况无特殊要求，工作电压为220V，其层间绝缘可用牛皮纸，其厚度为0.05 mm。线圈间的绝缘可采用2～3层牛皮纸或0.12 mm 的青壳纸。采用现成的16×28线圈框架。
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2.6核算变压器铁心窗口容纳绕组的情况
核算时除需要上述计算结果外，还要掌握层间绝缘、框架厚度和导线连同绝缘漆的直径等。一般层间绝缘用牛皮纸，其厚度为0.05 mm。对于线径较粗的绕组，层间也可用0 .12 mm厚的青壳纸或较厚的牛皮纸；如线径较细，可采用厚约0.02～0.03 mm的透明纸或塑料薄膜，线圈间的绝缘厚度在电压不超过250 V时可采用2～3层牛皮纸或0.12 mm的青壳纸。因为线圈是绕在绝缘框架上的，所以铁心窗口有效长度只能算0.9倍的额定长度，计算时先算出每层匝数，再算出每个线圈的厚度，最后算出总的厚度，看看窗口是否放得下，如果放不下, 可以加大一号铁心，如果太空, 可以减小一号铁心。
（1）根据选定的铁心窗高h计算每层可绕的匝数ni：
n1 = 0.9×（h-2毫米)/d1?= 0.9 ×（28-2）/0.19 = 123匝
n2 = 0.9×（h-2毫米)/d2?= 0.9 ×（28-2）/0.52 = 45匝
n3 = 0.9×（h-2毫米)/d3?= 0.9 ×（28-2）/0.72 = 32匝
（2）每组绕组需绕的层数mi为：
M1 = N1/n1 = 2200/123 = 18（层）
M2 = N2/n2 = 105/45 = 3（层）
M3 = N3/n3 = 53/32 = 2（层）
（3）每组绕组厚度Bi为：
B1 = m1（d1?+δ）+γ= 18 ×（0.19 + 0.05）+ 0.1 = 4.42（毫米）
B2 = m2（d2?+δ）+γ= 3 ×（0.52 + 0.05）+ 0.1 = 1.81（毫米）
B3 = m3（d3?+δ）+γ= 2 ×（0.72 + 0.05）+ 0.1 = 1.64（毫米）
（4）所有绕组的总厚度B为：
B = 1.1×(B0+∑Bi) = 1.1×（1+4.42+1.81+1.64）= 9.8（毫米）
总厚度小于窗口厚度、设计可行。
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结论
我所做的毕业设计属于电源毕业设计，随着毕业设计的完成，也意味着大学生活的结束，但是在这段时间里，我觉得自己是充实并快乐的。本次设计对电源变压器的设计与分析，使我从中我学到了很多东西，也把三年来的理论结合在实际当中。
我这这份毕业设计包括前言、目录、等多个部分。设计的主要内容是对电源变压器的设计，主要考察的是以电源变压器为核心展开一系列的设计流程。
通过这次设计能够较好的将学习到知识和实际生产联系结合起来。同时也找到了我们学习中的不足之处。这三年的学习是一个总结深化我们对理论知识的学习，从而为以后的实际生产带来更大的帮助。使我熟悉了电源变压器设计的整个过程，并将铭记在心，希望以后能运用到我的工作中。
这份毕业关于电源变压器的设计无论从哪一方面，希望会给大家的学习与工作带来方便。
电源变压器设计
参考文献
[1] 袁季修.电力系统安全稳定控制. 北京：中国电力出版社, 1996.
[2] 王梦云. 110kV及以上变压器事故统计分析. 供用电, 2006, 23(1):1-5.
[3] 陈曾田. 电力变压器保护. 北京: 中国电力出版社, 1989. 53-61.
[4] 李永丽, 贺家李. 电力变压器新型微机保护原理的研究. 电力系统自动化, 1995, 19(7): 15-19.61-63.
[5] 王梦云. 110kV及以上变压器事故统计分析. 供用电, 2006, 23(1):
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致谢
感谢指导老师在本毕业设计中的悉心指导，指导老师为我指点迷津，开拓思路，精心点拨，她一丝不苟的作风，严谨求实的态度，不仅受我以文，还教我以人，感谢她的细心指导。
感谢我的任课老师和我的同学们，在此次设计过程中，我熟悉了操作，更加深了理论知识的应用。
论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的，但老师的谆谆诱导、同学的出谋划策及家长的支持鼓励，是我坚持完成论文的动力源泉。在此，我特别要感谢我的指导老师谢玲老师。从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，她都费尽心血。没有谢老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。
感谢我的同学们，与他们的交流使我受益颇多。最后要感谢我的家人以及我的朋友们对我的理解、支持、鼓励和帮助，正是因为有了他们，我所做的一切才更有意义；也正是因为有了他们，我才有了追求进步的勇气和信心。
时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激！