電源變壓器設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　電源變壓器設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　專業(yè)班級： 09電氣自動化 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　職 稱： 副教授 </p

2、><p>　　起止日期： 2012.3.5～2012.6.20 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，電力工業(yè)規(guī)模迅速的壯大起來，電源變壓器的單臺容量和安裝容量快速增長。國際巨頭強勢參加海內(nèi)市場競爭的面前，一方面看中的是我國電力設(shè)備市場的偉大后勁；另一方面，也表現(xiàn)了中國企業(yè)長足的進步，尤其在

3、質(zhì)量方面，國產(chǎn)電力變壓器已經(jīng)越來越靠近海內(nèi)程度，使得海內(nèi)巨頭們不得不拿出“看家身手”逐鹿中國市場。</p><p>　　變壓器是一種用于交流電能轉(zhuǎn)換的電氣設(shè)備。它可以把一種交流電壓、交流電流的電能轉(zhuǎn)換成相同頻率的另一種交流電壓、交流電流的電能。變壓器在電力系統(tǒng)中的主要作用是變換電壓,以利于電能的傳輸。電壓經(jīng)升壓變壓器升壓后,可以減少線路損耗,提高送電經(jīng)濟性,達到遠距離送電的目的。電壓經(jīng)降壓變壓器降壓后,獲得各級用

4、電設(shè)備的所需電壓,以滿足用戶使用的需要。</p><p>　　電源變壓器，一種運動的電氣設(shè)備，是用來將某一數(shù)值的交換電壓(電流)變成頻率雷同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓(電流)的設(shè)備。</p><p>　　據(jù)理解，占有世界技巧制高點變壓器行業(yè)重要看兩項數(shù)字，產(chǎn)品容量與電壓等級。早在“十一五”初期，我國就已是世界上電力變壓器的消費和運用大國，但并不是強國。事先，海內(nèi)僅有多數(shù)企業(yè)能消費500千

5、伏的超低壓變壓器，超低壓變壓器的市場份額基礎(chǔ)被國外巨頭壟斷。隨著海內(nèi)首條特低壓實驗示范工程的下馬，海內(nèi)變壓器企業(yè)迎來了開展契機，產(chǎn)品電壓等級和容量一舉躍居世界第一，占有了行業(yè)開展的技巧制高點，同時，匆匆進了低電壓等級變壓器技巧的始終成熟和完美。</p><p>　　本文簡要分析了電源變壓器的設(shè)計。所謂的電源變壓器是電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技

6、術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送，把英文名稱“Power Transformers”譯成“電力變壓器”，在許多文獻資料中仍然在使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電源；變壓器；特點；方法 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I&

7、lt;/b></p><p>　　第1章 電源變壓器1</p><p>　　1.1電源變壓器的簡介1</p><p>　　1.1.1電源變壓器的概念1</p><p>　　1.1.2電源變壓器的工作原理2</p><p>　　1.1.3電源變壓器的功能3</p><p>　　1.

8、1.4電源變壓器的材料4</p><p>　　第2章 電源變壓器的設(shè)計4</p><p>　　2.1計算變壓器的額定功率5</p><p>　　2.2計算變壓器的鐵心規(guī)格6</p><p>　　2.3計算變壓器線圈匝數(shù)10</p><p>　　2.4計算變壓器繞組導(dǎo)線的規(guī)格12</p><

9、;p>　　2.5選用合適的變壓器絕緣材料13</p><p>　　2.6核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況14</p><p><b>　　結(jié) 論15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　致 謝20</b&g

10、t;</p><p><b>　　第1章 電源變壓器</b></p><p>　　1.1電源變壓器的簡介</p><p><b>　　電源變壓器的概念</b></p><p>　　電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。

11、根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～0.5kVA為中功率，0.5kVA～25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設(shè)計也不一樣，應(yīng)當是不言而喻的。有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送，把英文名稱“Power Transformers”譯成“功率變壓器”，在許多文獻資料中仍然在使用。</p><p>　　變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼

12、此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 </p><p>　　一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil);而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升

13、壓與降壓變壓器兩種。 </p><p>　　大部份的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物

14、，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經(jīng)濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實無法達到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 </p><p>　　1.2 電源變壓器的工作原理</p><p>　　1 是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器，升壓和降壓用不同的抽頭來實現(xiàn).比共用線圈少的部分抽頭電壓就降低.比共用線圈多的部分抽頭電壓就升高。</p>&l

15、t;p>　　2其實原理和普通變壓器一樣的，只不過他的原線圈就是它的副線圈…一般的變壓器是左邊一個原線圈通過電磁感應(yīng)，使右邊的副線圈產(chǎn)生電壓，自耦變壓器是自己影響自己。 通常把同時屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自藕變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高．這個優(yōu)點就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自藕變壓器由于其

16、容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應(yīng)用. </p><p>　　1.3電源變壓器的功能</p><p>　　電源變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 </p><p>　　一般指連接交流

17、電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil);而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此，電源變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。 大部份的電源變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合，其一次與二

18、次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經(jīng)濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實無法達到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 </p><p>　　電源變壓器除了體積較小外，在電力變壓器與電子變壓器二者之間，并沒有明確的

19、分界線。一般提供60Hz電力網(wǎng)絡(luò)之電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個洲地區(qū)那般大的容量。電子裝置的電力限制，通常受限于整流、放大，與系統(tǒng)其它組件的能力，其中有些部份屬放大電力者，但如與電力系統(tǒng)發(fā)電能力相比較，它仍然歸屬于小電力之范圍。 </p><p>　　各種電子裝備常用到變壓器，理由是：提供各種電壓階層確保系統(tǒng)正常操作;提供系統(tǒng)中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗，但對直流則提供低的阻抗;在

20、不同的電位下，維持或修飾波形與頻率響應(yīng)?！缸杩埂蛊渲兄豁椫匾拍?，亦即電子學(xué)特性之一，其乃預(yù)設(shè)一種設(shè)備，即當電路組件阻抗系從一階層改變到另外的一個階層時，其間即使用到一種設(shè)備-變壓器。 </p><p>　　對于電子裝置而言，重量和空間通常是一項努力追求之目標，至于效率、安全性與可靠性，更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個系統(tǒng)里占有顯著百分比的重量和空間外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要項。在

21、它應(yīng)用方面的差別，使得電力變壓器并不適合應(yīng)用于電子電路上。</p><p>　　1.4電源變壓器的材料</p><p><b>　　1、鐵芯材料 </b></p><p>　　電源變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，電源變壓器

22、的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為12000-16000， </p><p>　　2、繞制電源變壓器通常用的材料 </p><p>　　漆包線，紗包線，絲包線，最常用的漆包線。對于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用QZ

23、型號的高強度的聚脂漆包線。 </p><p><b>　　3、絕緣材料 </b></p><p>　　在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的電源變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。 </p><p>　　第2章 電源變壓器的設(shè)計</p><

24、;p>　　小型電源變壓器簡單設(shè)計 如圖 所示</p><p>　　2.1計算變壓器的額定功率</p><p>　?。?）計算輸出總功率P2：</p><p>　　輸出總功率P2 = U2×I2 + U3×I3+U4×I4=103.9 (W)</p><p>　　

25、其中 查表2-1變壓器η=0.85。 </p><p>　?。?）計算輸入功率P1 及輸入電流I1：</p><p>　　輸入功率P1 = P2/η=103.9/0.85 =122 (W)</p><p>　　輸入電流I1 =P1/U1=103.9/220=0.472(A)&l

26、t;/p><p>　　額定功率PN=1/2(P1+P2)=112.95 (W)</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　2.2計算變壓器的鐵心規(guī)格</p><p>　?。?）確定鐵心截面積Ｓ：</p><p>　　根據(jù)額定功率由表2-2查的K0=1.4 這樣貼心窗口不能充分利

27、用故實取K0=1.25 鐵心截面積為</p><p>　　S=1.25 ×10.26=12.83(cm²)</p><p>　　S——鐵芯截面積 K0——容量有關(guān)的系數(shù)</p><p>　　K0的取值和變壓器的輸出功率有關(guān)（表2-2），對于100W以下的K0取2--1.5，100W-500W的K0取1.4--1.2，500W-1000W可取1-

28、-1.1（功率大者取小值）。</p><p><b>　　系數(shù)K0的參考值</b></p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　（2）確定鐵心規(guī)格：</p><p>　　根據(jù)計算所得的S值，確定使用GEI形鐵心，再根據(jù)實際情況來確定鐵心舌寬a與疊厚b的大小，從國產(chǎn)小功率變壓器常

29、用的標準鐵心片規(guī)格表中選擇鐵心片規(guī)格和疊厚，一般舌寬ａ和疊厚ｂ的比在1:1～1:2之間。由于鐵心用涂絕源漆的硅鋼片疊成，考慮倒漆膜與硅鋼片間隙的厚度，實際的鐵心疊厚b?應(yīng)比b更厚，即b?=b/0.9。</p><p>　　S = a × b </p><p>　?。╝為鐵心舌寬，b為鐵心疊厚） </p&g

30、t;<p>　　查表2-21  GEI型鐵心數(shù)據(jù) ，可選用GEI30型硅鋼片</p><p>　　中柱a=25mm 窗口寬度c=20mm 高h=44mm</p><p><b>　　則 鐵心厚度</b></p><p><b>　　b=s/a</b></p><p&

31、gt;<b>　　=12.83/30</b></p><p>　　=42.7(mm)， </p><p><b>　　（表2-21）</b></p><p>　　2.3計算變壓器線圈匝數(shù) </p><p>　?。?）確定每伏圈數(shù)N0：</p><p>　　已知鐵心截面積S和磁

32、通密度Bm，可求得線圈的每伏圈數(shù)N0： </p><p>　　N0 = N/U = 1/（4.44 f Фm）= 1/（4.44 f Bm 〔Bm（特斯拉）， S（平方米）〕</p><p>　　N0 = 450000/（Bm S） </p><p>　　〔Bm（高斯），S（平方厘米）〕</p><p>　　S-鐵心的截面積 Bm-鐵心的

33、磁感應(yīng)強度</p><p>　　鐵心的Bm值可以這樣選取: 熱軋硅鋼片的工作磁通密度Bm一般取9000-12000高斯,冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能比熱軋好, 它的工作磁通密度Bm取值范圍為12000-18000高斯。一般鐵片取7000高斯。</p><p>　?。?）確定每伏匝數(shù)N0： </p><p>　　取磁通密度Bm=11000GS</p

34、><p>　　N0 = 45000/ （Bm ×S） = 450000/（11000×12.83）=3.19匝/伏</p><p>　?。?）初、次級繞組的計算：</p><p>　　初級繞組 ： N1 = N0×U1，</p><p>　　次級繞組： N2= 1.05×N0

35、×U21, N22 =1.05×N0×U22,  ┅, N2n =1.05× N0×U2n.</p><p>　　考慮到負載時的壓降及損耗, 次級繞組應(yīng)增加5%的匝數(shù)。</p><p>　　KN 是為了 副繞組負載時內(nèi)部阻抗抗壓而加的值為（1.05-1.15） 此設(shè)計取

36、值為1.05</p><p>　　初、次級繞組匝數(shù)的計算：</p><p>　　匝數(shù)N1 = N0×U1 = 220×3.19=701.8匝，</p><p>　　次級繞組匝數(shù)N2= 1.05×N0×U2 =34匝，</p><p>　　次級繞組匝數(shù)N3= 1.0

37、5×N0×U3 =53匝 </p><p>　　次級繞組匝數(shù)N4=1.05×N0×U4 =21匝</p><p>　　2.4計算變壓器繞組導(dǎo)線的規(guī)格 </p><p>　　根據(jù)各繞組的電流大小和選定的電流密度，可以得到各組繞組的導(dǎo)線直徑，</p><p>　　因為I=SJ=π/4d²J<

38、;/p><p><b>　　所以 導(dǎo)線直徑為</b></p><p>　?。ㄒ话汶娫醋儔浩鞯碾娏髅芏瓤梢赃x用J=2--3安/毫米）。再根據(jù)導(dǎo)線直徑及變壓器的絕緣等級選擇合適的漆包線。 </p><p><b>　　計算導(dǎo)線直徑：</b></p><p>　　初級繞組導(dǎo)線直徑d1 = 1.13√I/

39、J =1.13√0.045/3 = 0.17毫米</p><p>　　次級繞組導(dǎo)線直徑d2 = 1.13√I/J =1.13√0.48/3 =0.46毫米</p><p>　　次級繞組導(dǎo)線直徑d3 = 1.13√I/J =1.13√0.99/3 =0.65毫米</p><p>　　分別選用導(dǎo)線直徑為0.17毫米、0.47毫米、0.67毫米的Q2

40、型漆包線。</p><p>　　2.5選用合適的變壓器絕緣材料</p><p>　　根據(jù)變壓器工作環(huán)境、溫升情況及耐壓要求選用合適的絕緣材料，絕緣材料的耐熱等級一般分為Y、A、E、B、F、H、N、C級，其與最高工作溫度的關(guān)系如表所示。</p><p>　　對一般的小型電源變壓器，其工作環(huán)境、溫升情況無特殊要求，工作電壓為220V，其層間絕緣可用牛皮紙，其厚度為0.0

41、5 mm。線圈間的絕緣可采用2～3層牛皮紙或0.12 mm的青殼紙。采用現(xiàn)成的16×28線圈框架。 </p><p>　　2.6核算變壓器鐵心窗口容納繞組的情況</p><p>　　核算時除需要上述計算結(jié)果外，還要掌握層間絕緣、框架厚度和導(dǎo)線連同絕緣漆的直徑等。一般層間絕緣用牛皮紙，其厚度為0.05 mm。對于線徑較粗的繞組，層間也可用0 .12 mm厚的青殼紙或較厚的牛皮紙；如

42、線徑較細，可采用厚約0.02～0.03 mm的透明紙或塑料薄膜，線圈間的絕緣厚度在電壓不超過250 V時可采用2～3層牛皮紙或0.12 mm的青殼紙。因為線圈是繞在絕緣框架上的，所以鐵心窗口有效長度只能算0.9倍的額定長度 ，計算時先算出每層匝數(shù)，再算出每個線圈的厚度，最后算出總的厚度，看看窗口是否放得下， 如果放不下, 可以加大一號鐵心，如果太空, 可以減小一號鐵心。</p><p&g

43、t;　?。?）根據(jù)選定的鐵心窗高h計算每層可繞的匝數(shù)ni：</p><p>　　n1 = 0.9×（h-2毫米)/d1?= 0.9 ×（28-2）/0.19 = 123匝</p><p>　　n2 = 0.9×（h-2毫米)/d2?= 0.9 ×（28-2）/0.52 = 45匝</p><p>　　n3 = 0.9×

44、;（h-2毫米)/d3?= 0.9 ×（28-2）/0.72 = 32匝</p><p>　?。?）每組繞組需繞的層數(shù)mi為：</p><p>　　M1 = N1/n1 = 2200/123 = 18（層）</p><p>　　M2 = N2/n2 = 105/45 = 3（層）</p><p>　　M3 = N3/n3 = 53/

45、32 = 2（層）</p><p>　　（3）每組繞組厚度Bi為：</p><p>　　B1 = m1（d1?+δ）+γ = 18 ×（0.19 + 0.05）+ 0.1 = 4.42（毫米） </p><p>　　B2 = m2（d2?+δ）+γ = 3 ×（0.52 + 0.05）+ 0.1 = 1.81（毫米）</p><

46、;p>　　B3 = m3（d3?+δ）+γ = 2 ×（0.72 + 0.05）+ 0.1 = 1.64（毫米）</p><p>　?。?）所有繞組的總厚度B為：</p><p>　　B = 1.1×(B0+∑Bi) = 1.1×（1+4.42+1.81+1.64）= 9.8（毫米） </p><p>　　總厚度小于窗口厚度、設(shè)

47、計可行。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　我所做的畢業(yè)設(shè)計屬于電源畢業(yè)設(shè)計，隨著畢業(yè)設(shè)計的完成，也意味著大學(xué)生活的結(jié)束，但是在這段時間里，我覺得自己是充實并快樂的。本次設(shè)計對電源變壓器的設(shè)計與分析，使我從中我學(xué)到了很多東西，也把三年來的理論結(jié)合在實際當中。</p><p>　　我這這份畢業(yè)設(shè)計包括前言、目錄

48、、等多個部分。設(shè)計的主要內(nèi)容是對電源變壓器的設(shè)計，主要考察的是以電源變壓器為核心展開一系列的設(shè)計流程。</p><p>　　通過這次設(shè)計能夠較好的將學(xué)習(xí)到知識和實際生產(chǎn)聯(lián)系結(jié)合起來。同時也找到了我們學(xué)習(xí)中的不足之處。這三年的學(xué)習(xí)是一個總結(jié)深化我們對理論知識的學(xué)習(xí)，從而為以后的實際生產(chǎn)帶來更大的幫助。使我熟悉了電源變壓器設(shè)計的整個過程，并將銘記在心，希望以后能運用到我的工作中。</p><p&g

49、t;　　這份畢業(yè)關(guān)于電源變壓器的設(shè)計無論從哪一方面，希望會給大家的學(xué)習(xí)與工作帶來方便。 參考文獻</p><p>　　[1] 袁季修.電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制. 北京：中國電力出版社, 1996. </p><p>　　[2] 王夢云. 110kV及以上變壓器事故統(tǒng)計分析. 供用電, 2006, 23(1):1-5.

50、</p><p>　　[3] 陳曾田. 電力變壓器保護. 北京: 中國電力出版社, 1989. 53-61. </p><p>　　[4] 李永麗, 賀家李. 電力變壓器新型微機保護原理的研究. 電力系統(tǒng)自動化, 1995, 19(7): 15-19.61-63. </p><p>　　[5] 王夢云. 110kV及以上變壓器事故統(tǒng)計分析. 供用電, 200

51、6, 23(1): </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝指導(dǎo)老師在本畢業(yè)設(shè)計中的悉心指導(dǎo)，指導(dǎo)老師為我指點迷津，開拓思路，精心點撥，她一絲不茍的作風(fēng)，嚴謹求實的態(tài)度，不僅受我以文，還教我以人，感謝她的細心指導(dǎo)。</p><p>　　感謝我的任課老師和我的同學(xué)們，在此次設(shè)計過程中，我熟悉了操作，更加

52、深了理論知識的應(yīng)用。</p><p>　　論文的寫作是枯燥艱辛而又富有挑戰(zhàn)的，但老師的諄諄誘導(dǎo)、同學(xué)的出謀劃策及家長的支持鼓勵，是我堅持完成論文的動力源泉。在此，我特別要感謝我的指導(dǎo)老師謝玲老師。從論文的選題、文獻的采集、框架的設(shè)計、結(jié)構(gòu)的布局到最終的論文定稿，從內(nèi)容到格式，從標題到標點，她都費盡心血。沒有謝老師的辛勤栽培、孜孜教誨，就沒有我論文的順利完成。 </p><p>　　感謝我的