发布时间 : 星期一 文章毕业设计——5KVA单相变压器的设计分析更新完毕开始阅读788aeee527284b73f342503e
引言
变压器在电路和电器设备中主要用作升降电压、安全隔离、匹配阻抗等。变压器就是利用电磁互感应现象进行变换电压、电流和阻抗的器件。变压器调压装置、电源电压波动、线路电压损失等变化都可造成用户电压不稳定，影响用电设备正常工作，此时需调整输出电压以保证用户电压保持稳定。高压输电可以使电能集中，从而减小电能在传输的时候的损耗，但是高压电对普通家庭用电器以及电路有致命的伤害，所以变压器就应运而生了。单相变压器由于损耗小、容量小、重量轻等优势可以方便的深入负荷中心，而具有极强的适用性。
变压器是变控电源电压的一种电气设备，为适应不同的使用目的和工作条件，变压器可分为很多类型。通常按变压器的不同用途、不同容量、绕组个数、相数、调压方式、冷却介质、冷却方式、铁芯形式等进行分类，用来满足不同行业对变压器的需求。
本课题主要以单相变压器为研究对象，首先，介绍了单相变压器的应用和结构；其次，介绍了单相变压器的主要设计思路，包括客户要求、用途分析、材料分析、结构分析；然后，介绍了单相变压器各个参数的计算，包括铁芯、线圈、直流电阻、负载损耗 (115度)、温升及散热能力、阻抗电压等的计算；最后，介绍了单相变压器的机械结构设计过程及装配过程。
本课题来源于苏州腾冉电气有限公司的5KVA系列单相变压器。现阶段进行城乡电网改造主要使用节能产品，主要通过节能技术或者是节能产品可以有效地降低供电线损耗以及提升供电的可靠性。本文主要是对单相变压器的结构设计进行阐述。
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一、变压器的介绍 （一）变压器的应用
变压器是变控电源电压的一种电气设备，为了适应不同的使用目的和工作条件，变压器可分为很多种类。一般按照变压器的用途、容量、绕组个数、相数、调压方式、冷却介质、冷却方式、铁芯形式等进行分类，用于满足不同的行业对变压器的不同的需求。
按使用途径分类可分为：电力变压器；电炉变压器；整流变压器；工频试验变压器；矿用变压器；电抗器；调压变压器；互感器；特种变压器。
按容量大小分类可分为：中小型变压器：电压在35KV以下，容量在10-6300KVA；大型变压器：电压在63-110KV，容量在6300-63000KVA ；特大型变压器：电压在220KV以上，容量在31500-360000KVA 。
按相数分类，可分为：单相变压器和三相变压器。
按变压器的冷却介质分类：油浸式变压器；干式变压器；充气式变压器；充胶式变压器和填砂式变压器等。
按变压器的冷却方式分类可分为：油浸自冷式变压器；油浸风冷式变压器；油浸强迫油循环风冷却式变压器；油浸强迫油循环水冷却式变压器；干式变压器；本课题所涉及的单相变压器实际应用于农村的照明的用电或者小型动力的用电，其负荷不大，而且负荷波动也不大。 （二）单相变压器的原理
变压器是根据电磁感应的原理来制成的。在闭合的铁芯柱上面绕有两个绕组，一个原绕组和一个副绕组。当原绕组加上交流电源电压时，原绕组流有交变电流，而建立磁势，在磁势的作用下铁芯中便产生交变主磁通，主磁通在铁芯中同时穿过，一、二次绕组而闭合由于电磁感应作用分别在一、二次绕组产生感应电动势，其基本原理为楞次定律，感应电流产生的磁通，总是阻碍圆磁通的变化，当原磁通增加时感应电流的产生的磁通与原磁通相反, 就是说二次绕组所产生的感应磁通与原绕组所产生的主磁通相反,所以二次绕组就出现了低等级的交变电压，即铁芯是变压器的磁路部分，绕组是变压器的电路部分。
图1-1所示为变压器的电气原理图，表示引出导线的连接方式，在本公司A、a表示一个绕组的两根引出线，B、b表示另一个绕组的两根引出线，即此处连接方法应为线包1内线圈和线包2内线圈结尾相连，线包1外线圈和线包2外线圈结尾相连。 （三）单相变压器的结构
一般变压器主要分为铁芯、线包绕组和夹件三个部分。 1、铁芯
铁芯是变压器的磁路部分。铁芯一般是使用矩形硅钢片堆叠而成的。硅钢片可分为两种，一般应用在发电机和变压器对硅钢片的要求是一样的，都是要求铁损低，磁化特性好，叠片系数高等，但变压器一般用有取向硅钢片,发电机用无取向硅钢片。用做变
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压器的铁芯，一般选用0．35mm厚的冷轧硅钢片，按所需铁芯的尺寸，将它裁成矩形片，然后交叠成“日”字形或“口”字形。从原理上讲，如果需要减小涡流，则硅钢片厚度越薄，且拼接的片条越狭窄，效果越好。虽然这样可以减小涡流损耗，也可以降低温升，还能节省硅钢片的用量。但是实际上制作硅钢片铁芯时，并仅仅不只是从这一个有利因素出发，因为按照那样制作铁芯，会大大增加工时长，而且还会减小铁芯的有效截面。所以，用硅钢片制作变压器铁芯时，要从具体情况出发，选择最佳尺寸。
图1-1电气原理图
图1-2 铁芯堆叠 图1-3 铁芯堆叠
如图1-2所示为铁芯堆叠单数层平面图，如图1-3所示的铁芯堆叠为铁芯堆叠的偶数层，每层都是两片一叠。即表明铁芯堆叠的方式为插接，即铁芯本身有足够的拉力拉住铁芯自身，所以可以不再使用拉板将铁芯固定，从而减少不必要的成本。
2、绕组
绕组是变压器的电路部分。线包绕组的话可分为两类，一类是线绕组，另一类是箔
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绕组。线包绕组是变压器最关键的部分，它的作用是调节出一个被人所需要的电压。一次线圈中通过变化的电流，产生变化的磁场，二次线圈处在变化的磁场中感应产生变化的电流。一次线圈与二次线圈的比值决定了变压器的变比。线圈在整个过程中，起到电能到磁能再到电能的转化作用，同时改变了电压和电流的大小。
3、夹件
夹件主要起的作用是固定铁芯、安装固定。不同的变压器会使用不同的夹件，本课题中使用的是常规的夹件。除了常规的夹件还有许多特殊要求的夹件，如绝缘夹件等。夹件一般都是使用无磁性的材料。 二、设计思路 （一）客户要求
客户要求来源于客户所需电路中需要的参数，本课题所涉及客户提供的5Kva单相变压器的一些参数如下：
产品类型：单相变压器 额定容量：5KVA
额定电压：U1：U2 315V：220V 额定电流：16A：22.7A 绝缘等级：H（180℃） 额定频率：50Hz 耐压：2.5KVA/min 空载损耗：120w 负载损耗：150w （二）用途分析
该产品属于变压器。工艺要求主要是对客户提供的长宽高的大小要求、以及安装要求较为严格，主要做用是改变电压，保护用电器和输电电路安全。 （三）材料分析
1、由于一些夹件是属于折弯板的，所以夹件常见问题就是折弯角度不准确、折弯处圆角太大等，一般而言发现此种问题，就需要把夹件送回供应商那里返工。
2、由于绕线时线绕制过松就会引起线包绕组无法装入铁芯上，或者线包绕绕组松垮下来，影响变压器功能。
3、一些严酷的环境中所使用的变压器需要进行高温、防水、防震等试验。所以对制造变压器的原材料都有特殊要求，比如需要抗腐蚀、不生锈、耐高温、防水等材料进行制造。在这种情况下就不可以使用普通材料了。
4、所用材料
（1）铜线：4.5*1.5 mm铜线2.57kg，3.0*1.5mm铜线2.98kg。 （2）铁镀锡：上下夹件各两个。
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