中小型变压器设计

中小型变压器设计一，小型单相变压器的设计变压器容量大小与其铁心大小有一定的比例关系，计算公式有三，先说小的，后边再说其它两种。早年采用热轧硅钢片时使用的铁心计算公式，与现在相比同容量它计算的铁心面积就偏大。早年的变压器烧毁翻修就得用这个公式，它计算的容量在1KVA左右的日子型和口子型铁心。铁心截面St=K√P,K为系数，P=0~10VA时K=2。10~50，2~1.75，50~500，1.5~1.4,500~1000,1.4~1.2,1000VA以上为1。例如：100VA计算，St=1.5√100=15cm²。1.旧设备上一台能耗制动变压器烧毁返修实例：把铁心拔掉，用手摇绕线机把一二次侧的匝数记一下，再用卡尺或千分尺记下两导线带绝缘和不带绝缘的直径大小，用平均匝长乘匝数或直接称得重量，到商店买不到合适导线，可根据铁窗余量大小用大一号或小一号导线代用，所以在买导线之前开始计算每层能绕几匝，多少层能绕完。层与层垫什么绝缘，垫多厚，一二次之间绝缘垫几层，与铁心柱之间采用什么绝缘骨架等，它们总厚度是多少，可得知窗口面积的余量。他们能绕下你当然也能绕下，但限于你手头材料有限，绝缘材料厚度及导线截面大小就得灵活掌控。绕完后用铁心片试插一下，看有不合适可修正，觉得无问题可在烘箱内干燥，浸漆再烘干，线包插上铁心应通电试验一下，是否经得起考验，并把铁心夹紧后铁心四周刷漆烘干，使铁心粘紧通电不发声，到此变压器返修完毕，可以放心安放到设备上运行。2.新设计一台能耗制动变压器：（1）.已知条件：采用磁密为10000高斯的热轧硅钢片，制动对象为7KW交流异步电动机，直流电流Id=4Io（7KW电机空载电流为6A）=4×6=24A，直流电压Ud=Id×Rd（电机线圈直流电阻1Ω）=24×1=24V。（2）.按电感负载单相桥式整流有关系数计算：交流电压U=24÷0.9=27V,交流功率P=27V×24A=648VA（也可以交流功率P=24V×24A×1.11=640VA。经常启动制动但不是连续工作，暂载率可取50%，不太经常取30%，取一半功率P=640VA÷2=320VA,采用前面的铁心计算公式，St=1.4√320=1.4×17.9=25cm²,每匝电压=25mm²×10÷450=0.557V/匝（10为10000高斯，450为50HZ时的系数）。热轧硅钢片磁密可取14000左右，冷轧硅钢片取16000~17500高斯，磁密变动后每匝电压=25×15÷450=0.833V/匝，当f=60HZ时，每匝电压Et=25mm²×15÷375=1.0V/匝，当f=50KHZ时，Et=25mm²×15×50k×10¯³/22500也可Et=25mm²×15×1000÷450=834V/匝（故频率越高铁心越小）。380V÷0.57=682匝，27V÷0.57=49匝，320VA÷27V=11.85A，320VA÷380V=0.842A。（3）.电流密度及导线选取：在空气中自冷的漆包铜导线电密取2~2.5A/mm²。在油中自冷的纸包铜导线电密取3.5~4.5A/mm²。在空气中自冷的双玻璃丝包线电密取3.5~4.5A/mm²高压导线截面选取=0.842A÷2.5A/mm²=0.337mm²，QQ铜漆包导线Φ0.67/Φ0.75（实有面积0.3526mm²）。低压导线截面选取=11.85A÷2.5A/mm²=4.74mm²,QQ铜漆包导线Φ2.44/Φ2.74（实有面积4.676mm²）。（4）.导线及绝缘在窗口内的排布：第一步：铁心选宽150mm高125mm中柱宽50mm窗口高75mm宽25mm，铁心有效面积25cm²,实际面积=25÷0.95=26.3mm²铁心厚度=26.3÷5cm=53mm。第二步：预计绕组骨架，用2mm玻璃布板，这样窗口面积由75×25变成71×23，高压导线排列=71÷Φ0.75×1.05（余量系数）=90根，682匝÷90=7.6≈8层。低压导线排列=71÷Φ2.74×1.05=24匝，49匝÷24匝=2.04≈3层（当然遇到这种情况还可以调整铁心尺寸）。第三步：计算高低压绕组幅向宽度，高压幅向=8层×Φ0.75×1.05=6.5mm，低压幅向=3层×Φ2.74×1.05=9mm，层间绝缘用0.12mm厚电缆纸，绝缘厚度=（11×2层+5层）×0.12=3.5mm，总幅向=6.5+3.5+9=19mm。以上设计不是最佳方案，如是一台还可以，是批量生产得反复调整直到最佳，也就是用料最省，成本最小，线包绕好后的工序同返修变压器一样。（5）绕制时的其它注意事项：在绕制较小变压器时，原线直接引出容易折断，这时引出头用粗导线引出。需要电磁干扰屏蔽的变压器在高低压绕组之间放上一层铜或铝箔，由于它引出接地，它与高压绕组之间的绝缘厚度等于高低压之间绝缘厚度，它与低压之间绝缘厚度相应薄一些。金属箔首尾不留间隙但必须用绝缘隔开，不得形成短路回路。二，焊机类变压器设计1，点焊、对焊等低压只有一匝的变压器设计它与磷铜焊机一样具有输出电流大阻抗低的特性，所不同的磷铜焊机低压为3~5匝，它们铁心外形尺寸是高≥宽的日字形，如果宽≥高为高阻抗特性，输出电流小不好用或用不成。点焊机、对焊机为了焊接不同厚度的铁皮和对焊不同粗细的钢筋，它的低压电压要在较大的范围内变化，因低压只有一匝，只能在高压匝数上变化。高压绕组分成几个单元，通过不同的串并连来改变低压电压，无论那种串并连，高压每个单元绕组全都得利用。点焊、对焊机还有一个特点就是不连续工作，存在一个暂载率问题，所以在铁心截面计算及导线截面计算上都得乘上一个暂载率系数。下面设计一台25KVA的点焊对焊机，暂载率取40%，冷轧硅钢片磁密取17500高斯。用第二种铁心截面计算公式St=3×√25√0.4/0.175=68.2cm²，匝压Et=68.2cm²×17.5/450=2.65V/匝，式中√0.4在√25内进行计算，为了便于计算，式中0.175和17.5均是17500高斯。高压匝数=380V÷2.65=143匝。高压电流=25KVA÷380V=66A，换算后=66A×√0.4=42A。导线截面=42A÷3.5A/mm²=12mm²。高压导线串并连形式多样，可以发挥自己的想象能力。低压电流=25KVA÷(2.65×1.05)=8985A，1.05为阻抗压降系数。换算后=8985A×√0.4=5683A，导线截面=5683A÷5=1136mm²。铁心窗口假设高200mm，铜皮宽195mm，铜皮厚度=1136mm²÷195mm=5.83mm，铜皮张数=5.83mm÷0.3=20张，铜皮长度视结构而定。象这种多单元高压绕组又串又有并时，使用圆导线只能并绕，使用扁导线应当叠绕，叠绕就得换位，否则就会出现环流问题。此类变压器诸如铁心尺寸具体选定，导线及绝缘的排列，铁损，铜损的具体计算参照下面要说到磷铜焊机变压器。三，磷铜焊机类1，磷铜焊机技术参数：型号LT-35/0.38，容量35KVA，高压380V，高压电流92A，低压8.5V，低压电流4118A，负载持续率20%，冷却方式，空气自冷。2，磷铜焊机计算单：1），铁心截面St=3×√35√0.2/0.17=70cm²，铁心中柱取Φ105mm，铁心截面79cm²,铁心有效截面=79÷1.053=75cm²。2），每伏匝压=75cm²×17/450=2.833V/匝。高压匝数=380V÷2.833=134匝，另一抽头为150匝，低压电压=2.833×3=8.5V，高压电流=35KVA÷380V=92A，低压电流=35KVA÷(8.5V×1.04)=3959A。3），高压导线线规=2.6×5.3/3.2×5.9双玻璃丝包，截面=13.5mm²，高压导线电密=92A×√0.2/13.5mm²=3.037A/mm²。高压绕组平均直径为Φ132mm，高压绕组周长=132×3.14=0.4145m，高压导线长度=0.4145×150匝=62.2m。4），高压直流电阻R=0.02135×62.2m/13.5mm²=0.098368Ω，0.02135为铜导线在75℃时的电阻系数。5），高压导线铜损Ｐ=92²Ａ×０.98368Ω=833Ｗ，高压导线重量=8.9×62.2m×13.5mm²×10¯³=7.5kg。8.9为紫铜导线的比重。6），低压导线线规13×40=520mm²，电密=3959A×√0.2/520mm²=3.4A/mm²,低压导线平均直径Φ176.5mm，低压导线长=176.5mm×3.14×3+200mm=1.863m。7），低压直流电阻R=0.02135×1.863/520=0.000076475Ω，8），低压铜损=3959²A×0.000076475Ω=1.2KW，因低压绕组在外，散热条件好，电密取得比高压绕组大点，故铜损也大些。低压导线重量=8.9×1.863m×520mm²×10¯³=8.622kg。9），铁心损耗：中柱重量=75cm²×200mm×7.65kg/cm³×10¯4=11.475kg，7.65为硅钢片比重，四周边柱面积97mm（厚度）×0.95（系数）×50mm（宽度）=46cm²，边柱重量=46cm²×(2×300mm+2×200mm)×7.65kg/cm³×10¯4=35.19kg，铁心总重=11.475kg+35.19kg=46.7kg，铁损P0=1.4×46.7kg×1.57=103W，1.4为系数，1.57为较好硅钢片每公斤铁损瓦数，差一点为2.57。10），铁心窗口面积选取计算：铁心为日字形，宽=高=300mm，单个窗口面积=200mm×50mm，中柱φ105mm，边柱宽度=50mm。高压窗口高度：5.9mm（导线宽）×（30匝+1）×1.05（余量系数）+2×2（端绝缘）+2×2（通风间隙）=200mm。高压幅宽=3.2mm（导线厚度）×5层×1.05+0.12×10=17mm。高压窗口宽度：5mm（内径风道玻璃布板撑条）+1mm(围板)+12mm（高低压冷却风道+17mm（高压幅宽）+13mm（低压导线厚度）+2mm（低压导线与边柱绝缘距离）=50mm。低压轴向高度=40mm(导线宽)×（3匝+1）+3×10.7mm（匝间绝缘实配）=192mm，低压窗高=192mm+2×2+2×2=200mm。3,其它注意事项：1），低压导线也可用合适的废导线并叠在一起绕制，绕前应把多根导线稍加焊接便于绕制，但两引出端最好用小块铜板焊上，为了接触良好，同时也降低了成本。2)，铁心应有接地片，脚踏开关应用36V电源，应有推把和轮子。3），380V高压匝数正常为134匝，用150匝时可用小焊钳焊接小截面导线。4），绕制低压线包时，注意反弹，用小点直径模子绕。5），变压器经浸漆烘干试验无问题后，铁心线包整体刷漆，防部件运行时松动，尤其低压绕组匝间垫块。6），在电器元件罩子上再设计一个工具盒，好放焊条石棉绳等物。7），在使用中应了解焊机输出电流的大小，使用者满意程度，以便下次调整设计方案。磷铜焊机完整图纸在我的博客已有，只是画面小不太清楚，真要仿制可两面参考。三，电弧焊机类变压器设计电弧焊机不同于点、对、磷铜焊机，区别1：电弧焊机空载时电压50～70V，而焊接时电压为20～30V，大焊机空载电压会更高，小的会更低。空载电压高方便引弧，象氩弧焊机专门配有3000V引弧电压。而点、对、磷铜焊机空载与使用时电压变化很小，如同电力变压器一样。区别2：点、对、磷铜焊机由漏磁产生的阻抗压降通常只有4～5%。而电弧焊机靠变压器自身漏磁产生的阻抗压降，是远远满足不了这类焊机的需要，还得另外想办法增加它的阻抗压降。所以此类焊机在一侧铁心柱上套上高压包及低压包，另一部分低压包则独自套在另一铁心柱上，以增加这一部分低压绕组的电抗压降，这一部分绕组虽也产生匝压，增大低压的电压，但因为它远离高压包，高压包与这部分低压绕组会产生较大的漏磁，也增大了它们之间的电抗压降，纯绕低压的这一部分绕组还设有1～2抽头，可调整电抗压降使输出电流可大可小，远离高压绕组的另一部分低压绕组，在焊接时不接入则