电源变压器设计(4)

电源变压器设计

从测量可知，该变压器有４个绕组，其中标号⑤、⑥、⑦的是一带抽头的绕组，⑩号端子与任一绕组均不相通，是屏蔽层引出端子。 第二步：确定初级绕组。

对于降压式电源变压器，初级绕组的线径较细，匝数也比次级绕组多。因此，像图４这样的降压变压器，其电阻最大的是初级绕组。 第三步：确定所有次级绕组的电压。

在初级绕组上通过调压器接入交流电，缓缓升压直至２２０Ｖ。依次测量各绕组的空载电压，标注在各输出端。如果变压器在空载状态下较长时间不发热，说明变压器性能基本完好，也进一步验证了判定的初级绕组是正确的。 四、各次级绕组最大电流的确定

变压器次级绕组输出电流取决于该绕组漆包线的直径Ｄ。漆包线的直径可从引线端子处直接测得。测出直径后，依据公式Ｉ＝２Ｄ2，可求出该绕组的最大输出电流。式中Ｄ的单位是ｍｍ。

1.4电源变压器的空载试验和短路试验

1.4.1电源变压器的损耗

当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流，好像p一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。

由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。

1.4.2空载试验----->铁损

空载试验指的是通过变压器的空载运行来测定变压器的空载电流和空载损耗。一般说来，空载试验可以在变压器的任何一侧进行。通常将额定频率的正弦电压加在低压线圈上而高压侧开路。为了测出空载电流和空载损耗随电压变化的曲线，外施电压要能在一定范围内进行调节。

变压器空载时，铁芯中主磁通的大小是由绕组端电压决定的，当变压器施加额定电压时，铁芯中的主磁通达到了变压器额定工作时的数值，这时铁芯中的功率损耗也达到了变压器额定工作下的数值，因此变压器空载时输入功率可以认为全部是变压器的铁损。一般电力变压器在额定电压时，空载损耗约为额定容量的0.1%~1%。

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1.4.3短路试验----->铜损

短路试验通常是将高压线圈接至电源，而将低压线圈直接短接。由于一般电力变压器的短路阻抗很小，为了避免过大的短路电流损坏变压器的线圈，短路试验应在降低电压的条件下进行。用自耦变压器调节外旋电压，使电流在0.1~1.3倍额定电流范围变化。原边电流达到额定值时，变压器的铜损相当于额定负载时的铜损，因外施电压较低，铁芯中的工作磁通比额定工作状态小得多，铁损可以忽略不计，所以短路试验的全部输入功率基本上都消耗在变压器绕组上，短路试验可测出铜损。通常电力变压器在额定电流下的短路损耗约为额定容量的0.4%~4%，其数值随变压器容量的增大而下降。 1.4.4变压器空载试验和负载试验的目的

进行空载试验的目的是：测量变压器的空载损耗和空载电流；验证变压器铁心的设计计算、工艺制造是否满足技术条件和标准的要求；检查变压器铁心是否存在缺陷，如局部过热，局部绝缘不良等。

变压器的短路试验就是将变压器的一组线圈短路，在另一线圈加上额定频率的交流电压使变压器线圈内的电流为额定值，此时所测得的损耗为短路损耗，所加的电压为短路电压，短路电压是以被加电压线圈的额定电压百分数表示的：

此时求得的阻抗为短路阻抗，同样以被加压线圈的额定阻抗百分数表示：

变压器的短路电压百分数和短路阻抗百分数是相等的，并且其有功分量和无功分量也对应相等。

进行负载试验的目的是：计算和确定变压器有无可能与其它变压器并联运行；计算和试验变压器短路时的热稳定和动稳定；计算变压器的效率；计算变压器二次侧电压由于负载改变而产生的变化。 1.4.5试验要求和注意事项

1、空载试验应在绝缘试验合格的基础上进行，被试变压器的分接开头应置于额定分接位置。

2、在额定电压下进行试验时，所需试验电源容量可按下式估算：SO=SeIo（千伏安） 式中：So—试验所需电源容量，Se—被试变压器额客容量，Io—被试变压变压器额定空载电流百分数。当电源容量大于5倍所需容量时，可不考虑波形对测量结果造成的影响，作大容量变压器试验时，推荐采用系统电压进行试验。

3、当用三相电源进行试验时，要求三相电压对称平衡，即负序分量不超过正序分量的5%，三相线电压相差不超过2%，试验中三相电压要保持稳定，三相电压稍有不平衡时，试验电压可取三相电压的算术平均值，也可以用a、c相的线电压代替。

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电源变压器设计

4、测量用串联的电流互感器应考虑故障时动势稳容量不够可能造成的损坏保护措施。其外壳和低压绕组的接地一端必须可靠接地。测量仪表和测量回路对高压部分应保持足够的安全距离，载流引线必须有足够的通流容量。

5、测量仪表的准确度应不低于0.1级，互感器的准确度应不低于0.2级。对于较大容量变压器损耗功率的测量，应使用低功率因数瓦特表。

6、所测空载损耗是瓦特表指示的代数和，因此接线时必须注意瓦特表电流、电压线卷的极性，若使用互感器应同时注意互感器的极性。

7、利用电网高压电源进行试验时，应遵守有关的安全规程和现场运行规程。

8、试验中若发现表计指示异常或被试变压器有放电声、异常响声、冒烟、喷油等情况，应立即停止试验，断开电源，检查原因，在没有查明原因并予以恰当的处理之前，不得盲目再进行试验。

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第2章 电源变压器的设计

试设计一单相电源变压器，规格要求如图所示，其中变压器η=75%。

小型电源变压器简单设计

（该电源变压器可分别给单片机供电和12个LED显示灯充电）

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=10×5-5×1=10W （2）计算输入功率P1 及输入电流I1： 输入功率P1 = P2/η=10/0.75 =13.3W

输入电流I1 = 1.1 ×（P1/U1）= 1.1×13.3/220=0.0665A

2.2计算变压器的铁心规格

（1）确定铁心截面积Ｓ：

S= 1.25×3.16=3.95(cm2)

S——铁芯截面积 K——经验系数

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电源变压器设计

K的取值和变压器的输出功率有关，对于100W以下的K取1.2--1.3，100W-500W的K取1.1--1.2，500W-1000W可取1--1.1（功率大者取小值）。 （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3-22 GEI型铁心数据 ，可选用GEI16铁心，a×b = 16×28。

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，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）〕

铁心的B值可以这样选取: 热轧硅钢片的工作磁通密度B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：

N0 = 45000/ （Bm ×S） = 450000/（11000×4.04）=10匝/伏 （2）初、次级绕组的计算： 初级绕组 ： N1 = N0×U1，

次级绕组： N21= 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。 （2）初、次级绕组匝数的计算： 匝数N1 = N0×U1=11×220 = 2200匝，

次级绕组匝数N2= 1.05×N0×U2 = 1.05×10×10=105匝， 次级绕组匝数N3= 1.05×N0×U3 = 1.05×10×5=53匝

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