电气自动化电机与拖动课程设计R型变压器课程设计.doc

一 R型变压器的结构与特点 R型变压器以独特的结构、精巧的外观、完美的电气性能等特点受到各行业的青睐及人们的重视。R型变压器与C型、E型、环型相比有着无法比拟的优越性。 图1 R型铁心表1 R型铁心尺寸及参数表R型变压器的核心部分R型铁心,是由一根用开料机切割成宽窄不一,即由窄到宽,由宽到窄连续均匀过渡的优质冷轧取向硅钢带卷绕而成,经热处理退火,浸渍绝缘漆,一次成型.铁心不切割,截面近似圆形, 目前，国内最主要选用了三种不同厚度的硅钢带生产R型铁芯。 第一种，选用0.23mm厚硅钢带。 生产出的铁芯，损耗小，表面园整度高。主要适用于生产要求高的50Hz、60Hz、400HzR型变压器。性能好，但成本高。 第二种，选用0.27-0.30mm厚硅钢带。 生产出的铁芯，在电气性能，表面圆整度方面，略亚于第一种铁芯。特别适宜于生产50Hz、60Hz中高档R型变压器。 第三种，选用0.35mm厚硅钢带。 生产出的铁芯，铁芯损耗较大，表面圆整度较差，但成本低。适宜于生产中低档R型变压器。 单相R型变压器的系列规格已由初期的R-5至R-1000共十余种，至今已发展充实到从R-1至R-5000其有三十余种。功率容量已从初期1200瓦以下，发展到5000瓦。 同时成功地开发了适应电器，电力使用的三相R型变压器。功率容量从100瓦到100千瓦。三相R型变压器开发成功，使R型变压器应用范围从电子行业为主，而发展到电器、电力行业。R型变压器的骨架是用PBT阻燃 工程塑料压制成型,制成拼装式圆形骨架,并由内外两种骨架组合而成,如图2所示.线圈绕制前先将骨架拼装在R型铁心上,用专用绕线机直接转动骨架实现线圈的绕制.一般将初次级绕组分别绕在内,外骨架上,它有效地增加了绕组间 图2 R型变压器线圈骨架的绝缘距离.也可只用一只内骨架,初级绕组绕在内层,次级绕组绕在外层。 表2列出了常用的骨架尺寸, 供参考 R型变压器与传统的E型插片铁心变压器相比具有以下特点: 体积小30%,质量轻40%; 漏磁小,只有E型变压器的1/10以下; 损耗小,温升低,与E型变压器相比,温升降低一半以下; 结构简单,噪音低; 常用卧式结构,薄形化,适合于高密度安装; 绕组呈圆形,平均匝长减少6%10%,铜损低,用铜量少. R型变压器广泛用于CNC机床,办公室自动化设备,计算机,电视摄像和音响设中.表2 R型变压器骨架尺寸 在使用R型铁心和R型变压器时,以下两点应加以注意. 1) 根据铁心材质的磁性能来确定电磁参量 目前R型铁心所选用的材料主要是DQl5135及Z8H0.23两种.由于我国尚未制订R型铁心标准,因此,各企业生产的R型铁心在尺寸及磁性能方面均有一定的差异.在选用R型铁心设计变压器时,应根据生产企业提供的有关数据进行.对功率在100W以下的变压器,由于温升较低,铁损只影响变压器效率,上述两种材料对电磁参量的选择影响不大.对功率在100W以上的变压器,必须根据铁心的磁性能来确定电磁参量,同时应选用较好的材质,以更好地体现R型变压器的特点. 2) 正确地选用熔断器 由于R型变压器的合闸电流较大,必须正确地选用熔断器,以保证整机正常工作. 二 R型变压器计算 R型变压器的计算步骤与C形铁心变压器相同,但由于R型变压器的结构特点,在计算方法上有其自身的特点. 1.电源变压器主要技术要求 初级输入电压 U1=220V; 电源频率 f=50Hz; 次级输入电压 U2=18V; 次级输入电流 I2=2A;电路图如图3所示. 2.计算步骤与方法1) 变压器功率容量 P2=18x2=36W2) 选铁心 查表3,取铁心规格为R30.R30的铁心功率为3045VA.铁心截面积 式中经验系数，变压器硅钢片=1.25铁芯的毛截面积式中硅钢片的叠片系数为了使铁心的性能好我们选用材料DQl5123，即0.23mm厚冷轧硅钢片。选择铁心的原则是:应根据负载功率的大小,绕组的多少,电压高低,温升要求,工作环境温度等来确定铁心的规格尺寸.表三列出了设计的典型参数,供参考在表3中,环境温度为+55,变压器温升不超过55 图3 电源变压器电路图 铁心的电磁性能建议如下: 对Z8H0.23材料,铁心在B0=1.7T下,单位铁损不超过1.25W/kg,对于R100以下的铁心可放宽至1.5W/kg.铁心磁化伏安不超过2VA/kg. 铁心的磁化伏安,只要能满足在B0=1.7T下,VA0在10VA/kg以下,其功率因数均能在0.99以上.可根据实际使用情况,确定一个合适的VA0值. 3) 确定电磁参量 由于我们选用Z8H0.23铁心材料,其B50在1.9T以下.当电网电压波动值最大为+15%时,磁感应强度值宜取1.7T左右;电网电压波动值最大为+10%时,磁感应强度值可取1.75T左右. 我们就取B0=1.70T,当电网电压达+115%时,可保证变压器正常工作. 电流密度j和电压调整率的选择参考表3.具体选择方法是:功率余量小时取大值,功率余量大时取小值. 4) 变压器绕组功率分配 变压器绕组功率分配的原则是:初级绕组应平衡分配在左右两个铁心柱上,一般,功率在300W以下采用串联,300W以上采用并联.次级绕组既要考虑功率分配平衡,又要考虑大功率绕组在左右铁心柱中的功率平衡.电压较低,工作电流大的次级绕组宜采用并联;电压高,电流小的次级绕组宜采用串联. 5) 匝数计算 W1=/（4.44fBzS）=/4.44×50×1.7×2.68=9.887匝/V 其中Bz为磁痛密度，S为铁心截面积，均可通过查表得到，W为每伏匝数。查表3可知U%=12%15%,我们取U%=12%。W2=W1/（1-U%）= 9.887/（1-0.12）=11.24匝/V =U1*W1=220×9.887=2175.1匝,取2170匝,每边为1085匝. =U2*W2=18×11.24=202匝 6) 导线直径确定 次级感应到初级的电流=/=2*202/1085=0.372 A 由于R型变压器的铁损电流与磁化电流很小,故可直接用来确定初级导线直径. 查表3,取j=4A/=1.13=1.13×=0.345mm =1.13=1.13×=0.8mm 取=0.345mm, =0.8mm。. 7) 结构计算 导线直径确定后,进行结构计算,核算窗口能否容纳. 骨架采用RB30,内骨架(初级)绕线宽度为42.5mm,可绕制厚度为2.8mm;外骨架(次级)绕线宽度为42.5mm,可绕制厚度为2.9mm. 由于绕组平衡配置,故只要计算一个线圈即可.结果如下: I/2: /2=1085匝, =0.345mm,=0.397mm，每层118匝,绕9层,绕组厚度3.1mm; /2:=202匝, =0.475mm,=0.546mm,每层101匝,绕2层,绕组厚度0.57mm;根据以上计算,绕组能在骨架尺寸范围内配置. 如果在计算时,绕组在骨架尺寸范围内不能配置,则可改变导线直径至绕得下为止. 表3 R型变压器计算参数表（f=50HZ） 表4 R型变压器主要主要尺寸表 8）温升的计算环境温度为+45,变压器温升不超过45. 要求T45主要由线圈包厚度决定的与热传导有关的校正系数为线包散热面积，即未被遮盖的线包表面积为铁芯散热面积，即未被遮盖的铁芯表面积F=+1.5/K当F单位为时，=当F单位为时，=式中为线圈平均温升（）P为线圈总损耗（W）P=Psr-Pz=50-36=14WK=/ 为铁芯平均温升取铁芯型号XCD25*50*80的电源变压器f=50Hz=1.05F=+1.5/K=(237.5+)=0.036=38.2=/K=38.2/1.18=32.49）R型变压器短路性能的计算短路阻抗试验是鉴定运行中变压器受到短路电流的冲击，或变压器在运输和安装时受到机械力撞击后，检查其绕组是否变形的最直接方法，它对于判断变压器能否投入运行具有重要的意义，也是判断变压器是否要求进行解体检查的依据之一。10）电磁力和机械应力计算径向力最大轴向力11）线圈导线最大合成应力高压线圈低压线圈12）绕组排列结构及连接图4 绕组连接图图5 R形变压器外形图结论：R型变压器的设计R型变压器以其独特的结构、精巧的外观、完美的电气性能的特点越来越成为我们关注的焦点。R型变压器与C型、E型相比有着无法比拟的优越性。此次设计的R型变压器给定的初级输入电压220V，次级输入电压18V，电流2A，确定了功率的范围，通过查表我们变压器定为R-30型，然后通过计算查表确定了铁心的截面积和铁心材料，并确立铁心的电磁参量和校验其电磁性能。变压器的绕组是能否正常工作的关键，通过计算得到一次和二次绕组匝数分别为2170和202匝，根据铁心规格为R-30查表计算出导线的截面积分别为0.345mm和0.8mm。由于电压高电流低所以采用了串联形式，通过计算满足温升T45的要求，但由于温升包括高压线圈和低压线圈对油的平均温升，还要计算出油对空气的平均温升，根据油箱尺寸和油箱上的两排油管以及内外层扁管的不同分别计算出油箱的散热面积，另外还要考虑线圈对空气温升的影响，所以本设计不严密。而关于短路性能，电磁力以及导线机械应力的大小鉴于知识所限未多加考虑。文中多处使用图表等资料，使计算过程显得简化。设计体会：通过这次电机与传动的课程设计，我收获颇深。由于R型变压器是我以前所没有接触到的，通过去图书馆和上网查阅资料和参阅文献，我对此类变压器有了深刻的认识。R型变压器的诞生，使铁芯变压器在漏磁、损耗、温升、体积、重量、安全第一系列技术指标得到很大的提高，也为高新技术产品，电子电器行业的整机升级换代创造了很好的条件。所以，对此类变压器的研究有很现实的意义。而设计R型变压器最主要要考虑到铁心的选择，然后就是导线直径和匝数的计算，接着还有温升对变压器所造成的影响，此外还要对线圈电压、电流及匝数对绕组形式的影响加以分析考虑。由于时间的考虑和自己的知识所限，对于短路性能、电磁力及导线机械应力等方面没有多加分析，从中也找到了自己的不足，在以后的学习中能汲取教训，加以弥补。 总之，本次课程设计给了我很大的自我学习的空间，也让我知道了提升自学能力的紧迫和充分利用周围资源的必要。相信在以后的的学习生活中我能充分利用到这次所学到的知识。参考文献1唐介。电机与拖动。高等教育出版社。2003。2刘介才。现代电工技术手册。中国水利水电出版社，2003。3 李树棠。变压器基础知识j。西安。陕西科学技术出版社，1983。4电工手册。上海。上海科学技术出版社，1998。5 扬治业。变压器试验技术j变压器，2001。致谢 感谢这几天来周围同学对我提出的建议和给予的帮助，使得我能顺利地将此篇设计做出来。