电力：066-变压器设计与材料选择--设计篇
高过载配电变压器的优化设计
高过载配电变压器的优化设计引言：随着电力需求的不断增长，传统的配电变压器已经无法满足高负载的要求。
高过载配电变压器的优化设计成为了一个研究的热点。
本文将从变压器的材料选择、结构设计和风冷系统设计三个方面探讨高过载配电变压器的优化设计方法。
一、材料选择对于高过载配电变压器来说，材料的选择对其性能至关重要。
铁心材料应具有高磁导率和低磁损耗，以确保变压器在高负载下的工作效率。
常见的铁心材料有硅钢片、钙钛矿钢片等。
绕组导线应具有较低的电阻和良好的导电性能，以降低变压器的损耗。
常见的绕组材料有铜和铝。
变压器的绝缘材料应具有较高的绝缘强度和耐热性能，以确保变压器的安全可靠运行。
二、结构设计高过载配电变压器在结构设计方面有一些特殊要求。
变压器的设计应考虑到高负载情况下的散热问题。
可以采用分层绕组结构，增加绕组与冷却介质之间的接触面积，提高散热效率。
变压器的设计还应考虑到震动和噪声问题。
可以采用减震措施，如添加减震材料或采用低噪音设计。
三、风冷系统设计高过载配电变压器需要一个高效的风冷系统来保证其在高负载下的散热效果。
变压器的外壳应设计合理，以便于空气流动。
风冷系统的设计应考虑到风道的布局和风扇的选择和安装等因素。
可以采用多风道设计，增加散热效果。
风扇的选择应考虑到风量和噪音等因素，以确保风冷系统的稳定运行。
结论：高过载配电变压器的优化设计是一个综合性的问题，需要从材料选择、结构设计和风冷系统设计等方面综合考虑。
通过合理选择材料、优化结构设计和设计高效的风冷系统，可以提高高过载配电变压器的性能和可靠性，满足更高负载的需求。
变压器制作资料
变压器制作资料变压器是一种将电能从一个交流电路传输到另一个交流电路的电器。
它通过电感耦合来改变电压和电流的比例。
制作变压器需要一些基本的材料和工具，下面是制作变压器的一些资料。
材料：1. 铁芯：可以使用硅钢片制作铁芯，因为硅钢具有较高的磁导率和较低的磁滞损耗。
2. 绕线：可以使用铜线或铝线作为绕线材料。
这两种金属具有良好的导电性能和适当的耐高温性能。
3. 绝缘材料：用于绝缘绕线和隔离铁芯的绝缘材料，如绝缘纸或绝缘漆。
4. 外壳：为了保护变压器并提高安全性，可以选择一个合适的外壳材料，如塑料或金属。
工具：1. 绕线工具：可以使用绕线机或手动绕线工具来完成绕线工作。
2. 焊接工具：用于连接绕线和连接绕线与引线的焊接工具。
3. 绝缘工具：用于剥离绕线末端的绝缘层的工具。
4. 测试工具：用于测试变压器的工作状态和性能的工具，如万用表或示波器。
5. 切割工具：用于切割铁芯和调整绕线长度的工具。
制作步骤：1. 准备铁芯：根据设计要求切割硅钢片，然后堆叠在一起以形成一个闭合的铁芯结构。
2. 绕线：使用绝缘纸或绝缘漆绝缘铁芯，并使用绕线工具将绕线缠绕在铁芯上。
根据设计要求绕制初级绕组和次级绕组。
3. 连接引线：使用焊接工具将绕线与引线连接起来，以便将变压器与电路连接。
4. 绝缘处理：使用绝缘材料覆盖绕线和引线，确保绝缘性能符合要求。
5. 安装外壳：根据需要选择一个合适的外壳材料，并根据变压器尺寸将变压器放入外壳中。
6. 完工检查：使用测试工具检查变压器的绝缘性能、电阻、电压变化等参数，确保变压器正常工作。
这些是制作变压器的基本资料和步骤，制作变压器需要一定的专业知识和技术，因此建议在制作变压器前咨询专业人士或参考相关资料。
制作一个变压器是一个相对复杂的过程，需要仔细的计划和准备。
以下是进一步的详细资料和步骤，以帮助您更好地理解变压器制造过程。
设计阶段：在制作变压器之前，首先需要进行设计。
设计包括确定所需的电压变比、功率容量和铁芯尺寸。
选择变压器课程设计
选择变压器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解变压器的原理，掌握变压器的构造、分类及工作特性。
2. 学生能掌握变压器的基本公式，如变压器的变压比、变流比和功率不变原理。
3. 学生能了解变压器在实际电路中的应用及其影响。
技能目标：1. 学生能够运用所学知识，正确选择合适的变压器。
2. 学生能够通过实际操作，测量变压器的变压比和变流比，并分析其性能。
3. 学生能够运用变压器解决简单的电路问题，培养解决问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习变压器，培养对物理学科的兴趣，增强学习动力。
2. 学生在学习过程中，培养团队合作意识，学会倾听、交流和分享。
3. 学生能够认识到变压器在生活中的应用，了解科技进步对生活的影响，增强环保意识。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够解释变压器的原理和构造，并掌握相关术语。
2. 学生能够运用变压器的基本公式，进行实际电路分析。
3. 学生能够通过实际操作，验证变压器的性能，并提出改进措施。
4. 学生能够主动参与课堂讨论，积极与同学交流，共同解决问题。
5. 学生能够关注变压器在生活中的应用，关注科技进步，形成良好的环保意识。
二、教学内容1. 变压器原理及构造- 变压器的工作原理- 变压器的构造及各部分功能2. 变压器的分类及工作特性- 单相变压器与三相变压器- 变压器的额定参数及性能指标3. 变压器的基本公式- 变压比、变流比的计算- 功率不变原理4. 变压器的应用及影响- 变压器在实际电路中的应用- 变压器对电路性能的影响5. 变压器的选择与使用- 选择合适变压器的方法- 变压器的安全使用与维护教学安排与进度：第一课时：变压器原理及构造，变压器的分类及工作特性第二课时：变压器的基本公式，变压器的应用及影响第三课时：变压器的选择与使用，实际操作练习教材章节及内容：第一章：电与磁的基本概念第二节：磁路及变压器原理第二章：交流电路第四节：变压器及三相交流电路第三章：电气设备第一节：变压器的构造与性能教学过程中，教师将结合教材内容，通过讲解、实例分析和实际操作，确保学生掌握教学内容，达到课程目标。
变压器毕业设计
变压器毕业设计变压器毕业设计一、引言变压器是电力系统中不可或缺的重要设备之一，其主要功能是将电能从一个电路传输到另一个电路，通过改变电压的大小来实现。
在电力传输和配电系统中，变压器扮演着关键的角色，因此对变压器的设计和研究具有重要意义。
本文将探讨变压器毕业设计的相关内容。
二、背景介绍变压器毕业设计通常涉及到多个方面的考虑，包括变压器的结构设计、电气设计、热设计等。
在设计变压器之前，需要对电力系统的需求进行充分了解，包括负载情况、电压等级、频率等。
同时，还需要考虑变压器的可靠性、效率、成本等因素。
三、结构设计变压器的结构设计是变压器毕业设计中的重要部分。
在结构设计中，需要考虑变压器的外壳、绝缘材料、冷却系统等方面。
外壳的设计应该满足安全、美观、易于维护等要求。
绝缘材料的选择和布局对于提高变压器的绝缘性能至关重要。
冷却系统的设计则需要根据变压器的功率和运行环境选择适当的冷却方式，如自然冷却、强迫风冷、水冷等。
四、电气设计电气设计是变压器毕业设计中的核心内容之一。
在电气设计中，需要考虑变压器的额定功率、额定电压、变比、损耗等参数。
同时，还需要对变压器的绕组设计进行优化，以提高变压器的效率和负载能力。
此外，电气设计还需要考虑变压器的过载能力、短路能力等安全性能指标。
五、热设计热设计是变压器毕业设计中不可忽视的一部分。
变压器在运行过程中会产生一定的损耗，这些损耗会转化为热量，如果不能及时散热，会导致变压器温升过高，影响其正常运行。
因此，热设计需要考虑变压器的散热方式、散热材料、散热面积等因素。
通过合理的热设计，可以提高变压器的散热效果，降低温升，提高变压器的可靠性和寿命。
六、实验验证在变压器毕业设计中，实验验证是非常重要的一环。
通过实验验证，可以检验设计方案的可行性和有效性。
实验验证可以包括变压器的负载试验、短路试验、过载试验等。
通过实验结果的分析和比较，可以对设计方案进行修正和优化，提高变压器的性能。
七、结论变压器毕业设计是一个综合性的工程项目，需要考虑多个因素的综合影响。
变压器的设计范文
变压器的设计范文变压器是一种用于将交流电能从一个电路传递到另一个电路的电气设备。
它通过电磁感应原理工作，将输入电压变换为所需的输出电压。
变压器广泛应用于输电、发电、配电和电子设备中，因此其设计非常重要。
1.确定变压器的功率需求：首先，需要确定所需的输入功率和输出功率。
输入功率是指从电源输入的功率，而输出功率则是输出给负载的功率。
这些功率决定了变压器的尺寸和材料的选取。
2.确定变压器的额定电压：根据所需的输出电压和输入电压，可以计算变压器的变比。
变比是指输入电压与输出电压之间的比值。
选择适当的额定电压可以确保系统的稳定性和安全性。
3.计算变压器的绕组参数：变压器绕组是变压器的核心部分，负责将电能从一个线圈传递到另一个线圈。
绕组的设计涉及到导线的直径、绕组的层间绝缘和绕组的电阻等参数。
这些参数需要满足电流容量、损耗和温度升高等考虑。
4.选择合适的磁芯材料：变压器的磁芯是通过电磁感应实现能量传递的关键部分。
常用的磁芯材料包括硅铁、镍铁等。
根据所需的磁通密度和工作频率选择合适的磁芯材料。
5.设计变压器的冷却系统：由于变压器在工作过程中会产生热量，所以需要设计合适的冷却系统来散热。
常见的冷却系统包括自然冷却、风冷和水冷等。
根据功率需求和环境条件选择适当的冷却系统。
6.进行电路分析和模拟：通过使用电路分析工具和模拟软件，可以模拟和优化变压器的设计。
这可以节省时间和成本，并确保所设计的变压器符合要求。
7.制作和测试样品：在进行大规模制造之前，必须制作和测试样品。
这可以帮助验证设计的正确性和可行性，并进行必要的改进。
8.进行负载和故障测试：在将变压器投入使用之前，必须进行负载和故障测试。
这些测试可以确保变压器在高负载和故障条件下的性能和安全性。
变压器选择材料要求
变压器选择材料要求变压器是电力系统中非常重要的设备，用于将高压电能转换为低压电能，以供各类电气设备使用。
在选择变压器材料时，需要考虑多种因素，包括材料的电气性能、机械性能、导热性能、耐腐蚀性能等。
下面将详细介绍变压器选择材料的要求。
1.绝缘材料的选择在变压器中，绝缘材料起到隔离电压的作用，以防止电磁波的干扰和漏电。
合适的绝缘材料应具备良好的绝缘性能、机械强度和耐热性能。
常用的绝缘材料有绝缘纸、绝缘漆、绝缘膜等。
绝缘纸是一种常见的绝缘材料，它的介电强度高、绝缘性能良好，通常被用于制作绝缘片、隔板和绝缘垫片等。
绝缘漆是将有机溶剂中的聚合物树脂涂覆在绝缘材料上，形成一层绝缘薄膜，具有较高的耐热性，可用于涂覆绕组线，并起到绝缘隔离的作用。
绝缘膜是一种高分子薄膜，具有较高的耐热性和机械强度，常用于绝缘层的包裹。
2.导体材料的选择导体是变压器中的重要组成部分，所选材料对变压器的导电性能和工作效果有很大的影响。
常用的导体材料有铜和铝。
铜是一种优质的导体材料，具有较低的电阻率和优良的导电性能，而且耐腐蚀、抗氧化，能够在高温下保持稳定的导电能力。
铜导体通常用于高功率变压器和要求高电导率的场合。
铝是一种轻便、廉价的导体材料，虽然其电导率较铜略低，但在适当的工程设计下，仍可满足变压器的导电要求。
铝导体通常用于低功率变压器和中小型变压器。
3.冷却材料的选择冷却系统对变压器的散热效果有着重要的影响。
常用的冷却材料有变压器油和干式冷却材料。
变压器油具有良好的导热性能和良好的绝缘性能，能够有效地吸收和散发变压器产生的热量，保持变压器内部温度的稳定。
干式冷却材料一般是一种特殊的绝缘材料，具有较高的导热性能和良好的耐热性能，常用于干式变压器的冷却。
4.外壳材料的选择外壳是变压器的保护层，它对于变压器的机械强度、防腐蚀性能和安全性起着重要的作用。
外壳材料应具备良好的电绝缘性能、良好的机械强度和耐腐蚀性能。
常用的外壳材料有钢板、铝板和塑料等。
变压器设计方案
变压器的设计磁性材料以及变压器的设计，主要说三种，一是硅钢片构成的工频变压器，一种铁硅铝铁粉芯磁环，还有一种是锰锌镍锌材料构成的磁环。
三种应用于不同场合，其中硅钢片主要用于工频变压器，因，因此抗磁饱和强为U1.5T值大，达附近，适中，值在1.5KBsat值相对硅钢片值低，一般在百附近，度。
铁硅铝铁粉芯材料UB小，但是比高导材料（锰芯镍锌）大很多，主要用于直流分量大的连续电流电路。
而锰芯镍锌磁导率很高，最高场合。
比如用于BUCK，因此耦合性很好，主要用于小信号耦合传输。
比如驱动10K最达信号以及电压电流采样。
这种材料主要绕几匝就能满足感量要求以及合适的激励电流。
说说变压器的设计首先我们知道变压器是一个激励电感和理想变压器构成，当然还有初次级漏感。
但我们可以先假设漏感忽略不记。
那么变压器主值有要参数就是激励电流和匝数了，也就是磁动势。
这直接和B值越大，越容易磁饱和。
那么好越大，B关。
其他条件不变下，NI B值处在一个安全的范围内。
了，现在讨论下NI值怎么取才能让BU就是磁导率，就是相信大家知道B=UH，这是定义出来的，成线性关系（一般HB与H的比值，U不是常数，但是在小H下与是激励电流。
那好IH=KNI材料）,而，K是比例常数，N是匝数，是I了，如果要减小B值就得减小NI乘积（同一磁环）。
激励电流就得N和电感量成反比的。
如果增大电感量则激励流会下降，但是正成又和N量知升量否增大，则电感如何上。
我们道电感 U∝N*N?μ?I/T。
所以L 值代进去得U=LI/T,比,L∝N*N?μ。
而把B=μH=kμNI=k(μNUT)/(N??*μ)=KUT/N值，所以理论上我B由此式可知 B∝1/N。
所以增大N就能减小,不容易饱和，但是实际情况总有个度BN们最好让值无穷大，这样首先就是我们的变压器功率。
因为我们总要输出一定功率，否则变压器就失去了作用。
既然要输出功率那么肯定有一的电流过绕线，若取得很细，则线压降很大，线损很大。
变压器设计及计算要点
变压器设计及计算要点变压器是一种用于变换交流电压的电气设备，广泛应用于电力系统、电子设备、通信系统等领域。
变压器的设计与计算是确保其正常运行的关键，涉及到许多重要的要点。
1.确定变压器的额定功率和额定电压：变压器的额定功率决定了其输出电流的大小，额定电压则决定了变压器的输电功率。
根据实际需要，需准确确定变压器的额定功率和额定电压。
2.确定变压器的变比和绕组：变压器的变比指的是输入电压与输出电压之间的比值，也就是变压器的变压比。
通过设定变压器的变比可以实现不同电压等级之间的转换。
此外，变压器通常包括一个或多个绕组，根据需求确定绕组的数目和结构。
3.计算变压器的铁芯参数：变压器的铁芯是其中一项重要的部件，通常由硅钢片叠压而成。
根据设计需求，需要计算铁芯的截面积、有效磁路长度、直径等参数，以确保变压器的磁路特性满足要求。
4.计算变压器的绕组参数：绕组是变压器中的另一个重要部件，它包括主绕组和副绕组。
根据变压器的输入电压、输出电压和额定功率等信息，需要计算绕组的匝数、截面积、线径等参数，以确保变压器的电路特性满足要求。
5.确定变压器的损耗和效率：变压器在工作时会存在一定的损耗，主要包括铁损耗和铜损耗。
铁损耗是由于铁芯磁场交变而引起的磁滞损耗和涡流损耗，铜损耗是由于绕组电流通过导线产生的电阻损耗。
需要计算变压器的损耗并根据实际情况评估其效率。
6.进行变压器的短路和过载计算：变压器在短路和过载时需要承受较大的电流，因此需要进行相应的计算来评估变压器的热稳定性和电气性能。
短路计算时需要根据变压器的短路阻抗和系统的短路容量进行分析，过载计算则需要根据变压器的额定功率和负载情况进行评估。
7.进行变压器的冷却设计：变压器在工作时会发热，需要通过冷却系统来散热。
常见的冷却方法包括自然冷却、强制风冷和油冷等方式，需要根据变压器的功率和工作条件进行相应的冷却设计。
8.进行变压器的绝缘设计：变压器的绝缘是确保其安全可靠运行的关键。
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变压器的基本原理
磁路与电路的对比:磁通连续性定理
描述：表征磁场基本性质的一个定理。它指出，由任一闭合面穿出的净磁通等于零，即穿出 的磁通等于穿入的磁通，而其代数和为零 （这个定律应用于磁路上就是KCL的磁路定理）
基本理论： 磁场中任何一条B线(磁感应强度，即磁通密度)都是连续且闭合的 空间任何一点，进去多少B就得出来多少B
电流,Current, I 电流密度,Current density, J
电阻,Resistance, R
安培环路定律
欧姆定基本原理
磁路与电路的对比:电路的串并联关系在磁路上成立
磁路
电路
串并联关系
…
…
…
…
……
……
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:磁路的基尔霍夫定律
0.4 用于计算峰值电流Ipk,交流磁通Bac等
25
限制磁心损耗和绕组电流密度
75
2.磁性元件的一些常规设计参数
1 原边绕组允许电流密度 Jp (A/cm2) 600 通常设计时,绕组电流密度在400-600之间,功率较小或者散热条件较好,如有风, PCB绕组等, 可以升到1000, 而对于一些特殊的绕组, 如散热较差或频率太高可以考虑降低到300
跟据电流计算各绕组的选线， 并计算绕组损耗
跟据设计结果复算各参数
变压器的设计
Lp,Ls,Lk,n,f,Np,Ns,电压,容量,外形等等
AP给了选取铁心大小的参考;具体型号 要跟据实际的外形限制来选取
跟据铁心,B的要求等等计算Np和Ns,并计算气隙等. 需要判断B值的合理性和气隙的可加工性 跟据不同的需求选择绕组的线型.并计算此选择的 绕组损耗.绕组损耗应该考虑交流损耗.粗算时可跟 据频率将直流损耗乘个系数(>1)代替.精算时可以 用designtool软件计算损耗系数.
存在当H=0时fi=/=0 及当fi=0是H=/=0
P=V*I
b.有饱合性,即当H上升到一定程
度时,fi将不再增加
3.损耗特性
由于有磁回路,恒定磁场P=0
交变磁场,P=/=mmf*fi
输入变压器设计需求
跟据功率，频率，一二次 侧电流计算ＡＰ值 跟据ＡＰ值选和实际需求选 择铁心和材质
跟据铁心和其它参数计算各绕 组圈数，并复算各参数合理性
1.温度特性: a.温度上升导磁率上升 b.温度升到居里温度导磁率会突
1.温度特性: a.温度下降导电率上升 b.温度降到特定温度时电阻率会
然降为不良导体
突然降为零,成为超导体
2.导磁特性
2.导电特性
非线性态,有B-H回路
线性导电,即:V=R*I
• 有剩磁Br和校顽力Hc
3.损耗特性
即:mmf=Hl=/=R*fi
350 用于直接计算一次侧的电流(Iin,Ip), 原边电压(Vp), 计算变压器磁心损耗Pc和交流磁通Bac
28
用于计算功率, 实际占空比,
7
用于计算功率,二次侧电流(Is),输出电感电流(ILo)
0.3 用于计算功率
0.9 用于计算输入功率(Pin), 一次侧电流(Iin,Ip)
100 用于选择磁性材料,计算电流(Ip,Is,ILo)
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:磁性元件设计中要注意的
1.磁材料会饱合，所以设计的Ｂ和Ｈ不可能无限制的大， 2.由于磁通连续，因此励磁之后必需有退磁过程 3.由于磁滞现像和磁滞损耗的存在，磁损没有理论上的计算公式，而只 有跟据理论和实测数据拟合出的经验计算公式
变压器的基本原理
2.磁性材料的使用限制 导体的特性不同
因为磁通不能被截断，所以磁通在时间上也只能连续变化而不能突变
B
B
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:导磁材料（磁性材料）的特点
1.有顺磁性的基本元素少,只有铁钴镍，（而纯金属基本都可以导电） 2存在居里温度，高温会使磁性材料失去导磁性；(导体在低温下会出现 超导现像） 3.存在磁滞现像，即H上升时对应该的B曲线与H下降时的不同，但2条 曲线是合起来可以形成一个闭合回路（而电阻中电压与电流的关系是 线性的） 4.由于磁滞现像，磁性材料的磁场中，一个储能－放能周期中，储能将 大于放能，形成磁滞损耗：此损耗为周期性的而非线性的 5.由于形成磁滞现像要有周期性变化的磁场，因此恒定磁场的磁性材料 没有磁滞损耗．（只有Bdc时磁材料不会有损耗，而Idc在电阻中照样 有损耗） 6.磁性材料有饱合特性，Ｈ增大到一定值后磁性材料将失去导磁性，B 将线性增加
计算实际的Ku,有条件可以推导绕组的排布 计算Pc和Pw,Pc和Pw的差踞如果超过5倍,应 评估是否可以进一步优化 计算其它参数是否付合设计需求
双管正激变压器的设计
设计参数
1.从电路引入的设计参数
1 最小直流输入电压 Vmin (V) 2 输出电压 Vo (V) 3 输出电流 Io (A) 4 输出二极管压降 Vd (V) 5 工作效率 h 6 开关频率 f (kHz) 7 最大占空比 Dmax 8 环境温度 Ta (℃) 9 允许温升 Tr (℃)
磁路
基尔霍夫定律 Kirchhoff laws 电路
磁路中任一节点,在任一瞬 间流出该节点的磁通的代 数和恒为零
KCL:任一集总参数电路(Lumped
circuit)中的任一节点，在任一瞬间流
出该节点的所有电流的代数和恒为零
磁路中任一回路,在任一瞬 间此回路的各段磁动势的 代数和恒为零
节点1
KVL:任一集总参数电路中的任一回路点， 在任一瞬间沿此回路的各段电压的代数 和恒为零
NI
R
m
i
+ -
V
R
Magnetic circuit,磁路
磁路 磁动势,Magnetomotive force, F,MMF
磁通,Flux, 磁通密度,Flux density, B 磁阻,Magneto-resistance, Rm
Electric circuit,电路
电路 电动势,Voltage, E
Delta Confidential
变压器设计与材料选择
目录
• 变压器的结构和组成 • 双管正激变压器的设计范例 • 反激变压器的设计范例 • 全桥变压器的设计范例
变压器的结构和组成
励磁磁通 漏磁磁通 原边绕组 一次侧
导磁回路(磁心)
副边绕组 二次侧
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:类比 F
+ -