南宫南宫S13变压器的设计与制作
来源:http://nangong.lchzgc.com/ 发布时间:1970-01-01 67 次浏览
南宫S13变压器的设计与制作 南宫S13变压器的设计首先需要掌握南宫S13变压器的基本知识: 南宫S13变压器中常用的几个术语: 1. 初级(Primary Winding):是指南宫S13变压器的输入端。 2. 次级(Secondary Winding):是指南宫S13变压器的输出端。 3.额定输入电压U1:是指南宫S13变压器的初级所接上的电压,也就是南宫S13变压器的工作电压。对GS南宫S13变压器来说,U1=230V;对BS南宫S13变压器来说,U1=240V。 4.空载电流I0:是指南宫S13变压器的初级接上额定输入电压U1而次级不带负载(即开路)时,流过初级的电流。I0与南宫S13变压器的设计有关,即使是两个不同厂家生产的相同规格的南宫S13变压器,其I0也可能不同。 5. 空载电压U0:是指南宫S13变压器初级接受上额定输入电压U1而次级不带负载(即开路)时,次级两端的电压。U0与南宫S13变压器的设计有关,即使是两个不同厂家生产的相同规格的南宫S13变压器,其U0也可能不同。 6. 负载电流I2:是指南宫S13变压器初级接上额定输入电压U1,次级接上额定负载时,流过负载的电流。 7. 负载电压U2:是指南宫S13变压器初级接上额定输入电压U1,次级接上额定负载时,负载两端的电压。 8. 定输出功率P2:是指南宫S13变压器在额定输入电压U1时的输出功率,它表示南宫S13变压器传送能量的大小。一般来说,在相同频率下,P2越大,南宫S13变压器的尺寸越大;P2相同,即使输出电压U2不同,南宫S13变压器的尺寸也相同,即南宫S13变压器的价格也应相差无几。 由公式P2=U2*I2可知若输出功率P2一定,若输出电压U2越高,则输出电流I2越低。举例来说,一个输出功率P2=10VA的南宫S13变压器,若输出电压U2=24V,则输出电流I2= P2/U2=10VA/24V=0.416A;若U2=12V, 则输出电流I2=0.833A。 其次,我们来讨论了一下EN61558-1 (等同于IEC61558-1)中对南宫S13变压器的几点要求: 1.空载电压U0有一个最高限值,其数值与南宫S13变压器的输出功率P2对应,如下所示: P2≤10VA时,(U0-U2)/U2≤100%; 10VA2≤25VA时,(U0-U2)/U2≤50%; 25VA2≤63VA时,(U0-U2)/U2≤20%; 63VA2≤250VA时,(U0-U2)/U2≤15%; 250VA2≤630VA时,(U0-U2)/U2≤10%; 630VA2时,(U0-U2)/U2≤5%; 以上各式中的U2为南宫S13变压器的负载电压。 2. 负载电压U2应在一定范围内,由下式考核: |(U2-U2R)/U2R|≤5%; 若南宫S13变压器带整流器,则|(U2-U2R)/U2R|≤10% 上式中U2R为额定负载电压。 举例来说,针对一个输出为24V,12VA的南宫S13变压器,将南宫S13变压器的初级接上额定输入电压,次级接上负载,调节负载的阻值大小,使得流过负载的电流为12VA/24V=0.5A时,测量负载两端的电压即为U2。此例中U2R=24V,则若23.8V≤U2≤25.2V,此南宫S13变压器的输出参数合格。 3. 南宫S13变压器的温升ΔT 在环境温度为25℃时,将南宫S13变压器的初级接上额定输入电压,次级接上额定负载,使南宫S13变压器正常工作。然后将输入电压增加到1.06倍额定输入电压,待南宫S13变压器达到热稳定状态后,测量南宫S13变压器的温升ΔT及外壳温度。 对耐热等级为B级(130℃)的南宫S13变压器来说,ΔT≤95K,外壳温度不大于80℃。 注:热稳定是指温度在1小时内的变化不超过1℃。 4. 介电强度 南宫S13变压器的初级和次级之间、初级和壳体之间应能承受4200V历时1min.的交流电压而不出现击穿或闪络现象。 南宫S13变压器是低频南宫S13变压器. 下面介绍的方法适合50Hz一千瓦以下普通交流南宫S13变压器的设计. (1) 南宫S13变压器的铁心 它一般采用硅钢片. 硅钢片越薄,功率损耗越小,效果越好.整个铁心是有许多硅钢片叠成的,每片之间要绝缘.买来的硅钢片, 表面有一层不导电的氧化膜, 有足够的绝缘能力.国产小功率南宫S13变压器常用标准铁心片规格见后续文章. (2) 南宫S13变压器的简易设计 设计一个南宫S13变压器,主要是根据电功率选择南宫S13变压器铁心的截面积,计算初次级各线圈的圈数等.所谓铁心截面积S是指硅钢片中间舌的标准尺寸a和叠加起来的总厚度b的乘积.如果南宫S13变压器的初级电压是U1,次级有n个组,各组电压分别是U21,U22,┅,U2n, 各组电流分别是I21,I22,┅,I2n,...计算步骤如下: 第一步,计算次级的功率P2.次级功率等于次级各组功率的和,也就是 P2 =U21*I21+U22*I22+┅+U2n*I2n. 第二步, 计算南宫S13变压器的功率P.算出P2后.考虑到南宫S13变压器的效率是η,那么初级功率P1=P2/η,η一般在0.8~0.9之间.南宫S13变压器的功率等于初,次级功率之和的一半,也就是P=(P1+P2)/2 第三步, 查铁心截面积S.根据南宫S13变压器功率,由式(2.1)计算出铁心截面积S,并且从国产小功率南宫S13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. 第四步, 确定每伏圈数N.根据铁心截面积S和铁心的磁通密度B,由式(2.2)得到初级线圈的每伏圈数N.铁心的B值可以这样选取: 质量优良的硅钢片,取11000高斯;一般硅钢片,取10000高斯;铁片,取7000高斯.考到导线电阻的压降, 次级线圈每伏圈数N'应该比N增加5%~10%,也就是N'在1.05N~1.1N之间选取. 第五步,初次级线圈的计算.初级线圈N1=N*U1.次级线圈N21=N'*U21,N22=N'*U22 ┅,N2 =N'*U2n. 第六步, 查导线直径.根据各线圈的电流大小和选定的电流密度,由式(2.3)可以得到各组线圈的导线直径.一般南宫S13变压器的电流密度可以选用3安/毫米2 第七步, 校核. 根据计算结果,算出线圈每层圈数和层数,再算出线圈的大小,看看窗口是否放得下.如果放不下,可以加大一号铁心,如果太空,可以减小一号铁心.采用国家标准GEI铁心,而且舌宽a和叠厚b的比在1:1~1:1.7之间, 线圈是放得下的.各参数的计算公式如下: ln(S)=0.498*ln(P)+0.22 ┅(2.1) ln(N)=-0.494*ln(P)-0.317*ln(B)+6.439┅(2.2) ln(D)=0.503*ln(I)-0.221┅(2.3) 变量说明: P: 南宫S13变压器的功率. 单位: 瓦(W) B: 硅钢片的工作磁通密度. 单位: 高斯(Gs) S: 铁心的截面积. 单位: 平方厘米(cm2) N: 线圈的每伏圈数. 单位: 圈每伏(N/V) I: 使用电流. 单位: 安(A) D: 导线直径. 单位: 毫米(mm) (二)GEI铁心规格 铁心片 铁心规格 尺 寸(mm) 中间舌片净截面积(cm2) 型 号 a*b c H h L 铁心片厚0.2mm 铁心片厚0.3mm ────────────────────────────── GEI10 10*12.5 6.5 31 18 36 1.06 1.14 10*15 1.28 1.37 10*17.5 1.49 1.59 10*20 1.70 1.82 ────────────────────────────── GEI12 10*15 8 38 22 44 1.53 1.64 12*18 1.84 1.97 12*21 2.14 2.28 12*24 2.45 2.62 ────────────────────────────── GEI14 14*18 9 43 25 50 2.14 2.29 14*21 2.50 2.68 14*24 2.86 3.06 14*28 3.33 3.57 ────────────────────────────── GEI16 16*20 10 48 28 56 2.72 2.91 16*24 3.26 3.49 16*28 3.81 4.08 16*32 4.35 4.66 ────────────────────────────── 铁心片 铁心规格 尺 寸(mm) 中间舌片净截面积(cm2) 型 号 a*b c H h L A d h1 铁心片厚0.2mm 铁心片厚0.3mm ───────────────────────────────────── GEIB19 19*24 12 57 33 67 55 4 6 3.88 4.15 19*28 .5 .5 4.52 4.84 19*32 5.17 5.53 19*38 6.14 6.57 ───────────────────────────────────── GEIB22 22*28 14 67 39 78 64 5 7 5.25 5.62 22*33 6.17 6.61 22*38 7.11 7.61 22*44 8.23 8.81 ───────────────────────────────────── GEIB26 26*33 17 81 47 94 77 5 8.5 7.29 7.81 26*39 8.62 9.23 26*45 9.95 10.6 26*52 11.5 12.3 ───────────────────────────────────── GEIB30 30*38 19 91 53 106 87 6 9.5 9.69 10.4 30*45 11.5 12.3 30*52 13.3 14.2 30*60 15.3 16.4 ───────────────────────────────────── GEIB35 35*44 22 105 61 123 101 6 11 13.1 14.0 35*52 .5 .5 15.1 16.6 35*60 17.9 19.1 35*70 20.8 22.3 ───────────────────────────────────── GEIB40 40*50 26 124 72 144 118 6 13 17.0 18.2 40*60 .5 .5 20.4 21.8 40*70 23.8 25.5 40*80 27.2 29.1 ───────────────────────────────────── (三)南宫S13变压器的铁心与绕组 为减小交变磁通在铁心中所引起的涡流损耗,铁心一般用厚为0.35-0.5mm的硅钢片叠装而成;并且在硅钢片两面涂以绝缘漆.信号南宫S13变压器还采用坡莫合金作铁心.硅钢片有热轧和冷轧两种. 热轧硅钢片的工作磁通密度一般取0.9-1.2T,钢片常冲成"III"形,叠装成铁心.绕组套在中间的铁心柱上. 冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好,它的工作磁通密度允许达到1.8T,所以铁心体积可以缩小.它的导磁有方向性, 顺着辗轧方向的导磁性能好,故通常将冷轧硅钢片卷成环形铁心,然后切成两 半C形, 将绕组分别套在铁心柱上以后, 再将两半铁心粘成整体. 南宫S13变压器的绕组由原边绕组和副边绕组组成.原边绕组接输入电压,副边绕组接负载.原边绕组只有一个,副边绕组为一个或多个.原副边绕组套装在同一铁心柱上.套在两个铁心柱上的原边绕组或副边绕组可分别相互串联或并联. 附:南宫S13变压器原副边绕组要套在同一铁心柱的原因 把原副边绕组套在同一铁心柱上时,由于原副边绕组紧挨在一起(间隙实际上很小,它等于原副边绕组之间绝缘纸的厚度)部分漏磁通在空气中的路径大受限制,因此漏磁通小.而边绕组没有套在原边绕组上时,漏磁通在空气中可以自由经过,无空间限制,因此在同样的磁势下漏磁通就大. 将原副边绕组套在一起的合理之处即在于漏抗压降小,对变压 器运行有利.因为南宫S13变压器副边电压是随副边电流变化而变化的,减小原副边的漏阻抗就可以减小电压变化.为了使南宫S13变压器副边电压比较稳定,总是设法减小南宫S13变压器的漏抗. 如果把南宫S13变压器的原副边绕组分开放置, 则漏抗将大大增加,以致负载变动时副边电压变化很大, 这样的南宫S13变压器就不能满足使用上 的要求. 南宫S13变压器简易设计(四)南宫S13变压器的铭牌与使用 使用南宫S13变压器首先要弄清并严格遵守制造厂提供的铭牌数据,以避免因使用不当而不能充分利用,甚至损坏.南宫S13变压器铭牌上的主要额定数据有: 1.额定电压U1和U2 原边额定电压U1是指原边绕组上应加的电压(或输入电压),副边额定输出电压U2通常是指原边加U1时副边绕组的开路电压.使用时原边电压不允许超过额定值(一般规定电压额定值允许变化±5%).考虑有载运行时南宫S13变压器有内阻抗压降,所以副边额定输出电压U2应较负载所需的额定电压高5-10%.对于负载是固定的南宫S13变压器, 副边额定电压U2有时是指负载下的输出电压. 附:输入电压不能超过额定电压的原因 南宫S13变压器中主磁通和激磁电流的关系称为铁心的磁化曲线,它是一条具有饱和特性的非线性曲线.当主磁通小于额定电压时对应的主磁通时, 磁化曲线近似为线形;超过此值后,主磁通就逐渐趋向饱和.此时,如果再增加磁通, 即增加U1,则电流就会急剧增加,这样南宫S13变压器就会因过热而马上烧毁.因此,在使用南宫S13变压器时,必须注意南宫S13变压器的额定电压和电压要一致. 2.额定电流I1和I2 额定电流是指南宫S13变压器按规定的工作时间(长时连续工作或短时工作或间歇断续工作)运行时原副边绕组允许通过的最大电流,是根据绝缘材料允许的温度定下来的.由于铜耗,电流会发热.电流越大,发热越厉害,温度就越高.在额定电流下,材料老化比较慢.但如果实际的电流大大超过额定值,南宫S13变压器发热就很厉害,绝缘迅速老化,南宫S13变压器的寿命就要大大缩短. 3.额定容量S 额定容量是视在功率,是指南宫S13变压器副边额定电压和额定电流的乘积.它不是南宫S13变压器运行时允许输出的最大有功功率,后者和负载的功率因数有关.所以输出功率在数值上比额定容量小. 4.额定频率 使用南宫S13变压器时,还要注意它对频率的要求.因为在南宫S13变压器中,在设计南宫S13变压器时,是根据给定的电压等级及频率来确定匝数及磁通最大值的. 如果乱用频率, 就有可能南宫S13变压器损坏.例如一台设计用50Hz,220V的南宫S13变压器,若用25Hz,220V,则磁通将要增加一倍,由于磁路饱和,激磁电流剧增,南宫S13变压器马上烧毁.所以在降频使用时,电压必须与频率成正比地下降.另外,在维持磁通不变的条件下,也不能用到400Hz,1600V的上.此时虽不存在磁路的饱和问题,但是升频使用时耐压和铁耗却变成了主要矛盾.因为铁耗与频率成1.5-2次方的关系.频率增大时, 铁耗增加很多. 由于这个原因, 一般对于铁心采用0.35mm厚的热轧硅钢片的南宫S13变压器,50Hz时的磁通密度可达0.9-1T,而400Hz时的磁通密度只能取到0.4T.此外南宫S13变压器用的绝缘材料的耐压等级是一定的,低压南宫S13变压器允许的工作电压不超过300-500V. 所以在升频使用时,电压不能与频率成正比的增加, 而只能适当地增加. 中国南宫S13变压器在线www.byqzxw.com
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