专题十八 小功率电源变压器（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

专题十八 小功率电源变压器（教案）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

一、考纲解读

1.要求能明确工频、中频、高频变压器的频率范围，并结合实际应用（如工频用于家电、高频用于开关电源）理解分类依据。

2.需能对比芯式、壳式铁芯的结构特点（芯式：铁芯包绕组；壳式：绕组包铁芯），并说明不同结构在散热、机械强度、漏磁控制上的区别及适用场景。

3.要掌握小功率电源变压器基于电磁感应的工作本质，理解“原线圈通交流电产生交变磁场，副线圈感应产生电压”的过程，并能对应其电压变换、隔离等实际功能。

4.能根据具体设备或场景，判断其中小功率电源变压器的类型，并简要分析选择该类型的原因。

二、知识点梳理

一、变压器的结构

变压器的主要组成部分是铁心和绕组，它们组装在一起称为变压器的器身。为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁心和绕组固定在浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的连接由绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地运行，还设有储油柜、安全气道、气体继电器等附件。

1.铁心

(1)铁心材料铁心是变压器磁路的主体，铁心分为铁心柱和铁轭两部分。铁心柱上套装绕组，铁轭的作用是使磁路闭合。铁心的作用是建立较大的磁通量。绕组通电后产生的磁通，绝大部分是循着磁导率大的导磁体(铁心)内流通的。为了提高铁心导磁性能，减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，铁心通常采用含硅量约为5%,厚度为0.35 mm,两面涂绝缘漆或氧化处理的硅钢片叠装而成。硅钢片是软磁材料中应用最为广泛的一种，它是用电工硅钢轧制而成。这类材料在较低的外磁场作用下，就能产生较高的磁感应强度，并且随着

外磁场的增大，磁感应强度会很快达到饱和；当外磁场去掉后，材料的磁性又能基本消失，剩磁很小。由于硅的加入，使硅钢片的电阻率提高，涡流损耗降低，而且老化现象减小。如硅含量(质量分数)在3%～4%时，120℃保温120h(小时),磁性几乎不变。然而，硅的加入使硅钢片硬度提高，伸长率和韧性下降，使硅钢的加工变得困难。电气工程所用硅钢片也称电工硅钢片，用D表示，按其轧制方法和轧后硅钢片的晶粒取向(注：晶粒取向是指硅钢片经冷轧以后，由于晶粒排列方向的不同，沿着轧制方向其导磁性能特别好，而垂直于轧制方向的导磁性能较差，这种差别称为晶粒取向)可将硅钢片分为三类：热轧硅钢片，代号为DR;冷轧无取向硅钢片，代号为DW;冷轧有取向硅钢片，代号为DQ。因此，使用冷轧有取向硅钢片时，磁感线的方向必须和轧制方向吻合。

电工硅钢片的品种性能代号D△***-□□的意义如下：

D表示电工硅钢片；△表示硅钢片轧制工艺的字母代号，即R——热轧，W——冷轧无取向，Q——冷轧有取向；***3位数字，表示该材料在50 Hz的磁感应强度1.5 T作用下，每千克材料的铁损耗值的100倍；□□2位数字，表示硅钢片厚度的100倍。例如，DR315-50表示为热轧、厚度为0.5 mm,在频率为50 Hz磁感应强度为1.5 T时，每千克硅钢片铁损为3.15 W。

(2)铁心结构按照绕组套入铁心柱的形式，铁心可分为心式结构和壳式结构两种，如图所示。

①心式变压器心式变压器的一次、二次绕组套装在铁心的两个铁心柱上，如图(a)所示。这种结构比较简单，有较多的空间装设绝缘，装配较容易，且用铁量较少，适用于容量大、电压高的变压器，一般电力变压器均采用心式结构。

②壳式变压器壳式变压器的铁心包围着绕组的上下和侧面，如图(b)所示。这种结构的变压器机械强度较好，铁心容易散热，但用铁量较多，制造也较为复杂，小型干式变压器多采用这种结构形式。

(3)铁心叠片形式

①条状铁心叠片大、中型变压器的铁心，一般都将硅钢片裁成条状，采用交错叠片的方式叠装而成，使各

层磁路的接缝互相错开，这种方法可以减小气隙和磁阻，如图(a)、(b)所示。近年来在大型变压器中多采用高磁导率、低损耗的冷轧硅钢片，如30QG110(D330)等。由于冷轧硅钢片具有方向性，顺着碾压方向磁导率高、损耗小，因此采用斜切法下料，叠片方法如图(c)所示。

小型变压器为了简化工艺和减小气隙，常采用口形、E形、F形、C形冲片交替叠装而成。还有采用特殊工艺制成的C形、0形铁心。

这些冲片及铁心的形状如图所示。

②渐开线式铁心在20世纪六七十年代出现一种新的铁心结构-----渐开线式铁心。它的铁心柱用预先成形的渐开线形状的冷轧硅钢片插装压合而成。铁轭用成卷的带状冷轧硅钢片连续卷绕而成。再用长螺杆等夹紧附件把铁轭和铁心柱对接紧固，如图所示。这种渐开线式铁心叠片，各片形状相同，很适合机械化流水线生产，而且具有体积小、用料省、重量轻和铁损耗少等优点。但由于制作工艺复杂，而未能广泛应用。

(4)铁心截面形式小型变压器铁心柱的截面是方形或长方形的，如图(a)所示。大型变压器为了充分利用空间，铁心柱的截面通常是梯形截面，如图(b)所示。为了改善铁心内部的散热条件，当铁心柱截面较大时，中间留有油道，如图(c)所示。