单相变压器及同类器具制造技术

一种单相变压器的制造技术，包括一次绕组、二次绕组及铁心。其特征是：铁芯由磁介质的长丝以螺线管的形式缠绕而成，因此铁芯的制作可完全用机械高速优质制成，且磁路短，磁阻小，漏磁小，磁感应强度高，减轻了变压器的体积质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种电工
中电流持续变化的静止装置。具体的是指单相变压器及同类器具。
技术介绍
目前的变压器及同类器件都是由绝缘导线绕成螺线管线圈及由硅钢片迭装为合理的磁路而成。单相变压器的外观见图1。其中a是铁心式变压器，b是铁壳式变压器。单相变压器的结构原理见图2。变压器的铁芯是用优质的硅钢片迭装而成。迭装的接缝多，见图6。(参见《变压器的应用与维修》第二章变压器的结构2.1节铁心。郑景清，郑树人编著。上海科学技术出版社1993年9月。)不仅费工费时，还需要额外的绑扎，铁轭也要用拉带或拉板固定，参见《变压器的原理及应用》陈宗穆编著湖南大学出版社第一章第二节变压器的构造第三页1987年11月 绑扎和紧固变压器的铁芯，也会造成变压器的铁芯故障，如夹紧铁芯柱面和铁轭迭片的穿心螺杆的绝缘击穿，会造成变压器的烧毁。参见《变压器全书》第24章第I节磁路中的故障第605页【英】A.C.夫兰克林D.P.夫兰克林编。机械工业出版社1990年7月变压器的体积大，磁路亦长，根据磁通量和磁路长度等参量关系式Φ=μΝΙΑ/Χ可知铁芯的磁通量是和磁路长度成反比的，在参数不变的条件下，减少一半磁路的长度，就等于增加了一倍的磁通量。(参见《大学物理学》第二册【英】F.ff SEARS等著恽瑛等译第35-1节329页人民教育出版社1979年3月)式中Φ是铁芯的磁通量，N是变压器的励磁绕组匝数，μ是磁导率，I是励磁绕组的电流，A是铁芯的截面积，L是磁路的长度。变压器的铁芯体积大，质量亦大，而变压器铁芯的电流损耗是和铁芯的质量成正比的。参见《变压器全书》第25页。变压器的铁芯由硅钢片迭装而成，机械使用率不高，费工费时，材料损耗亦大。迭装的硅钢片接缝多，且接缝的磁阻比硅钢片的磁阻大很多倍。这就大大的增加了绕组中的励磁电流，见《电磁学》第三册张三慧臧庚媛华基美编著清华大学出版社第九章第5节273页1991年3月 一台型号为ΒΚ-150的控制变压器，额定容量150W，额定电压380V，一次绕组匝数802匝，二次绕组额定电压36V，匝数80匝，磁感应强度1.16 (T)。测得磁路长度31cm，铁芯截面积 1.8 X 1-3M2 ο查得0.50毫米厚冷乳无取向硅钢片在磁感应强度1.16 (T)时的磁场强度H=0.2X 13 A/m (参见《电机工程手册》第8篇第2章图8.2-5)，根据μ=Β/Η求出磁导率μ =1.16ff b.m-2 /200A/m=5.08X10_3ff b.A_1 一台型号ΒΚ-150的控制变压器，在铁芯无接缝的条件时，磁阻为 R 磁=L/yA=3.1XlO-1 m/5.08 X10_3ff b.A_1 X 1.8 X 10_3 M2 =3.4 X 14A.W b_1。型号ΒΚ-150控制变压器，铁芯的接缝数为2，若缝长0.10毫米，则铁芯缝真空中的磁阻为 Ra =2 X 10 4m/4 π X 10 7 ff b.A_1.m_1 X 1.8 X 10_3 M2 =2X4.4209X 104=8.84193 X 14 A.W b_1。实际型号BK-150控制变压器的磁阻是无接缝磁路磁阻的8.84193X 104 A.Wb_1 /3.4 X 14A.ff b_1 =2，6 (倍) 归纳以上的事实为:一、硅钢片的接缝造成磁场强度的降低，耗能增加；二、制造技术造成铁芯过大，磁路过长；三、迭装硅钢片难以使用机械，机器人也不行；四、铁芯过大过重也使得大功率变压器的制造、运输困难。
技术实现思路
本专利技术是在电磁学基本理论之一的毕奥-萨伐尔定律的实验基础上推广完成的。毕奥-萨伐尔实验研究的是长直导线外无磁介质条件，即真空情况下的电流与磁场的关系。而后在有磁介质条件下的研究则是螺线管线圈和螺线环线圈的电流与磁场的关系。(参见《静电学和电动力学》下册W.R.斯迈思著戴世强译科学出版社1985年420页)。而我们考虑的是:在长导线外对称分布有磁介质情况下电流与磁场的关系。关于长导线外对称均匀分布有磁介质条件时电流与磁场的研究，我们的实验是:实验一、一根长2.2M，直径3.2mm的绝缘铜线A和2根长2.2M，直径0.69mm的绝缘铜线B、C相并连成一束，然后在这一束并联的导线外以螺线管的形式缠绕了满满的5层直径0.7mm的熟铁丝D。铁丝绕成的螺线管的长度为2M (见图3)。图中A是直径3.2mm的铜导线，B、C是直径0.69mm的铜导线，D是直径0.7mm熟铁丝绕成的螺线管。图3所示的就是实验一所使用的装置。这个装置的磁路长度平均值为4cm，当在导线A中通过50Hz、14安培的交流电流时，在元件A中有1.3V的自感应电动势产生。在元件B、C中则有1.2V的互感应电动势产生，自感电动势和互感电动势相位相差180°。实验完成的就是一个初级和次级都是一匝的单向变压器。其初级输入电压1.3V，空载电流14安培，次级输出电压1.2V。当B、C两导线串接时则是初级一匝，次级为二匝的单相变压器，输出电压2.4V。实验一完成的是一个电流互感器模型，当初次绕组电流通过14安培时，次级的感应电压为1.2V。根据电磁感应定律E=4.44fNBS可以求出实验一中铁芯的磁感应强度B，当将实验一的装置弯折成两段在一起时，其结构类似于一个单相壳式变压器，其铁芯的截面积S= ((0.07mm)2 X π X200cmX5X0.9) /4X0.07=49.48cm2.式中的 0.9 是迭装系数，求出B=L 2/ (4.44X50X44.98X10 4) =1.20 (T) 实验二、与实验一的装置相同，当在长导线A中通过120安培、50Hz的电流时，在长导线A的两端有2.3V的自感应电动势产生。在长导线B、C两端有2.1V的互感应电动势产生。自感电动势和互感电动势相位相差180°。根据电磁感应定律可算出实验二中铁芯的磁感应强度B=2.1/(222X49.48X 10 4)=1.9 (T) 实验三、一根截面积16mm2的矩形绝缘铜导线A，长40cm。与两根直径1mm、长40cm的绝缘铜导线B、C相并联成一束。然后在这束导线外的螺线管的形式缠绕了满满的14层直径0.7mm的熟铁丝，缠绕长度31cm。磁芯的截面积S= ((0.07mm)2X JT X 31cmX0.9X 14)/4X0.07=21.47cm3，所有元件的结构形式与图3相同。实测磁路长度为7cm，当A中通过12安培、50Hz的电流时，在元件A中有0.22V的自感应电动势产生。在B、C中有0.21V的互感电动势产生。自感电动势与互感电动势相位相差180°。根据电磁感应定律求出实验三中的磁感应强度 B=0.21/222X21.47X 10 4=0.4405 (T) 实验四、实验的装置与实验三相同。当在元件A中通过130安培、50Hz的电流时，则在元件A中有0.81v的自感应电动势产生，在元件B、C中则有0.76V的互感应电动势产生，自感应电动势与互感应电动势相位相差180°。根据电磁感应定律求出实验四中铁芯的磁感应强度B=0.76/222X21.47X 10 4=1.59 (T)【附图说明】图1中a是一种单相壳式变压器，b是一种心式变压器。图2是单相变压器的工作原理。图3是多根长直导线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相变压器及同类器件，包括铁心、一次绕组、二次绕组，其特征是：铁心由磁介质的细丝绕成螺线管的形式。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张湘明，张乐，
申请(专利权)人：张湘明，张乐，
类型：发明
国别省市：云南;53