什么是環(huán)形變壓器.docx

1、什么是環(huán)形變壓器環(huán)形變壓器是電子變壓器的一大類型，已廣泛應(yīng)用于家 電設(shè)備和其它技術(shù)要求較高的電子設(shè)備中，它的主要用途是 作為電源變壓器和隔離變壓器。環(huán)形變壓器在國外已有完整 的系列，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、電訊、儀器和燈光 照明等方面。我國近十年來環(huán)形變壓器從無到有，迄今為 止已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿足國內(nèi)需求外，還大量出 口。國內(nèi)主要用于家電的音響設(shè)備和自控設(shè)備以及石英燈照 明等方面。環(huán)形變壓器由于有優(yōu)良的性能價格比，有良好 的輸出特性和抗干擾能力，因而它是一種有競爭力的電子變 壓器。環(huán)形變壓器的特點 環(huán)形變壓器的鐵心是用優(yōu)質(zhì)冷軋硅 鋼片（片厚一般為0.35mm以下），無縫地卷制而成

2、，這就使 得它的鐵心性能優(yōu)于傳統(tǒng)的疊片式鐵心。環(huán)形變壓器的線圈 均勻地繞在鐵心上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎 完全重合，與疊片式相比激磁能量和鐵心損耗將減小25%, 由此帶來了下述一系列的優(yōu)點。1）電效率高鐵心無氣隙，疊裝系數(shù)可高達(dá)95%以上， 鐵心磁導(dǎo)率可取1.51.8T（疊片式鐵心只能取1.21.4T）, 電效率高達(dá)95%以上，空載電流只有疊片式的10%。2）外形尺寸小，重量輕環(huán)形變壓器比疊片式變壓器重 量可以減輕一半，只要保持鐵心截面積相等，環(huán)形變壓器容 易改變鐵心的長、寬、高比例，可以設(shè)計出符合要求的外形 尺寸。3）磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒有氣隙，繞組均勻地 繞在環(huán)形的鐵心上

3、，這種構(gòu)造導(dǎo)致了漏磁小，電磁輻射也小， 無需另加屏蔽都可以用到高靈敏度的電子設(shè)備上，例如應(yīng)用 在低電平放大器和醫(yī)療設(shè)備上。4）振動噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心感應(yīng)振動的 噪音，繞組均勻緊緊包住環(huán)形鐵心，有效地減小磁致伸縮引 起的“嗡嗡”聲。5）運行溫度低由于鐵損可以做到1. IW/kg,鐵損很小， 鐵心溫升低，繞組在溫度較低的鐵心上散熱情況良好，所以 變壓器溫升低。6）容易安裝環(huán)形變壓器只有中心一個安裝螺桿，特別 容易在電子設(shè)備中開展快速安裝與拆卸。環(huán)形變壓器的分類根據(jù)國外文獻(xiàn)介紹，環(huán)形變壓器可分為標(biāo)準(zhǔn)型、經(jīng)濟(jì)型及隔離型等三類，各類的特點是：1）標(biāo)準(zhǔn)型電源變壓器產(chǎn)品系列容量81500VA,有

4、較小 的電壓調(diào)整率、滿載運行溫升僅為40,允許短時超載運行， 適合于要求高的使用場合。初次級繞組間采用B級（13CTC） 的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受交流4000V, Imin的耐壓試驗。2）經(jīng)濟(jì)型電源變壓器產(chǎn)品系列容量501500VA,在保 證性能的根底上力求降低造價，適用于連續(xù)運行而不超載的 使用場合，運行溫升為6CTC,絕緣材料等級為A級（105。0, 當(dāng)滿負(fù)載時輸出電壓誤差小于3%。3）隔離變壓器產(chǎn)品系列容量501000VA,又可分為工 業(yè)用和醫(yī)療設(shè)備用兩系列。隔離變壓器著重是它的絕緣性能, 初級與次級間用B級絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電 壓大于4000V,所有初

5、級引線必須采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器 最大溫升低于45O醫(yī)療用的隔離變壓器除符合上述的要 求外，還要符合UL544標(biāo)準(zhǔn)，即初級和次級繞組應(yīng)具有熱保 護(hù)，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應(yīng)大于13m*此外對醫(yī)療 用的隔離變壓器還要求在初級繞組裝有溫度保護(hù)開關(guān)，當(dāng)鐵 心溫度到達(dá)12CTC時，溫度保護(hù)開關(guān)斷開，當(dāng)溫度恢復(fù)正常 時，開關(guān)自動復(fù)位合上。環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題 1）變壓器的功率容量 變壓器的功率容量是決定鐵心尺寸的主要依據(jù)。在很多場合 變壓器的負(fù)載是間歇性的，例如音響設(shè)備中的電源變壓器。 這時變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時要減少很多，如圖2 所示負(fù)載A段對整個B段而言是較小的一段，這時變壓器的

6、工作周期比其熱時間常數(shù)要短很多，可用式（1）計算變壓 器的額定功率。式中：PN變壓器額定功率（VA）； PL 變壓器負(fù)載功率（VA）； A接通負(fù)載時間；B 一變壓器工作周期。2）電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是衡量變壓器負(fù)載特性的重 要指標(biāo)。電壓調(diào)整率是指當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電流從零升 到額定值時，輸出電壓U2的相對變化值，通常以百分?jǐn)?shù)表 示，如式（2）所示：式中：AU 電壓調(diào)整率；U20 一空載輸出電壓（V）； U2變壓器額定負(fù)載時的輸出電 壓（V）o表2列出加拿大PLITRON公司環(huán)形變壓器的電壓 調(diào)整率，其特性曲線如圖3所示，電壓調(diào)整率隨變壓器容量 增大而下降。3）環(huán)形變壓器效率由于變壓器有鐵損和

7、銅損，輸出功 率P0總是小于輸入功率Pi,變壓器的效率如式（3）所示。 圖4列出了三組不同功率的變壓器效率曲線，隨著容量增大 效率明顯增高，容量300VA以上的變壓器，在額定負(fù)載下效 率可高達(dá)95%以上。4）自耦變壓器當(dāng)只要求升壓或降壓，而不要求初級與 次級繞組隔離的情況下，使用自耦變壓器是合適的。自耦變 壓器具有體積小，本錢低、傳輸功率大等優(yōu)點，用環(huán)形鐵心 繞制自耦變壓器因初次級繞組不需絕緣，加工十分方便，體 積、重量更小，造價更低。要注意的是自耦變壓器初、次 級繞組的公共端（COM）要接零線，這樣才平安。5）溫升問題 環(huán)形變壓器的溫升特性曲線示于圖6,從 圖6可看出環(huán)形變壓器的溫升是較低的

8、，對標(biāo)準(zhǔn)型系列，即 便是過載120%,溫升也不超過70o變壓器的溫升是由 鐵損和銅損兩局部決定的，對疊片式變壓器，這兩局部基本 相等，但環(huán)形變壓器由于采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞制，并配合 良好的退火工藝，其鐵心損耗僅為全部損耗的（1020） %, 所以溫升主要由繞組銅耗決定，合理的設(shè)計是初、次級繞組 的功耗應(yīng)基本平衡。溫升也與散熱面積關(guān)系很大，由于環(huán) 形變壓器鐵心溫升低，繞組在整個鐵心上均勻繞制，散熱面 積和散熱條件都比擬好，因此能獲得較低的溫升。6）合閘電流一般變壓器在合閘時都會產(chǎn)生很大的合閘 沖擊電流，而環(huán)形變壓器由于沒有氣隙和具有高磁導(dǎo)率那么會 造成更大的合閘電流。300VA以下的環(huán)形變壓器可

9、以用一般 熔斷器作保護(hù)，但為了防止合閘電流燒斷熔斷器，選擇熔斷 器的電流應(yīng)比變壓器初級電流大810倍。300VA以上的環(huán) 形變壓器要考慮使用慢速熔斷器或溫度熔斷器作保護(hù)，有時 為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度B值取低些。7）變壓器與整流電路大多數(shù)作電源用的環(huán)形變壓器都 與整流電路相連，現(xiàn)將最常用的整流電路和變壓器次級電壓 U2、次電流12與直流電壓Ud直流電流Id的關(guān)系列在表3 中，供設(shè)計時參考。環(huán)形變壓器的設(shè)計計算通過設(shè)計一臺50Hz石英燈用的電源變壓器，其初級電壓Ul=220V,次級電壓U2=11.8V,次級電流 12=16. 7A,電壓調(diào)整率AUW7%,來說明計算的方法和步驟。1

10、）計算變 壓器次 級功率P2 P2=I2U2=16. 7 X 11. 8=197VA（5）2）計算變壓器輸入功率Pl （設(shè)變壓器效率二0. 95）與 輸入電流II式中：K系數(shù)與變壓器功率有關(guān)，K=0.60.8,取 KR.75；根據(jù)現(xiàn)有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺寸為：高H=40mm, 內(nèi)徑Dno=55mm,外徑Dwo=110mm。式中：f電源頻率（Hz）,f=50Hz； B磁通密度（T） ,B=1. 4TO N2=N20 - U2=3. 23 義11.8二38. 1匝，取N2=38匝。6）選擇導(dǎo)線線徑 繞組導(dǎo)線 線徑d按式（10）計算 式中：I通過導(dǎo)線的電流（A）； j 電流密度，j=2. 53A/mm

11、2。 當(dāng)取 尸2. 5A/mm2時代入 式（10）得 用兩條d=2. 12mm（考慮絕緣漆最大外徑為2.21mm） 導(dǎo)線并繞。因為2.94導(dǎo)線的截面積Sd2=6.78mm2,而 d=2. 12mm導(dǎo)線的截面積為3. 53mm2兩條并聯(lián)后可德截面積為:2X3. 53=7. 06mm2,完全符合要求且裕度較大。6環(huán)形變壓 器的構(gòu)造計算環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機(jī)的繞線環(huán)在鐵 心內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動而繞制的，因此鐵心內(nèi)徑的尺寸對加工過程 十分重要，構(gòu)造計算的目的就是檢驗繞完全部繞組后，內(nèi)徑 尚余多少空間。假設(shè)經(jīng)計算內(nèi)徑空間過小不符合繞制要求時, 可以修改鐵心尺寸，只要維持截面積不變，電性能也基本不 變。鐵心內(nèi)

12、徑Dno=55mni,圖7中各絕緣層厚度為 to=l. 5mm, tl=t2=lmmo1）計算繞完初級繞組及包絕緣后的內(nèi)徑Dn2計算初級 繞組每層繞的匝數(shù)nl式中：Dnl鐵心包絕緣后的內(nèi)徑,Dnl-Dno-2t0=55- （2 X 1. 5） =52mm； kp 疊繞系數(shù)， kp=l. 15o那么初級繞組的層數(shù)Q1為初級繞組厚度8 1為2）計算次級繞組的厚度62計算次級繞組每層繞的匝 數(shù)n2,考慮到次級繞組是用2Xd2=2X2. 21mm導(dǎo)線并繞，那么 可見繞完繞組后，內(nèi)徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。7環(huán)形變壓器樣品的性能測試為檢驗設(shè)計方法的準(zhǔn)確 性，對按設(shè)計參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品開展了

13、性能測試, 結(jié)果如下。（一）空載特性測試 測量電路如圖8所示。測得的數(shù) 據(jù)列于表4,按照表4的數(shù)據(jù)，繪出圖9所示的空載特性曲 線。從變壓器的空載特性看出設(shè)計符合要求，在額定工作 電壓220V時（工作點為A）,變壓器的空載電流只有13. 8mA, 即使電源電壓上升到240V變壓器工作在B點鐵心還未飽和, 有較大的裕度。（二）電壓調(diào)整率測量變壓器在空載時測得的次級空 載電壓U20=12. 6V,當(dāng)通以額定電流12=16. 7A時，次級輸出 電壓為U2=11.8V,按式（2）計算電壓調(diào)整率為變壓器電壓 調(diào)整率到達(dá) 1X7%的指標(biāo)。（三）溫升試驗用電阻法對變壓器繞組進(jìn)行溫升試驗， 在通電4h變壓器溫升

14、穩(wěn)定后進(jìn)行測試，并按式（12）計算 繞組平均溫升Athi。測量的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果列于表5從溫 升試驗結(jié)果看出所設(shè)計的變壓器已到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)型溫升標(biāo)準(zhǔn)，即 A Tm40,初次級繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均 衡。（四）絕緣性能試驗1）絕緣電阻用500V搖表測試絕 緣電阻，初次級繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100M Qo 2）抗電強(qiáng)度 變壓器初級與次級繞組之間能承受50Hz, 4000V （有效值）電壓Imin,而無擊穿和飛弧。限定漏電流 為1mA,此項試驗證明變壓器的抗電強(qiáng)度到達(dá)IEC標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)形變壓器以其優(yōu)良的性能和有競爭力的性能價格比， 可以預(yù)期它會在較大領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的疊片式變壓器，隨著 環(huán)

15、形變壓器技術(shù)性能進(jìn)一步提高，它將會在電子變壓器領(lǐng)域 中有更廣闊的應(yīng)用前景。#p#分頁標(biāo)題#6#如何自制環(huán)形變壓器 環(huán)形變壓器有漏磁小、轉(zhuǎn)換效率高、 頻率響應(yīng)寬等特點，可以提高功放機(jī)音質(zhì)。如果環(huán)形變壓器 燒壞，又買不到原配型號來替換，那只有采取手工繞制的方 法來復(fù)制。下面介紹手工繞制的方法。.撤除舊繞組用剪刀將絕緣紙剪破后即露出變壓器的次級繞組，次級 繞組線徑通常較粗，在實際維修中極少見到有燒壞的情況, 因其匝數(shù)不太多，故可一匝一匝地拆了以便統(tǒng)計匝數(shù)。多個 次級繞組均可采取類似方法邊拆邊計匝數(shù)。初級繞組線徑較 細(xì)，燒壞的情況較常見。由于初級繞組的匝數(shù)多在千匝以上, 加之絕緣材料被燒熔后附著于線匝

16、上，假設(shè)仍采用上述方法來 統(tǒng)計匝數(shù)，顯然是很麻煩的。快速處理方法是：用剪刀沿圓 周上中心線將初級統(tǒng)組線圈一層層剪斷，然后將剪斷的線圈 剝離鐵心，再數(shù)出根數(shù)即得總匝數(shù)。開剪方法如下圖。.對環(huán)形鐵心進(jìn)行絕緣處理環(huán)形變壓器的鐵心通常用優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁率硅鋼帶卷制而 成。當(dāng)初級線圈燒壞后，浸有絕緣漆的環(huán)形鐵心的絕緣層同 時會不同程度地受損，在重新繞線圈前應(yīng)進(jìn)行浸漆處理。方 法是：將環(huán)形鐵心浸在絕緣漆中，數(shù)分鐘后取出晾干，再在 烘箱中烘干。然后在內(nèi)外圓周上各粘貼一層膠帶，再將玻璃 紙劃成寬約2cm的條狀，將鐵心包裹卷繞一層，并用雙面膠 帶粘連接頭。.線梭制作為了便于手工操作，必須制作一種專用的繞線線棱。筆 者設(shè)計了一種“工”字形的線梭，如圖2所示。它可用塑料 薄片或不銹鋼薄片加工而成，可取為單股線匝周長的8倍左 右，寬度小于環(huán)形鐵心內(nèi)徑2cm左右。這樣的線核不僅穿繞 方便，還可減少穿繞次數(shù)。顯然，漆包線在線梭上繞一圈的 長度為單股線匝周長的8X2 = 16倍，假設(shè)采用雙線并繞，線 梭上每一圈漆包線就可在環(huán)形鐵心上繞32匝。以影皇AV 228專業(yè)功率放大器為例，其環(huán)形變壓器初級線圈為1068To 雙線并繞為534T,因而在線梭上繞534 : 16心34圈漆包線就 夠用了。.繞制線圈先繞初級繞組，取和原線徑相近的優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度漆