環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.環(huán)形變壓器器及其應(yīng)應(yīng)用1引言 環(huán)環(huán)形變壓壓器是電電子變壓壓器的一一大類型型，已廣廣泛應(yīng)用用于家電電設(shè)備和和其它技技術(shù)要求求較高的的電子設(shè)設(shè)備中，它它的主要要用途是是作為電電源變壓壓器和隔隔離變壓壓器。環(huán)環(huán)形變壓壓器在國(guó)國(guó)外已有有完整的的系列，廣廣泛應(yīng)用用于計(jì)算算機(jī)、醫(yī)醫(yī)療設(shè)備備、電訊訊、儀器器和燈光光照明等等方面。 我國(guó)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(guó)內(nèi)需求外，還大量出口。國(guó)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

2、等方面。 環(huán)形變壓器由于有優(yōu)良的性能價(jià)格比，有良好的輸出特性和抗干擾能力，因而它是一種有競(jìng)爭(zhēng)力的電子變壓器，本文擬就它的特點(diǎn)作一介紹。2環(huán)形變壓器的特點(diǎn) 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，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(diǎn)。 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

3、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(zhǎng)、寬、高比例，可以設(shè)計(jì)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，這種結(jié)構(gòu)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(dòng)噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心感應(yīng)振動(dòng)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(yùn)行溫度低由于鐵損可以做到1.1W/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

4、中心一個(gè)安裝螺桿，特別容易在電子設(shè)備中進(jìn)行快速安裝與拆卸。3環(huán)形變壓器的分類 根據(jù)國(guó)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(diǎn)是 1）標(biāo)準(zhǔn)型電源變壓器產(chǎn)品系列容量81500VA，有較小的電壓調(diào)整率、滿載運(yùn)行溫升僅為40，允許短時(shí)超載運(yùn)行，適合于要求高的使用場(chǎng)合。 初次級(jí)繞組間采用B級(jí)（130）的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受交流4000V，1min的耐壓試驗(yàn)。 2）經(jīng)濟(jì)型電源變壓器產(chǎn)品系列容量501500VA，在保證性能的基礎(chǔ)上力求降低造價(jià)，適用于連續(xù)運(yùn)行而不超載的使用場(chǎng)合，運(yùn)行溫升為60，絕緣材料等級(jí)為A級(jí)（105），當(dāng)滿負(fù)載時(shí)輸出電壓誤差小于3。 3）

5、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(jí)與次級(jí)間用B級(jí)絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電壓大于4000V，所有初級(jí)引線必須采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器最大溫升低于45。 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(jí)和次級(jí)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13mm。 此外對(duì)醫(yī)療用的隔離變壓器還要求在初級(jí)繞組裝有溫度保護(hù)開關(guān)，當(dāng)鐵心溫度達(dá)到120時(shí)，溫度保護(hù)開關(guān)斷開，當(dāng)溫度恢復(fù)正常時(shí)，開關(guān)自動(dòng)復(fù)位合上。 現(xiàn)將加拿大PLITRON公司出品的標(biāo)準(zhǔn)型環(huán)形變壓器外形尺寸，重量列于表1，外形圖如圖1所示。4環(huán)

6、形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題41變壓器的功率容量 變變壓器的的功率容容量是決決定鐵心心尺寸的的主要依依據(jù)。在在很多場(chǎng)場(chǎng)合變壓壓器的負(fù)負(fù)載是間間歇性的的，例如如音響設(shè)設(shè)備中的的電源變變壓器。這這時(shí)變壓壓器的體體積和重重量較連連續(xù)工作作時(shí)要減減少很多多，如圖圖2所示示負(fù)載AA段對(duì)整整個(gè)B段段而言是是較小的的一段，這這時(shí)變壓壓器的工工作周期期比其熱熱時(shí)間常常數(shù)要短短很多，可可用式（11）計(jì)算算變壓器器的額定定功率。式中：PNN變變壓器額額定功率率（VAA）； PPL變變壓器負(fù)負(fù)載功率率（VAA）； AA接接通負(fù)載載時(shí)間； B變壓壓器工作作周期。42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)。

7、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(shí)，輸出電壓U2的相對(duì)變化值，通常以百分?jǐn)?shù)表示，如式（2）所示： 式中：U電壓調(diào)整率； U20空載輸出電壓（V）； U2變壓器額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓（V）。 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。43環(huán)形形變壓器器效率 由于變變壓器有有鐵損和和銅損，輸輸出功率率PO總總是小于于輸入功功率Pii，變壓壓器的效效率如如式（33）所示示。 圖圖4列出出了三組組不同功功率的變變壓器效效率曲線線，隨著著容量增增大效率率明顯增增高，容容量3000VAA以上的的變壓器器，在額額定負(fù)載載

8、下效率率可高達(dá)達(dá)95以上。44自耦變壓器 當(dāng)只要求升壓或降壓，而不要求初級(jí)與次級(jí)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，成本低、傳輸功率大等優(yōu)點(diǎn)，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級(jí)繞組不需絕緣，加工十分方便，體積、重量更小，造價(jià)更低。 要注意的是自耦變壓器初、次級(jí)繞組的公共端（COM）要接零線，這樣才安全。 自自耦變壓壓器電路路如圖55所示，它它的額定定功率PPAH按按式（44）計(jì)算算。 PPAH=PPAO(UUHUL)/UUH(VAA)（44）式中中：PAAO自耦變變壓器輸輸出功率率（VAA）； UUH高高電壓繞繞組電壓壓（V）； UL低低電壓繞繞組電壓壓（V）。45溫

9、升升問題 環(huán)形變變壓器的的溫升特特性曲線線示于圖圖6，從從圖6可可看出環(huán)環(huán)形變壓壓器的溫溫升是較較低的，對(duì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型型系列，即即便是過過載1220，溫溫升也不不超過770。 變變壓器的的溫升是是由鐵損損和銅損損兩部分分決定的的，對(duì)疊疊片式變變壓器，這這兩部分分基本相相等，但但環(huán)形變變壓器由由于采用用優(yōu)質(zhì)冷冷軋硅鋼鋼片繞制制，并配配合良好好的退火火工藝，其其鐵心損損耗僅為為全部損損耗的（110220），所以以溫升主主要由繞繞組銅耗耗決定，合合理的設(shè)設(shè)計(jì)是初初、次級(jí)級(jí)繞組的的功耗應(yīng)應(yīng)基本平平衡。 溫升也也與散熱熱面積關(guān)關(guān)系很大大，由于于環(huán)形變變壓器鐵鐵心溫升升低，繞繞組在整整個(gè)鐵心心上均勻勻繞制，散

10、散熱面積積和散熱熱條件都都比較好好，因此此能獲得得較低的的溫升。46合閘電流 一般變壓器在合閘時(shí)都會(huì)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)率則會(huì)造成更大的合閘電流。300VA以下的環(huán)形變壓器可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(jí)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(shí)為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度B值取低些。47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(jí)電壓U2、次電流I2與直流電壓Ud直流電流Id的關(guān)系列在表3中，供設(shè)計(jì)

11、時(shí)參考。5環(huán)形變壓壓器的設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)算算 通過過設(shè)計(jì)一一臺(tái)500Hz石石英燈用用的電源源變壓器器，其初初級(jí)電壓壓U1=2220V，次次級(jí)電壓壓U2=111.8VV，次級(jí)級(jí)電流II2=166.7AA，電壓壓調(diào)整率率U7，來來說明計(jì)計(jì)算的方方法和步步驟。 1）計(jì)計(jì)算變壓壓器次級(jí)級(jí)功率PP2 P22=I2U2=166.711.8=1197VVA(55) 22）計(jì)算算變壓器器輸入功功率P11（設(shè)變變壓器效效率=0.995）與與輸入電電流I11式中：K系數(shù)與與變壓器器功率有有關(guān)，KK=0.600.8，取取K=00.755； 根根據(jù)現(xiàn)有有鐵心規(guī)規(guī)格選用用鐵芯尺尺寸為：高H=40mmm，內(nèi)內(nèi)徑Dnno=555m

12、mm，外徑徑Dwoo=1110mmm。式中：f電源源頻率（HHz），ff=500Hz； B磁通密密度（TT）,BB=1.4T。 N2=N20U2=3.2311.8=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(jì)算式中：I通過導(dǎo)線的電流（A）； j電流密度，j=2.53A/mm2。 當(dāng)取j=2.5A/mm2時(shí)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?yàn)?.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)后可得截面積為：23.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度較大。6環(huán)形變

13、壓器的結(jié)構(gòu)計(jì)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(yùn)動(dòng)而繞制的，因此鐵心內(nèi)徑的尺寸對(duì)加工過程十分重要，結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的就是檢驗(yàn)繞完全部繞組后，內(nèi)徑尚余多少空間。若經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑空間過小不符合繞制要求時(shí)，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。 已知鐵心內(nèi)徑Dno=55mm，圖7中各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。 11）計(jì)算算繞完初初級(jí)繞組組及包絕絕緣后的的內(nèi)徑DDn2 計(jì)計(jì)算初級(jí)級(jí)繞組每每層繞的的匝數(shù)nn1 式中：Dn11鐵鐵心包絕絕緣后的的內(nèi)徑，DDn1=DDno22t0=555(211.5)=522mm； kp疊疊繞系數(shù)數(shù)，kpp=1.15。則初

14、級(jí)繞組的層數(shù)Q1為 初級(jí)繞組厚度1為 2）計(jì)算次級(jí)繞組的厚度2 計(jì)算次級(jí)繞組每層繞的匝數(shù)n2，考慮到次級(jí)繞組是用2d2=22.21mm導(dǎo)線并繞，則 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(cè)試 為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性，對(duì)按設(shè)計(jì)參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果如下。71空載特性測(cè)試 測(cè)量電路如圖8所示。測(cè)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(jì)符合要求，在額定工作電壓220V時(shí)（工作點(diǎn)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(diǎn)鐵心還未飽和，有較大的裕度。72電壓調(diào)整率測(cè)量 變壓器在空載時(shí)測(cè)得的次級(jí)空載電壓U20=12.6V，當(dāng)通以額定電流I2=16.7A時(shí)，次級(jí)輸出電壓為U2=11.8V，按式（2）計(jì)算電壓調(diào)整率為 變壓器器電壓調(diào)調(diào)整率達(dá)達(dá)到UU7的指標(biāo)標(biāo)。73溫升升試驗(yàn) 用電阻阻法對(duì)變變壓器繞繞組進(jìn)行行溫升試試驗(yàn)，在在通電44h變壓壓器溫升升穩(wěn)定后后進(jìn)行測(cè)測(cè)試，并并按式（112）計(jì)計(jì)算繞組組平均溫溫升m。 測(cè)量量的數(shù)據(jù)據(jù)及計(jì)算算結(jié)果列列于表55 從從溫升試試驗(yàn)結(jié)果果看出所所設(shè)計(jì)的的變壓器器已達(dá)到到標(biāo)準(zhǔn)型型溫升標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，即即mm400，初初次級(jí)繞繞組溫升升基本相相等，即即兩繞組組功