變壓器基礎(chǔ)知識和設(shè)計概要

變壓器根底學(xué)問及設(shè)計概要１、變壓器的作用。用于進(jìn)展溝通電壓、電流和阻抗變換，同時擔(dān)負(fù)信號源的功率傳輸。(廣義的變壓器還包括電感器，其作用是傳送功率、抑制紋波。)２、變壓器的組成。由鐵心〔或磁芯〕和線圈繞組組成。有兩個以上繞組時，接信號源的稱初級繞組，其余的稱次級繞組。３、常用變壓器的分類。電源變壓器〔50Hz〕、音頻變壓器〔20–20230Hz〕、高頻變壓器〔20–100000Hz〕、脈沖變壓器〔波形一般為單極性矩形脈沖波〕、隔離變壓器。４、電源變壓器的特性參數(shù)。４、１工作頻率。頻率直接影響變壓器的鐵心損耗，應(yīng)依據(jù)使用頻率設(shè)計和運用，即稱工作頻率。４、２額定功率。在規(guī)定的頻率、電壓、負(fù)載功率下變壓器可以長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。４、３額定電壓。變壓器線圈上所允許施加的電壓，工作時不得超過規(guī)定值。４、４電壓比。變壓器初級電壓和次級電壓的比值，分空載電壓比和負(fù)載電壓比。４、５空載電流。變壓器次級開路時，初級的電流值?？蛰d電流由磁化電流和鐵損電流組成，但主要是磁化電流。〔空載電流是設(shè)計信號專用燈絲電源變壓器時的主要參數(shù)〕。４、６空載損耗。次級開路時，在初級測得的功率損耗。主要是鐵損，其次是銅損。４、７效率。次級功率與初級功率比值的百分比。變壓器的額定功率愈大，效率愈高。４、８絕緣電阻。表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵心之間的絕緣性能，它與所使用的絕緣材料性能、環(huán)境溫度、濕度有關(guān)。5、音頻和高頻變壓器的特性參數(shù)。5、1 頻率響應(yīng)。變壓器次級輸出電壓隨工作頻率變化的特性。05、2 通頻帶。假設(shè)變壓器的輸入電壓保持不變，設(shè)中間頻率的輸出電壓為U0

，當(dāng)輸0出電壓下降到0.707U 時的頻率范圍，稱為變壓器的通頻帶。05、3 初、次級阻抗比。當(dāng)變壓器初、次級阻抗匹配時，輸入阻抗與輸出阻抗的比值。此時變壓器工作在最正確狀態(tài)，傳輸效率最高。6、變壓器的設(shè)計。變壓器的設(shè)計方法有多種，很多技術(shù)書籍和資料都有介紹，也可以從網(wǎng)上查詢、下載。以下主要依據(jù)個人工作體會，簡要介紹設(shè)計方法。6、1 電源變壓器。運用最廣、設(shè)計資料最多的一種變壓器，有大量、具體的表格、數(shù)據(jù)供計算運用。變壓器鐵心有多種材質(zhì)和規(guī)格，在移頻設(shè)備中單相C型鐵心變壓器比較常見，現(xiàn)以此為例。6、1、1 設(shè)計中需要的技術(shù)參數(shù)：負(fù)載或整流電路類型〔見電路圖〕；負(fù)載電壓和負(fù)載電流；環(huán)境條件〔溫度及其它〕；安全性要求〔絕緣等級〕；電壓調(diào)整率〔需要自選時〕；線圈平均溫升〔需要自選時〕。6、1、2 變壓器計算〔利用參數(shù)表格〕總6、1、2、1 負(fù)載功率容量〔P 〕計算總常用負(fù)載電路計算如下：2 純阻性負(fù)載繞組的伏安值2 半波整流繞組的伏安值 P全波整流繞組的伏安值 P

1.27UI34341.71U I3434P橋式整流繞組的伏安值 P

U I55P總 純阻 半波 全波 橋式556、1、2、2 選擇鐵心依據(jù)計算的P總CP2值。在打算此值時，應(yīng)考慮以下因素：鐵心品質(zhì)等級的選擇，在滿足規(guī)定的輸出容量，且不增大鐵心尺寸的前提下，從低到高；假設(shè)對已有鐵心品質(zhì)等級不清楚時，按III級品考慮；P2P總，以適應(yīng)負(fù)載和溫度變化的需要。116、1、2、3 線圈匝數(shù)計算(按參數(shù)表相關(guān)參數(shù)TV1、TV2計算)11N1

UTVN2N3

U TV2322UTV23224 4 5 5 N U N U 4 4 5 5 6、1、2、4空載電流計算(查參數(shù)表)CICI空載電流I0(I0 IC2I2)6、1、2、5 次級反射到初級的電流(I1/)計算按不同繞組分別計算：2 2 2 I/I N /2 2 2 3I/3

N /N〔其中I 為溝通有效值，I 為直流值〕I32I323 1 3 3I4/I32I323 1 3 3I5/I5N5/N1故I1

I/

I/

I/

I/23456、1、2、6 初級電流(I1)計算2345(I1/(I1/c)226、1、2、7 初級、次級導(dǎo)線截面積計算· S1I1/j(mm2)ii2· SIii2

(j、j2由參數(shù)表查得)6、1、2、8 初級、次級導(dǎo)線線徑計算S/dS/

計算各線圈導(dǎo)線線徑〔mm2〕6、1、3 自選參數(shù)〔B U%6、1、4 電源變壓器線圈參數(shù)的修訂經(jīng)過計算的變壓器參數(shù)，需通過實際負(fù)載線路的滿功率測試和凹凸溫試驗后，做出局部修訂，以滿足設(shè)計要求。6、2 音頻變壓器上述電源變壓器是工作在固定頻率上〔50Hz〕,而音頻變壓器工作在肯定的頻帶上〔20Hz-20230Hz〕。在移頻設(shè)備中，鼓勵變壓器和功放變壓器屬于作用不同的兩種音頻變壓器，兩者都是放大電路中的一個組成局部，因此在設(shè)計音頻變壓器時，要通過爭論放大器與變壓器之間的關(guān)系，確定變壓器的各項主要參數(shù)。6、2、1鼓勵變壓器鼓勵變壓器接在鼓勵放大器和功率放大器之間，因此它的設(shè)計與前后兩級放大器的性能有關(guān)，需通過放大器的細(xì)致分析后計算。6、2、1、1 設(shè)計原則和步驟s保證鼓勵級有最大的功率輸出，即實現(xiàn)阻抗匹配，Rs

R/.n2〔R為Sbebbc0R0n為變比，為變壓器效率〕；Sbebbc0c依據(jù)晶體管輸入特性和電流轉(zhuǎn)移特性曲線〔Vc

I，I

I〕建立起Vcbe曲線，對功放晶體管VVcbebe

I特性，要求其動態(tài)范圍內(nèi)非線性失真小，即功放輸入sR;s·由關(guān)系式VV

IR

〔見圖〕， 選取不同的R

值作出VV

曲線；s be b s s s bescs·由上述二曲線產(chǎn)生一組對應(yīng)的VIRscss值，作為鼓勵級輸出阻抗值〔Rs

一般取值范圍在幾百Ω~1000Ω〕。R0的計算：依據(jù)放大器電路計算出條件為：鼓勵級晶體管集電極電流I

、集電極-放射ce極電壓Vce

、放大器效率

c。由此可計算鼓勵級溝通負(fù)載阻抗，即變壓器初級阻抗值R0

/II

I〔Vce I〔V

取值應(yīng)有肯定余量〕；變比n的計算：變壓器效率與其輸出功率有關(guān)，功率愈小效率愈低。同時它還與放大電路有關(guān)，鼓勵級一般承受甲類放大器，其效率遠(yuǎn)低于50%，因此變壓器效率可按給出的放大器效率計算：R0/R0/.Rs6、2、1、2 變壓器參數(shù)計算R0、變比n、信號頻率D下限f 。DDD0D· R0D

L

2f

L1L1

R/2f ；10DL1和溫度性能要求，選擇鐵氧體磁芯型號及氣隙〔大，溫度性能10D好，但電感量降低〕；L1(mH)2由磁芯參數(shù)表查出氣隙L1(mH)2N212

K ；N2

N /n〔需要兩組線圈，承受雙線并繞〕；1N1N2值及參數(shù)表中“線徑與圈數(shù)之關(guān)系”，選擇導(dǎo)線線徑、并核算所選磁芯型號是否可行。6、2、2 功放變壓器功率放大器位于發(fā)送電路的末級，功放變壓器參數(shù)的計算雖沒有鼓勵變壓器那么復(fù)雜，但隨著輸出功率和負(fù)載阻抗的轉(zhuǎn)變，功放變壓器參數(shù)計算較多。也有不少系統(tǒng)的計算公式可供運用，但計算結(jié)果都要在試驗中反復(fù)修改后打算。而承受簡易的閱歷公式計算后，再試驗、修訂反而快捷。因此這里主要將常用簡易方法作一介紹。6、2、2、1 功放變壓器設(shè)計需要的條件功放電路形式〔乙類推挽〕LPLLRL變壓器效率L信號頻率下限fLcEcce功放晶體管管壓降VceR功放晶體管放射極電阻壓降VRj〔3A/mm2〕6、2、2、2 計算公式和步驟PRPR/LLL輸出電壓峰值 U

；2U；2LmLm輸出功率峰值 PLm

LR；2R；Lc負(fù)載電阻反射至初級的阻抗 R”/Lc

(E

)2ce R

/(2 )P；LmP；RLL初級線圈電感量L1

R

/(2 )f；Lf；P/(fP/(f)LLL

(留意選擇鐵心時，鐵心材料厚度應(yīng)依據(jù)fL大小確定)；L 依據(jù)fS〔SL eL；e初級匝數(shù) N1R次級匝數(shù) R

600 ；LL/SLL/Se1 e次級電流

U/ ；LLLLLL初級電流 LLLLLL

In/；L初級線圈導(dǎo)線截面積 L

/j;LL次級線圈導(dǎo)線截面積 S ILL4S/4S/L4S/LLL

/j；；?6、3

次級導(dǎo)線線徑 d 。隔離變壓器〔又稱絕緣隔離變壓器〕這種變壓器依據(jù)不同的用途有多個品種，如絕緣變壓器、屏蔽變壓器、防雷變壓器等，一般用于兩種不同性質(zhì)的設(shè)備、電路〔或電源電壓〕之間，以削減相互間的電磁干擾，同時完成信號傳送、電壓變換等功能。絕緣隔離是通過變壓器初級繞組和次級繞組的絕緣構(gòu)造來完成。絕緣構(gòu)造的簡單程度，與外加和變換的電壓大小有關(guān)，電壓越高其絕緣構(gòu)造越簡單。這種變壓器的計算沒有特別之處，但在設(shè)計時應(yīng)依據(jù)不同的要求考慮以下幾點：·絕緣性能〔絕緣等級及相應(yīng)措施〕·屏蔽措施〔靜電屏蔽、電磁屏蔽及接地等〕·轉(zhuǎn)移系數(shù)〔防雷型變壓器初、次級異芯等〕·負(fù)載電壓比〔應(yīng)考慮變壓器效率〕7、變壓器線圈的繞制各種變壓器線圈均是繞制在與鐵心或磁芯型號配套的線圈骨架上，因此依據(jù)計算好的匝數(shù)、線徑〔最好承受外徑〕和線圈骨架的窗口尺寸、線圈層間襯墊的厚度等，事先應(yīng)計算是否能繞下，還要為線圈浸漆留有余地。電路試驗階段，為加快進(jìn)度變壓器線圈可以簡潔繞制，但所設(shè)計的變壓器要通過工廠試制〔包括絕