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環(huán)形變壓器及其應(yīng)用來自:電源專業(yè)制造商—中山市永利電子有限公司環(huán)形變壓器及其應(yīng)用中山市永利電子有限公司商務(wù)電話：0760-88894588 13549860172傳真：0760-88890698 貿(mào)易通：zsyongli買賣通：zsyongli QQ：469379885 聯(lián)系人：吳經(jīng)理 http://www.zsyongli.com http://www.huanxingbianyaqi.com http://zsyongli.b2b.hc360.com 摘要:介紹了環(huán)形變壓器的特性和優(yōu)點(diǎn),闡明了應(yīng)用中要注意的事項(xiàng),通過實(shí)例介紹了環(huán)形變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法.關(guān)鍵詞:變壓器;環(huán)形變壓器;設(shè)計(jì)1引言環(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(jì)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(jià)格比,有良好的輸出特性和抗干擾能力,因而它是一種有競爭力的電子變壓器,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1.5~1.8T(疊片式鐵心只能取1.2~1.4T),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(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8~1500VA,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50~1500VA,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)隔離變壓器產(chǎn)品系列容量50~1000VA,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)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題4．1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(shí)變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時(shí)要減少很多,如圖2所示負(fù)載A段對(duì)整個(gè)B段而言是較小的一段,這時(shí)變壓器的工作周期比其熱時(shí)間常數(shù)要短很多,可用式(1)計(jì)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(shí)間;B———變壓器工作周期.4．2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(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:ΔU——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.4．3環(huán)形變壓器效率由于變壓器有鐵損和銅損,輸出功率PO總是小于輸入功率Pi,變壓器的效率η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.4．4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. 自耦變壓器電路如圖5所示,它的額定功率PAH按式(4)計(jì)算.PAH=PAO(UH-UL)/UH(VA)(4)式中:PAO——自耦變壓器輸出功率(VA);UH——高電壓繞組電壓(V);UL——低電壓繞組電壓(V).4．5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,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型系列,即便是過載120%,溫升也不超過70℃.變壓器的溫升是由鐵損和銅損兩部分決定的,對(duì)疊片式變壓器,這兩部分基本相等,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(10~20)%,所以溫升主要由繞組銅耗決定,合理的設(shè)計(jì)是初、次級(jí)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(gè)鐵心上均勻繞制,散熱面積和散熱條件都比較好,因此能獲得較低的溫升.4．6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8~10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.4．7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(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)時(shí)參考.5環(huán)形變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算通過設(shè)計(jì)一臺(tái)50Hz石英燈用的電源變壓器,其初級(jí)電壓U1=220V,次級(jí)電壓U2=11.8V,次級(jí)電流I2=16.7A,電壓調(diào)整率ΔU≤7%,來說明計(jì)算的方法和步驟.1)計(jì)算變壓器次級(jí)功率P2P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)2)計(jì)算變壓器輸入功率P1(設(shè)變壓器效率η=0.95)與輸入電流I1式中:K——系數(shù)與變壓器功率有關(guān),K=0.6~0.8,取K=0.75;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=1.4T.N2=N20?U2=3.23×11.8=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=2.5~3A/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)棣?.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:2×3.53=7.06mm2,完全符合要求且裕度較大.6環(huán)形變壓器的結(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. 1)計(jì)算繞完初級(jí)繞組及包絕緣后的內(nèi)徑Dn2計(jì)算初級(jí)繞組每層繞的匝數(shù)n1式中:Dn1——鐵心包絕緣后的內(nèi)徑,Dn1=Dno-2t0=55-(2×1.5)=52mm;kp——疊繞系數(shù),kp=1.15.則初級(jí)繞組的層數(shù)Q1為初級(jí)繞組厚度δ1為2)計(jì)算次級(jí)繞組的厚度δ2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2×d2=2×2.21mm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)行了性能測試,結(jié)果如下.7．1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(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.7．2電壓調(diào)整率測量變壓器在空載時(shí)測得的次級(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)整率為變壓器電壓調(diào)整率達(dá)到ΔU