清風玉樓：
電源變壓器簡易設計制作者:賀進電源變壓器是低頻變壓器,本文介紹的方法適合50-60HZ以內,一千瓦以下普通交流,直流變壓器的設計.(1)電源變壓器的鐵心,它一般采用矽鋼片.矽鋼片越薄,功率損耗越小,效果越好.整個鐵心是有許多矽鋼片疊成的,每片之間要絕緣,買來的矽鋼片,表面有一層不導電的氧化膜,有足夠的絕緣能力,其規格請查供應商目錄.(2)電源變壓器的簡易設計,設計一個電源變壓器,主要是根據功率選擇變壓器鐵心的截面積等,所謂的鐵心截面積S(有的叫Ae)是指矽鋼片中間舌的標準尺寸a和疊加起來的總厚度B的乘積.如果電源變壓器的初級電壓是U1,次級有N個繞組,各組電壓分別為U21,U22,---U2N,各組電流分別是I21,I22-----I2N,計算步驟如下:第一步,計算次級的功率P2,次級功率等于次級各繞組功率的和,也就是:P2=U21*I21+U22*I22+---U2N*I2N第二步,計算變壓器的功率P,算出P2后,考慮到變壓器的效率是n,那么初級功率P1=P2/n,n一般在0.8~0.9之間,變壓器的總功率等于初,次級功率之和的一半,也就是:P=(P1+P2)/2第三步,查鐵心截面積S,根據變壓器功率,由下列公式計算出鐵心截面積S,K由磁心好壞來定,Bm越大K越小,一般在1.1-1.6之間,1T以上一般為1.1-1.15之間,并在供應商中查到相應規格的鐵心.S≧√功率*K第四步,確定每伏圈數,根據鐵心截面積S和鐵心的磁通密度Bm,由式得出初級線圈的每伏圈數N1,鐵心的Bm值(磁通密度)可從磁心供應商的目錄上查到.N=V的4次方/4.44fBmS考慮到導線電阻的壓降,次級線圈N~應該比N增加5﹪~20﹪,也就是N~在1.05~1.2之間選取.第五步,初,次級線圈圈數的計算.初級線圈N1=N*U1,次級線圈N21=N~*U21,N22=N~*U22,---N2N=N~*U2N,特別注意的是,如果為直流變壓器,須在變壓器的兩端加整流器(例如二極管,電容,IC等),將直流電通過整流器變成交流電,因直流電無法在變壓器中運行,其整流器根據其規格和作用來定,那么在設計變壓器時應該再加上其整流器的壓降,例二極管IN4001為1A,IN5391為1.5A,其損耗電壓為0.8V左右,二極管IN5401為3A,,其損耗電壓為1.0V左右,即壓降為1V,如果輸出電壓為5V,且輸出電壓須變成直流,假設在輸出電壓端裝一個IN5401的二極管,那么在計算圈數時就應該按6V來計算,因此,凡需要整流器的繞組,那么在上述所有公式的電壓都應該加上這個損耗電壓,,二極管負極為銀白色(電容一樣),,電容負極連接二極管正極,正極連接二極管負極,形成一個回路.電容一般都會標上其電容量(uF)和耐壓(v)耐溫(℃)系數,其耐壓要大于其(電容)輸入端的電壓.約為1.5倍以上,其電容量視變壓器的電流而定,一般1A左右的用1000uF的電容,其耐溫耐壓視其變壓器的耐溫耐壓等級而定,一般耐壓大的電容體積也會大一點第六步,查導線直徑.根據各線圈的電流大小和選定的電流密度,由下列公式可以得到各組線圈的導線直徑,一般電源變壓器的電流密度J可以選用3---5A/1mm²,選線徑可以選擇相應的大一些的,以免溫升過高,特別是次級.A/?=J第七步,繞線結構.根據計算結果,算出線圈每層圈數和層數,再算出線圈的大小,看看窗口是否放得下,如果放不下,可以加大一號規格,如果太空,可以減小一號規格.但須加大線徑,以防止溫升過高,采用國家標準GEI鐵心,而且舌寬a和疊厚B的比在1:1~1:1.7之間,線圈是放的下的.第八步,校核.將電壓比測試機調到相應頻率及電流,將變壓器初,次級接通電壓,看顯示頻上面的顯示電壓是否相符.另應注意在初級(輸入電壓)端應加一個溫度保險絲,以防溫度過高的情況下BOBBIN熔化造成短路,造成電擊或引發火災術語說明:P:變壓器的功率.單位:瓦(W) Bm:磁通密度.單位:特斯拉(T)一特斯拉=10000高斯=1000mTS:鐵心的截面積.單位:平方厘米(cm²)N:線圈的每伏圈數.單位:圈每伏(N/V)f:變壓器的頻率.單位:赫茲(HZ)I:使用電流.單位:安(A)U:使用電壓.單位:伏(V)a,B:鐵心的中心柱的長度和寬度.單位:毫米(mm) 磁心的介紹:為減小交變磁通在鐵心中所引起的渦流損耗,鐵心一般用厚為0.35-0.5mm的硅鋼片疊裝而成;并且在硅鋼片兩面涂以絕緣漆.信號變壓器還采用坡莫合金作鐵心.硅鋼片有熱軋和冷軋兩種. 熱軋硅鋼片的工作磁通密度一般取0.9-1.2T,鋼片常沖成"III"形,疊裝成鐵心.繞組套在中間的鐵心柱上.冷軋硅鋼片的導磁性能比熱軋好,它的工作磁通密度允許達到1.8T,所以鐵心體積可以縮小.它的導磁有方向性,順著輾軋方向的導磁性能好,故通常將冷軋硅鋼片卷成環形鐵心,然后切成兩半C形,將繞組分別套在鐵心柱上以后,再將兩半鐵心粘成整體. 變壓器的繞組由原邊繞組和副邊繞組組成.原邊繞組接輸入電壓,副邊繞組接負載.原邊繞組只有一個,副邊繞組為一個或多個.原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上.套在兩個鐵心柱上的原邊繞組或副邊繞組可分別相互串聯或并聯.附:變壓器原副邊繞組要套在同一鐵心柱的原因 把原副邊繞組套在同一鐵心柱上時,由于原副邊繞組緊挨在一起(間隙實際上很小,它等于原副邊繞組之間絕緣紙的厚度)部分漏磁通在空氣中的路徑大受限制,因此漏磁通小.而邊繞組沒有套在原邊繞組上時,漏磁通在空氣中可以自由經過,無空間限制,因此在同樣的磁勢下漏磁通就大. 將原副邊繞組套在一起的合理之處即在于漏抗壓降小,對變壓器運行有利.因為變壓器副邊電壓是隨副邊電流變化而變化的,減小原副邊的漏阻抗就可以減小電壓變化.為了使變壓器副邊電壓比較穩定,總是設法減小變壓器的漏抗. 如果把變壓器的原副邊繞組分開放置,則漏抗將大大增加,以致負載變動時副邊電壓變化很大,這樣的變壓器就不能滿足使用上的要求.鐵心片鐵心規格 尺 寸(mm) 中間舌片凈截面積(cm2) 型 號 a*b c H h L 鐵心片厚0.2mm鐵心片厚0.3mm ────────────────────────────── GEI10 10*12.5 6.5 31 18 36 1.06 1.14 10*15 1.28 1.37 10*17.5 1.49 1.59 10*20 1.70 1.82 ────────────────────────────── GEI12 10*15 8 38 22 44 1.53 1.64 12*18 1.84 1.97 12*21 2.14 2.28 12*24 2.45 2.62 ────────────────────────────── GEI14 14*18 9 43 25 50 2.14 2.29 14*21 2.50 2.68 14*24 2.86 3.06 14*28 3.33 3.57 ────────────────────────────── GEI16 16*20 10 48 28 56 2.72 2.91 16*24 3.26 3.49 16*28 3.81 4.08 16*32 4.35 4.66 ────────────────────────────── 鐵心片鐵心規格 尺 寸(mm) 中間舌片凈截面積(cm2) 型 號 a*b c H h L A d h1 鐵心片厚0.2mm鐵心片厚0.3mm ───────────────────────────────────── GEIB19 19*24 12 57 33 67 55 4 6 3.88 4.15 19*28 .5 .5 4.52 4.84 19*32 5.17 5.53 19*38 6.14 6.57 ───────────────────────────────────── GEIB22 22*28 14 67 39 78 64 5 7 5.25 5.62 22*33 6.17 6.61 22*38 7.11 7.61 22*44 8.23 8.81 ───────────────────────────────────── GEIB26 26*33 17 81 47 94 77 58.5 7.29 7.81 26*39 8.62 9.23 26*45 9.95 10.6 26*52 11.5 12.3 ───────────────────────────────────── GEIB30 30*38 19 91 53106 87 69.5 9.69 10.4 30*45 11.5 12.3 30*52 13.3 14.2 30*60 15.3 16.4 ───────────────────────────────────── GEIB35 35*44 22105 61123101 6 11 13.1 14.0 35*52 .5 .5 15.1 16.6 35*60 17.9 19.1 35*70 20.8 22.3 ───────────────────────────────────── GEIB40 40*50 26124 72144118 6 13 17.0 18.2 40*60 .5 .5 20.4 21.8 40*70 23.8 25.5 40*80 27.2 29.1 變壓器的銘牌使用變壓器首先要弄清并嚴格遵守制造廠提供的銘牌數據,以避免因使用不當而不能充分利用,甚至損壞.變壓器銘牌上的主要額定數據有:1.額定電壓U1和U2 原邊額定電壓U1是指原邊繞組上應加的電源電壓(或輸入電壓),副邊額定輸出電壓U2通常是指原邊加U1時副邊繞組的開路電壓.使用時原邊電壓不允許超過額定值(一般規定電壓額定值允許變化±5%).考慮有載運行時變壓器有內阻抗壓降,所以副邊額定輸出電壓U2應較負載所需的額定電壓高5-10%.對于負載是固定的電源變壓器,副邊額定電壓U2有時是指負載下的輸出電壓.附:輸入電壓不能超過額定電壓的原因 變壓器中主磁通和激磁電流的關系稱為鐵心的磁化曲線,它是一條具有飽和特性的非線性曲線.當主磁通小于額定電壓時對應的主磁通時,磁化曲線近似為線形;超過此值后,主磁通就逐漸趨向飽和.此時,如果再增加磁通,即增加U1,則電流就會急劇增加,這樣變壓器就會因過熱而馬上燒毀.因此,在使用變壓器時,必須注意變壓器的額定電壓和電源電壓要一致.2.額定電流I1和I2 額定電流是指變壓器按規定的工作時間(長時連續工作或短時工作或間歇斷續工作)運行時原副邊繞組允許通過的最大電流,是根據絕緣材料允許的溫度定下來的.由于銅耗,電流會發熱.電流越大,發熱越厲害,溫度就越高.在額定電流下,材料老化比較慢.但如果實際的電流大大超過額定值,變壓器發熱就很厲害,絕緣迅速老化,變壓器的壽命就要大大縮短.3.額定容量S 額定容量是視在功率,是指變壓器副邊額定電壓和額定電流的乘積.它不是變壓器運行時允許輸出的最大有功功率,后者和負載的功率因數有關.所以輸出功率在數值上比額定容量小.4.額定頻率 使用變壓器時,還要注意它對電源頻率的要求.因為在變壓器中,在設計變壓器時,是根據給定的電源電壓等級及頻率來確定匝數及磁通最大值的.如果亂用頻率,就有可能變壓器損壞.例如一臺設計用50Hz,220V電源的變壓器,若用25Hz,220V電源,則磁通將要增加一倍,由于磁路飽和,激磁電流劇增,變壓器馬上燒毀.所以在降頻使用時,電源電壓必須與頻率成正比地下降.另外,在維持磁通不變的條件下,也不能用到400Hz,1600V的電源上.此時雖不存在磁路的飽和問題,但是升頻使用時耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾.因為鐵耗與頻率成1.5-2次方的關系.頻率增大時,鐵耗增加很多.由于這個原因,一般對于鐵心采用0.35mm厚的熱軋硅鋼片的變壓器,50Hz時的磁通密度可達0.9-1T,而400Hz時的磁通密度只能取到0.4T.此外變壓器用的絕緣材料的耐壓等級是一定的,低壓變壓器允許的工作電壓不超過300-500V.所以在升頻使用時,電源電壓不能與頻率成正比的增加,而只能適當地增加.