講述環(huán)形變壓器和應(yīng)用

1、.敘述環(huán)形變壓器與其應(yīng)用-日期：1 / 17.環(huán)形變壓器與其應(yīng)用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)用于運算 機、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大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿意國需求外，仍大量出口；國主要用于家電的音響設(shè)備和自控設(shè)備以與石英燈照明等方面；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才能，因而它是一種有競爭力的電子變壓器，本文擬就它的特點作一介紹；2 環(huán)形變壓器的特點環(huán)形變壓器的鐵心是

2、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)形變壓器的線圈勻稱地繞在鐵心上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與4 / 17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95以上，鐵心磁導率可取 1.5 1.8t （疊片式鐵心只能取 1.2 1.4t ），電效率高達95以上，空載電流只有疊片式的10；2 ）形狀尺寸小，重量輕環(huán)形變壓器比疊片式變壓重視量可以減輕一半，只要保持鐵心截面積相等，環(huán)形變壓器簡單轉(zhuǎn)變鐵心的長、 寬、高比例，可以設(shè)計出符合要求的形狀尺寸；

3、3 ）磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒有氣隙，繞組勻稱地繞在環(huán)形的鐵心上，這種結(jié)構(gòu)導致了漏磁小，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削減鐵心感應(yīng)振動的噪音，繞組 勻稱緊緊包住環(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1.1w/kg ，鐵損很小，鐵心溫升低， 繞組在溫度較低的鐵心上散熱忱形良好，所以變壓器溫升低；6）簡單安裝環(huán)形變壓器只有中心一個安裝螺桿，特殊簡單在電子設(shè)備中進行快速安裝與拆卸；3 環(huán)形變壓器的分類依據(jù)國外文獻介紹，環(huán)形變壓器可分為標準型、經(jīng)濟型與隔離型等三類，

4、各類的特點是1 ）標準型電源變壓器產(chǎn)品系列容量8 1500va，有較小的電壓調(diào)整率、滿載運行溫升僅為40，答應(yīng)短時超載運行，適合于要求高的使用場合；初次級繞組間采納 b 級（ 130）的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受溝通4000v， 1min 的耐壓試驗；2 ）經(jīng)濟型電源變壓器產(chǎn)品系列容量50 1500va，在保證性能的基礎(chǔ)上力求降低造價，適用于連續(xù)運行而不超載的使用場合，運行溫升為 60，絕緣材料等級為 a級（ 105），當滿負載時輸出電壓誤差小于 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，初級與次級間用b

5、 級絕緣的聚酯薄膜至少包扎4 層，擊穿電壓大于 4000v，全部初級引線必需采納雙絕緣導線；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，仍要符合ul544標準，即初級和次級繞組應(yīng)具有熱愛護，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應(yīng) 大于 13mm；此外對醫(yī)療用的隔離變壓器仍要求在初級繞組裝有溫度愛護開關(guān)，當鐵心溫度達到 120時，溫度愛護開關(guān)斷開，當溫度復原正常時，開關(guān)自動復位合上；.現(xiàn)將加拿大 plitron公司出品的標準型環(huán)形變壓器形狀尺寸，重量列于表 1，形狀圖如圖 1 所示；4 環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)留意的問題4 1 變壓器的功率容量變壓器的功率容量是打算鐵心尺寸的主要依據(jù)；在許多場合

6、變壓器的負載是間歇性的，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)工作時要削減許多，如圖2 所示負載 a 段對整個 b段而言是較小的一段，這時變壓器的工作周期比其熱時間常數(shù)要短許多，可用式（ 1）運算變壓器的額定功率；17 / 17式中： pn變壓器額定功率（ va）； p l變壓器負載功率（ va）； a 接通負載時間；b變壓器工作周期；4.2 2 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是衡量變壓器負載特性的重要指標；電壓調(diào)整率是指當輸入電壓不變，負載電流從零升到額定值時，輸出電壓u2的相對變化值，通常以百分數(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

7、負載時的輸出電壓（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 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 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，在額定負載下效率可高達95 以上；4 4 自耦變壓器當只要求升壓或降壓，而不要求初級與次級繞組隔離的情形下，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，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級繞組不需絕緣，加工非常

8、便利，體積、重量更小，造價更低；要留意的是自耦變壓器初、次級繞組的公共端（com）要接零線，這樣才安全；自耦變壓器電路如圖 5 所示，它的額定功率 pah按式（ 4）運算；pah=paouhul/u hva （ 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，對標準型系列，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打算的，對疊片式變壓器， 這兩部分基本相等，但環(huán)形變壓器由于采納優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞制，并協(xié)作良好的退火工藝，其鐵心損

9、耗僅為全部損耗的（10 20），所以溫升主要由繞組銅耗打算，合理的設(shè)計是初、次級繞組的功耗應(yīng)基本平穩(wěn)；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，繞組在整個鐵心上勻稱繞制，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 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率就會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愛護，但為了防止合閘電流燒斷熔斷器，挑選熔斷器的電流應(yīng)比變壓器初級電流大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愛護，有時為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度b

10、值取低些；4.7 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 i2 與直流電壓 ud直流電流 id的關(guān)系列在表 3 中，供設(shè)計時參考；5 環(huán)形變壓器的設(shè)計運算通過設(shè)計一臺 50hz 石英燈用的電源變壓器，其初級電壓u1=220v，次級電壓 u2=11.8v，次級電流 i 2=16.7a，電壓調(diào)整率 u 7，來說明運算的方法和步驟；1 ）運算變壓器次級功率 p2p2=i 2u2=16.7 11.8=197va52 ）運算變壓器輸入功率 p1（設(shè)變壓器效率=0.95 ）與輸入電流i 1式中： k系數(shù)與變壓器功率有關(guān)，k=0.6

11、0.8 ，取 k=0.75；依據(jù)現(xiàn)有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺寸為：高h=40mm，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=n20u2=3.23 11.8=38.1 匝，取 n2=38 匝；6）挑選導線線徑繞組導線線徑 d 按式 10 運算式中： i 通過導線的電流（a）；j電流密度， j=2.5 3a/mm；2當取 j=2.5a/mm2 時代入式 10 得22用兩條 d=2.12mm（考慮絕緣漆最大外徑為2；21mm）導線并繞；由于 2.94 導線的截面積 sd2=6.78mm，而 d=2.12mm

12、導線的截面積為3.53mm2兩條并聯(lián)后可得截面積為： 23.53=7.06mm，完全符合要求且裕度較大；6 環(huán)形變壓器的結(jié)構(gòu)運算環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機的繞線環(huán)在鐵心作旋轉(zhuǎn)運動而繞制的，因此鐵心徑的尺寸對加工過程非常重要，結(jié)構(gòu)運算的目的就是檢驗繞完全部繞組后，徑尚余多少空間；如經(jīng)運算徑空間過小不符合繞制要求時，可以修改鐵心尺寸，只要維護截面積不變，電性能也基本不變；已知鐵心徑 dno=55mm，圖 7 中各絕緣層厚度為t o=1.5mm，t 1=t 2=1mm；1）運算繞完初級繞組與包絕緣后的徑dn2運算初級繞組每層繞的匝數(shù)n1式中： dn1鐵心包絕緣后的徑， dn1=dno 2t0 =55

13、2 1.5=52mm； kp疊繞系數(shù)， kp=1.15 ；就初級繞組的層數(shù)q1 為初級繞組厚度 1 為2）運算次級繞組的厚度 2運算次級繞組每層繞的匝數(shù)n2，考慮到次級繞組是用2d2=22.21mm導線并繞，就可見繞完繞組后，徑仍有裕量，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)計方法的精確性，對按設(shè)計參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品進行了性能測試，結(jié)果如下；7.1 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，依據(jù)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 點鐵心仍未飽和，有較大的裕度；7.2 2 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，當通以額定電流 i 2=16.7a 時，次級輸出電壓為 u2=11.8v，按式（ 2）運算電壓調(diào)整率為變壓器電壓調(diào)整率達到u7的指標；7 3 溫升試驗用電阻法對變壓器繞組進行溫升試驗，在通電4h 變壓器溫升穩(wěn)固后進行測試，并按式（ 12）運算繞組平均溫升 m；測量的數(shù)據(jù)與運算結(jié)果列于表5從溫升試驗結(jié)果看出所設(shè)計的變壓器已達到標準型溫升標準，即 m40，初次級繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡；7.4 4 絕緣性能試驗1