工頻變壓器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

1、保密等級(jí)機(jī)密20年Q/DX青島鼎信通訊股份有限公司技術(shù)文檔工頻變壓器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介V1.02015 - 04 - 08發(fā)布2015 - 04 - 09 實(shí)施青島鼎信通訊股份有限公司發(fā)布 目錄1 概述11.1 變壓器的基本工作原理11.2 變壓器空載工作狀態(tài)11.3 變壓器負(fù)載工作狀態(tài)32 電子變壓器的基本結(jié)構(gòu)和材料52.1 鐵心及材料52.2 鐵心的加工方法72.3 鐵心材料73 電源變壓器的主要技術(shù)參數(shù)83.1 功率容量83.2 功率因數(shù)83.3 效率93.4 電壓調(diào)整率93.5 空載電流及其百分比93.6 空載損耗103.7 溫升103.8 設(shè)計(jì)電源電壓器所必需的技術(shù)參數(shù)114 電源變壓器的基本

2、計(jì)算公式114.1 空載工作時(shí)114.2 負(fù)載工作時(shí)134.3 匝數(shù)計(jì)算145 電源變壓器鐵心選擇和電磁參量確定方法155.1 電源變壓器鐵心選擇155.2 電源變壓器電磁參數(shù)的確定156 電源變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算166.1 窗口利用系數(shù)166.2 散熱面積177 實(shí)例設(shè)計(jì)198 國(guó)網(wǎng)單相表（0527）電源設(shè)計(jì)248.1 原理圖248.2 電氣參數(shù)：248.3 變壓器參數(shù)計(jì)算249 設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)注意其他問題289.1 漏感計(jì)算289.2 繞組的分布289.3 屏蔽2810 文檔使用范圍2829 1 概述1.1 變壓器的基本工作原理 變換電能以及把電能從一個(gè)電路傳遞到另一個(gè)電路的靜止電磁裝置稱為變

3、壓器。在交流電路中，借助變壓器能夠變換交流電壓電流和波形。每次變換通常是能量通過電磁方式傳遞到另一電路，而與該電路無直接聯(lián)系。但也可通過電磁-電的方式進(jìn)行變換，這種變壓器稱為自耦變壓器。圖1.1 變壓器結(jié)構(gòu)示意圖變壓器，圖 1.2變壓器原理電路。圖1.1 變壓器結(jié)構(gòu)示意圖圖 1.2變壓器原理電路工作原理如下：在初級(jí)線圈N1上加電源電壓U1時(shí), 初級(jí)線圈N1中將產(chǎn)生電流I1（空載電流），這個(gè)電流將在鐵心中建立磁場(chǎng)，產(chǎn)生磁通。磁通穿過次級(jí)線圈時(shí)，又在次級(jí)線圈中產(chǎn)生電勢(shì)（電壓U2），如果次級(jí)線圈接有負(fù)載RL，則負(fù)載中將產(chǎn)生電流IL。就這樣，交流電功率就從變壓器的初級(jí)電路傳到了次級(jí)電路。1.2 變壓器

4、空載工作狀態(tài)如果初級(jí)繞組與交流電壓為U1的電源相連，在該繞組中將產(chǎn)生交變電流I0，該電流稱做空載電流。這個(gè)電流建立了沿鐵心磁路而閉合的交變磁通0，它同時(shí)穿過初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，并在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。按電磁感應(yīng)定律，其有效值為 （1） （2）式中 -初級(jí)自感電動(dòng)勢(shì)（V）； -次級(jí)互感電動(dòng)勢(shì)（V） -電壓的波形因數(shù)，對(duì)于正弦波，=1.11；對(duì)于方波=1； -交流電源的頻率（Hz）； -初次繞組匝數(shù)； -次級(jí)繞組匝數(shù) -磁感應(yīng)強(qiáng)度振幅值（T）； -鐵心的有效截面積（）繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于該繞組的匝數(shù)，式（1）除以式（2）得； （3）如果忽略初級(jí)繞組和鐵心的損耗，并假定所有磁通量都沿著鐵心的磁

5、路而閉合，則在初級(jí)繞組中的磁通量0所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)E1，按楞次定律，其數(shù)值與所加電壓相等，而其符號(hào)相反，即 實(shí)際上，變壓器空載電流，除了為在變壓器鐵心中建立磁通0所需的磁化分量I之外，還包括由于鐵心損耗所引起的有用功分量Ic，因此，空載電流 此外，變壓器初級(jí)繞組具有直流電阻r1,因而在初次繞組中產(chǎn)生有功電壓降u1 式中 Eal-補(bǔ)償初級(jí)繞組電壓降而假定的電動(dòng)勢(shì)。 流過初級(jí)繞組的電流，不僅建立沿鐵心磁路閉合的主磁通0，而且建立沿空氣閉合的漏磁通sl，這個(gè)漏磁通在初級(jí)繞組中感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)，即 式中Xs1-初級(jí)繞組的漏感抗根據(jù)電動(dòng)勢(shì)相平衡的定律，外施電壓U1應(yīng)與E1，Ea1和Es1的矢量相平衡，即空

6、載時(shí)，初級(jí)繞組的電壓降一般是很小的，所以U1和E1值相差很小，故變壓器空載電壓比仍可近似等于其匝數(shù)比。即 對(duì)于中小功率變壓器來說，由于次（初）級(jí)漏感較小，故Xs1或Ls1可忽略不計(jì)，此時(shí)1.3 變壓器負(fù)載工作狀態(tài)圖 1.3變壓器負(fù)載工作原理圖在變壓器初級(jí)繞組供給電壓U1，次級(jí)繞組與負(fù)載相連。這時(shí)，次級(jí)繞組將有電流I2流過，在鐵心中產(chǎn)生磁通2，2的方向應(yīng)與0方向相反。2穿過初級(jí)繞組后，初級(jí)繞組便從電源取得電流I1，而I1有產(chǎn)生與2相反的磁通1。顯然，2=-1，兩個(gè)磁通相互抵消，結(jié)果，磁路中只剩下一個(gè)由空載電流所建立的磁通0。電流I1的數(shù)值可依據(jù)能量守恒定律求得。如果忽略鐵心和繞組的功率損耗，則初

7、級(jí)繞組的功率就等于次級(jí)繞組的功率，即 所以 (4)比較式（3）和式（4）可得 或者 上面已經(jīng)確定，當(dāng)負(fù)載電流的數(shù)值不同時(shí)，變壓器鐵心中的磁通是不變的。因此，建立該磁通的磁勢(shì)也是不變的。由此可得 式中aw0-空載時(shí)的安匝數(shù) awH-負(fù)載時(shí)的安匝數(shù)空載時(shí)的安匝數(shù)為在負(fù)載情況下，初、次級(jí)繞組安匝數(shù)總和為 故 (5)式（5）稱為磁勢(shì)平衡方程式變壓器帶負(fù)載工作時(shí)，除了沿鐵心磁路而閉合的主磁通外，還有沿空氣閉合的漏磁通s1、s2，這個(gè)磁通在初級(jí)和次級(jí)繞組中感應(yīng)出漏電動(dòng)勢(shì)當(dāng)電源和變壓器初級(jí)繞組構(gòu)成閉合回路時(shí)，在變壓器次級(jí)繞組（產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)E2）和負(fù)載構(gòu)成的閉合回路中，可依據(jù)電動(dòng)勢(shì)平衡定律求得同樣，對(duì)中小功率變

8、壓器，可忽略漏感抗Xs1和Xs2，此時(shí) 但是，當(dāng)工作頻率升高時(shí)，其漏感的影響將逐漸增大，因此，音頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器必須考慮漏感的影響。在等效電路計(jì)算中，往往把次級(jí)參數(shù)變換（又稱反射或歸算）到初級(jí)，設(shè)變壓器次級(jí)負(fù)載電阻為R2反射到初級(jí)的電阻為其值為由式（3）和式（4）經(jīng)變換后得 或若變壓器次級(jí)阻抗為Z2，則反射到初級(jí)的阻抗為改變（N1/N2）值，就可以改變值，這就是變壓器變換阻抗的原理。2 電子變壓器的基本結(jié)構(gòu)和材料2.1 鐵心及材料2.1.1 鐵心的基本結(jié)構(gòu)型式 鐵心構(gòu)成變壓器的磁路，是變壓器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。電子變壓器鐵心的基本結(jié)構(gòu)型式為：殼式鐵心、心式鐵心和環(huán)型鐵心。（a）殼式鐵心

9、 （b）心式鐵心 （c）環(huán)型鐵心圖 2.1 鐵心分類2.1.1.1 殼式鐵心殼式鐵心如圖所示，殼式鐵心變壓器只有一個(gè)線圈，該線圈在鐵心的中心柱上。磁通由中心柱經(jīng)鐵軛、兩邊柱而閉合。 圖 2.2 外磁場(chǎng)對(duì)殼式鐵心變壓器的影響只有一個(gè)線圈的殼式鐵心變壓器的線圈散熱面積小，故一般用作小功率變壓器。因鐵軛與兩邊柱的磁屏蔽作用，其磁輻射較小，但外磁場(chǎng)對(duì)其影響較大，外磁場(chǎng)穿過鐵心和線圈，并在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而引起干擾。2.1.1.2 心式鐵心心式鐵心變壓器有兩個(gè)線圈，兩個(gè)線圈分別套在兩個(gè)鐵心柱上。磁通在鐵心柱中閉合。 圖 2.3 外磁場(chǎng)對(duì)心式鐵心變壓器的影響有兩個(gè)線圈的心式鐵心變壓器的線圈散熱面

10、積大，可用于功率較大的變壓器中。心式鐵心變壓器磁輻射較大，對(duì)周圍電子設(shè)備的磁影響較大；但外磁場(chǎng)對(duì)其影響較小，外磁場(chǎng)同方向穿過兩鐵心柱，在兩線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)因方向相反而抵消，故干擾較小。為減少外磁場(chǎng)的干擾，小信號(hào)輸入變壓器經(jīng)常采用心式鐵心。2.1.1.3 環(huán)型鐵心線圈沿鐵心圓周方向均勻繞制，磁通在鐵心內(nèi)部沿鐵心而閉合。環(huán)型鐵心變壓器的鐵心被線圈所包圍，鐵心散熱面積為0，鐵心和線圈因損耗產(chǎn)生的熱量全部通過線圈表面散發(fā)出去。環(huán)型鐵心用于從工頻到高頻的各種頻率范圍的變壓器中。這種結(jié)構(gòu)充分利用鐵心材料的磁性能，基本上所有的精密軟磁合金都采用環(huán)型結(jié)構(gòu)。環(huán)型鐵心的漏磁最小，對(duì)外界的磁影響也最小。由于外磁場(chǎng)

11、方向與環(huán)型鐵心中工作磁場(chǎng)的方向垂直，線圈不切割外磁場(chǎng)磁力線，外磁場(chǎng)在線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此，外磁場(chǎng)對(duì)環(huán)型變壓器的影響最小。 2.4外磁場(chǎng)對(duì)環(huán)型鐵心變壓器的影響2.2 鐵心的加工方法2.2.1 沖片鐵心沖片鐵心適用于鋼板（帶）厚度在0.1mm以上的材料。由于沖制工藝簡(jiǎn)單、效率高、基本無廢料、成本低，沖片鐵心廣泛用于小功率電源變壓器和音頻變壓器中。特別是EI型殼式?jīng)_片鐵心，更是目前大量使用的一種鐵心結(jié)構(gòu)2.2.2 卷繞鐵心卷繞鐵心是用一定寬度或?qū)挾瓤勺兊匿搸г谶m當(dāng)形狀的心子（一般為矩形或環(huán)型）上連續(xù)繞制而成。由于鋼帶的取向方向與磁通方向完全一致，因此，卷繞鐵心能使鐵心材料的性能得到充分發(fā)揮。

12、目前，各種高性能取向硅鋼帶相繼問世，具有優(yōu)異磁性能的卷繞鐵心獲得廣泛應(yīng)用。2.3 鐵心材料2.3.1 金屬軟磁性材料2.3.1.1 硅鋼硅鋼是一種含硅量在5%以下的鐵硅合金。一般含硅量為2.3%-3.6%。目前常用的硅鋼材料是冷軋無取向硅鋼帶和冷軋取向硅鋼帶。冷軋無取向硅鋼帶含硅最低，一般在0.5%-2.5%之間。厚度分為0.35mm、0.5mm和0.65mm三種，以0.5mm使用最多。冷軋無取向硅鋼帶在其軋制方向與垂直于軋制方向的磁性能差異不大，即采用沖制與采用卷繞工藝的鐵心磁性能差異不大。冷軋無取向硅鋼帶磁感應(yīng)強(qiáng)度較高、磁導(dǎo)率較高、但鐵損大，一般用于小功率工頻電源變壓器和音頻變壓器。冷軋無

13、取向硅鋼帶價(jià)格便宜，多數(shù)沖制成EI型鐵心片使用。冷軋取向硅鋼帶含硅量較高，一般在2.5%-3%之間。厚度為0.27mm、0.30mm和0.35mm三種，以0.35mm使用最多。冷軋取向硅鋼帶在其軋制方向與垂直于軋制方向的磁性能差別較大，即沖制鐵心與卷繞鐵心的磁性能差別很大。冷軋取向硅鋼帶的磁感應(yīng)強(qiáng)度高，鐵損小，是中大功率工頻變壓器的首選材料。它即可采用沖、剪，也可采用卷繞的方法來制造鐵心。提高硅鋼帶的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，降低鐵損是當(dāng)今硅鋼帶的發(fā)展方向。2.3.1.2 精密軟磁合金精密軟磁合金主要包括鐵鎳系軟磁合金、鐵鋁系軟磁合金、鐵硅鋁系軟磁合金和耐蝕系軟磁合金等，是一種傳統(tǒng)的結(jié)晶態(tài)材料。精密軟磁

14、合金按磁特性可分為高磁導(dǎo)率合金、高矩形比合金和低剩磁（高B）合金三種。2.3.1.3 非晶和超微晶合金非晶態(tài)合金是一種沒有結(jié)晶組織和晶界的亞穩(wěn)態(tài)軟磁合金材料。通常由處于無序狀態(tài)的熔融液體，經(jīng)高于某一臨界值的冷卻速度快冷（防止結(jié)晶）而制成的一種合金材料，超微晶的晶粒很小，一般在100nm以下，故稱納米晶。納米晶軟磁合金也是用熔融液體快淬法先獲得非晶態(tài)合金，再經(jīng)過晶華退火處理后得到超微晶合金。非晶和超微晶合金由于制法簡(jiǎn)便，成分和結(jié)構(gòu)特殊，物理性能和磁性能優(yōu)良，是當(dāng)今新型的、最有發(fā)展的一種軟磁性材料。2.3.2 軟磁鐵氧體材料軟磁鐵氧材料屬于金屬氧化物材料，它是由鐵和其他金屬元素組成的復(fù)合氧化物。采

15、用陶瓷工藝，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而制成各種形狀的磁心。軟磁鐵氧體材料的主要特點(diǎn)是初始磁導(dǎo)率高，矯頑力低，磁滯回線呈細(xì)長(zhǎng)形狀。軟磁鐵氧體材料分為Mn-Zn系鐵氧體材料、Ni-Zn系鐵氧體材料和Mg-Zn鐵氧體材料。2.3.3 磁性粉末材料將磁性粉末采用粉末冶金的工藝而制成的磁心稱為粉末磁心或金屬磁粉心。由于磁性粉末的顆粒很小，加上磁心粉末本身是一種磁性能優(yōu)異的軟磁材料，因此，粉末磁心具有很好的磁特性。粉末磁心的電阻率高，高頻渦流損耗小，磁導(dǎo)率低，在較強(qiáng)的磁場(chǎng)下和很寬的頻率范圍內(nèi)有良好的恒定性；磁導(dǎo)率溫度特性良好，居里溫度高，磁導(dǎo)率溫度系數(shù)小。由于以上特點(diǎn)，粉末磁心作為一種區(qū)別于 其他磁心的特殊磁心得到了廣

16、泛的應(yīng)用。粉末磁心主要用于開關(guān)電源中的儲(chǔ)能電感、直流濾波電感、高Q諧振電感、EMI/RFI濾波電感、調(diào)光電感、功率因數(shù)校準(zhǔn)電感、寬帶變壓器、逆變與變換器電感等場(chǎng)合。3 電源變壓器的主要技術(shù)參數(shù)3.1 功率容量變壓器的功率容量包括輸入功率P1和輸出功率P2。在電源變壓器設(shè)計(jì)中，功率是確定鐵心尺寸的主要依據(jù)。在純阻負(fù)載下，變壓器的輸出功率是次級(jí)傳遞給負(fù)載的功率。它等于次級(jí)負(fù)載電壓U2和負(fù)載電流I2的乘積，即變壓器的輸入功率P1為 -變壓器效率當(dāng)電壓器為非純阻負(fù)載時(shí)，次級(jí)負(fù)載電壓U2與負(fù)載電流I2的乘積稱之為輸出伏安VA2，而初級(jí)負(fù)載電壓U1與負(fù)載電流I1的乘積則稱為輸入伏安VA1。3.2 功率因數(shù)

17、變壓器的輸入功率P1與其伏安容量VA1之比稱為功率因數(shù)cos,用下式表示cos-變壓器的功率因數(shù)VA1-初級(jí)伏安值（VA）I-鐵心磁化電流(A)I1-變壓器初級(jí)電流(A)變壓器功率因數(shù)與磁化電流有關(guān)，磁化電流在初級(jí)電流中所占的比例越大，功率因數(shù)越低。3.3 效率變壓器輸出功率P2與輸入功率P1之比稱為效率，即Pm-線圈銅損(W)Pc-鐵心損耗（W）3.4 電壓調(diào)整率變壓器從空載到滿載時(shí)，由于初、次級(jí)銅阻r1、r2產(chǎn)生的電壓降U1、U2，使得其負(fù)載電壓低于空載電壓，其下降程度一般用電壓調(diào)整率U來表示。電壓調(diào)整率按下式計(jì)算U20-空載輸出電壓（V）U2-負(fù)載輸出電壓(V)U-電壓調(diào)整率(%)變壓器

18、在負(fù)載時(shí)，隨著負(fù)載時(shí)間的增加，其溫升逐漸增加，銅阻隨之增大，負(fù)載電壓進(jìn)一步下降，直至變壓器溫升趨于穩(wěn)定為止。因此，嚴(yán)格說來電壓調(diào)整率應(yīng)按變壓器負(fù)載后溫升達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的負(fù)載電壓來計(jì)算。3.5 空載電流及其百分比變壓器空載電流I0等于磁化電流I0與鐵損電流Ic0的矢量和。由于磁化電流與鐵損電流相位差90，故I0-空載電流（A）I0-磁化電流（A）ICD-鐵損電流（A）也可用空載電流的百分?jǐn)?shù)來表示空載電流的大小，即式中I1-變壓器初級(jí)負(fù)載電流（A）。由于鐵心損耗電流很小，所以，變壓器的空載電流主要是磁化電流。空載電流與變壓器鐵心的性能密切相關(guān)，允許的空載電流值大，鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度的取值可提高，這可縮小

19、變壓器的體積；或采用磁性能一般的鐵心材料，以降低變壓器成本。但是空載電流增大，變壓器功率因數(shù)下降，將影響電網(wǎng)或電源的性能?？蛰d電流允許的電流值小，鐵心的磁感應(yīng)強(qiáng)度取值要降低，或必須采用磁性能優(yōu)良的鐵心材料，變壓器體積或成本要增加，但變壓器功率因數(shù)提高了。必須權(quán)衡這兩方面的因素，以使空載電流在一個(gè)合適的數(shù)值范圍內(nèi)。對(duì)于大多數(shù)中小功率電源變壓器來說，由于功率較小，較低的功率因數(shù)對(duì)電網(wǎng)或電源的影響很小。所以，變壓器成本和體積是首選考慮的因素，可允許有較大的空載電流值。3.6 空載損耗變壓器空載損耗P0等于空載時(shí)的鐵心損耗PC0與空載電流I0在初級(jí)銅阻r1上的損耗之和。即式中 P0-空載損耗（W）PC

20、0-空載時(shí)的鐵損（W）I0-空載電流（A）r1-初級(jí)銅阻（）變壓器的空載損耗取決于鐵心的性能；同時(shí)它又與空載磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有關(guān)。因此，空載損耗是確定鐵心性能的一個(gè)重要的指標(biāo)。3.7 溫升變壓器投入運(yùn)行時(shí)，線圈工作溫度高出周圍環(huán)境溫度的部分稱為線圈溫升m;鐵心工作溫度高出周圍環(huán)境溫度的部分稱為鐵心溫升c。溫升有最熱點(diǎn)溫升與平均溫升兩種。一般以線圈的平均溫升作為變壓器的溫升指標(biāo)。溫升是影響變壓器壽命的重要因素。變壓器允許溫升由其絕緣耐熱等級(jí)確定。因此，線圈的允許溫升m為m=線圈絕緣耐熱等級(jí)所允許的最高工作溫度-最高環(huán)境溫度-（510K）其中，510K為考慮到最熱點(diǎn)溫升與平均溫升之差值及各種因素引

21、起的誤差所留的設(shè)計(jì)余量。功率大的變壓器，線圈尺寸大，則留的余量大，反之則相反。3.8 設(shè)計(jì)電源電壓器所必需的技術(shù)參數(shù)1.額定電源頻率；2.相數(shù)，單相或三相；3.負(fù)載電壓和負(fù)載電流；4.負(fù)載或整流電路的性質(zhì)；5.電壓調(diào)整率；6.線圈平均溫升；7.繞組連接組別；8.變壓器效率；9.功率因數(shù)；10.空載電流或其百分比；11.空載損耗；12.環(huán)境條件（環(huán)境溫度及其他）；13.安全性要求（試驗(yàn)電壓標(biāo)準(zhǔn)）；4 電源變壓器的基本計(jì)算公式根據(jù)變壓器的工作原理，對(duì)中小功率電源變壓器可得以下基本計(jì)算公式。4.1 空載工作時(shí)4.1.1 次級(jí)空載電壓U20由于初、次級(jí)繞組空載電壓比近似等于其匝數(shù)比，所以，次級(jí)空載電壓

22、U20為4.1.2 初級(jí)空載電流I0其中磁化電流I0由所確定的空載磁感應(yīng)強(qiáng)度B0查鐵心磁化曲線，得在該B0下的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值或磁化伏安VA0值后按下式計(jì)算 或 式中 I0-磁化電流（A）； H-磁場(chǎng)平均強(qiáng)度（A/cm） lc-鐵心平均磁路長(zhǎng)度（cm） VA0-磁化伏安圖 4.1 鐵心磁化曲線 圖4.2 鐵心損耗曲線鐵損電流IC0由所確定的空載磁感應(yīng)強(qiáng)度B0查鐵心損耗曲線，得到在該B0下的鐵心單位損耗值Ps后按下式計(jì)算式中 Ic0-鐵損電流（A） Ps-鐵心單位損耗（W/Kg） Gc-鐵心質(zhì)量（Kg）4.2 負(fù)載工作時(shí)4.2.1 初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1當(dāng)忽略初級(jí)漏感時(shí)，初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1按下式計(jì)算E1

23、-初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V）I1-初級(jí)電流的有功分量（A）r1-初級(jí)銅阻（）4.2.2 次級(jí)電動(dòng)勢(shì) 式中 E2-次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（V）4.2.3 次級(jí)負(fù)載電壓當(dāng)忽略次級(jí)漏感時(shí)，次級(jí)負(fù)載電壓U2按下式計(jì)算4.2.4 初級(jí)總電流I1初級(jí)總電流II包括有用功分量I1與無功分量I兩部分。I1按下式計(jì)算式中-次級(jí)反射到初級(jí)的有功電流（A）I1-初級(jí)電流有功分量（A）IC-負(fù)載時(shí)的鐵心損耗電流（A）而初級(jí)總電流II為比較空載和負(fù)載時(shí)的鐵損電流和磁化電流的計(jì)算可見，由于空載磁感應(yīng)強(qiáng)度B0高于負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm，故空載和負(fù)載下的鐵損電流和磁化電流值是不同的。對(duì)于小功率電源變壓器，由于電壓調(diào)整率取值較大，空載與負(fù)載磁感

24、應(yīng)強(qiáng)度相差較大，必須分別計(jì)算。當(dāng)電壓調(diào)整率較低（例如在10%以下）時(shí)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可直接由空載磁感應(yīng)強(qiáng)度算得鐵損電流IC0和磁化電流I0來計(jì)算初級(jí)總電流II。4.3 匝數(shù)計(jì)算有兩種計(jì)算方法4.3.1 以空載磁感應(yīng)強(qiáng)度B0為基準(zhǔn)(1)初級(jí)每伏匝數(shù)TV1式中 TV1-初級(jí)每伏匝數(shù)（匝/V） f-電源頻率 Sc-鐵心有效截面積（cm） B0-空載磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）（2）次級(jí)每伏匝數(shù)TV2 式中 U-電壓調(diào)整率（%）（3）初級(jí)匝數(shù)N1（4）次級(jí)匝數(shù)N24.3.2 以負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm為基準(zhǔn)（1）每伏感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)匝數(shù)TV Bm-負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）（2）初級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1 (3) 初級(jí)匝數(shù)N1(4) 次級(jí)匝

25、數(shù)N25 電源變壓器鐵心選擇和電磁參量確定方法5.1 電源變壓器鐵心選擇變壓器的換算伏安與鐵心幾何尺寸有關(guān)。當(dāng)忽略變壓器損耗時(shí)，換算伏安與變壓器輸出功率及鐵心幾何尺寸的關(guān)系如下式所示式中 VACP-變壓器換算伏安（VA） Bm-鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） j-電流密度（A/mm） Sm-鐵心窗口中銅截面積（cm）,Sm=KmSM Km-銅在鐵心窗口中的占空系數(shù) SM-鐵心窗口面積（cm）由上式可見，變壓器功率與ScSm或ScSM成正比，即與鐵心尺寸有關(guān)。5.2 電源變壓器電磁參數(shù)的確定當(dāng)鐵心尺寸確定后，電源變壓器的輸出功率由電磁參量Bm和j所決定，因此，如何確定磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm和電流密度j是設(shè)計(jì)變

26、壓器的重要環(huán)節(jié)。5.2.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm的確定方法由過載、功率因數(shù)等確定Bm值，假設(shè)一個(gè)工作點(diǎn)B0，當(dāng)考慮過壓時(shí)B0達(dá)Bm，即Bm= B0 (1+電源電壓波動(dòng)率)在Bm值下鐵心應(yīng)不飽和，對(duì)C型鐵心，磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm值不超過15A/cm；對(duì)插片鐵心，磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm值不超過10-12A/cm；對(duì)環(huán)型或R型鐵心，磁場(chǎng)強(qiáng)度Hm值不超過3-5A/cm。以此來決定Bm值。并根據(jù)功率因數(shù)加以修正。變壓器負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度為對(duì)于沖制鐵心空載磁感應(yīng)強(qiáng)度一般不超過1.6-1.5T。5.2.2 電流密度j的確定方法由允許電壓調(diào)整率U確定j值 Z-與溫度有關(guān)的因子，按下式計(jì)算T-變壓器工作時(shí)的溫度()，該值可用平均工作溫度代

27、替。6 電源變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算6.1 窗口利用系數(shù)窗口利用系數(shù)是指銅導(dǎo)線在鐵心窗口中占有面積的多少。影響窗口利用系數(shù)有四個(gè)方面的因素；（1）導(dǎo)線絕緣層的面積（2）導(dǎo)線排列間隙（3）骨架或底筒所占據(jù)的面積，對(duì)環(huán)型變壓器來說，指所留下的線梭能自由通過的面積（4）繞組層間和組間絕緣所占據(jù)的面積對(duì)漆包圓線而言，當(dāng)導(dǎo)線直徑變化時(shí)，裸線線截面積與帶絕緣導(dǎo)線截面積之比一般在0.54-0.9范圍內(nèi)，具體數(shù)據(jù)取決于線徑。導(dǎo)線排列間隙的大小取決于繞線機(jī)性能與工藝水平，其繞滿系數(shù)在0.6-0.8范圍內(nèi)。窗口利用系數(shù)Km等于鐵心窗口導(dǎo)線總截面積Sm與鐵心窗口面積SM之比，即Sm-鐵心窗口中銅導(dǎo)線總截面積（cm）SM-

28、鐵心窗口面積（cm）c-鐵心窗口寬度（cm）h-鐵心窗口高度(cm)鐵心窗口中銅導(dǎo)線總截面積Sm按下式計(jì)算式中為變壓器各繞組的銅導(dǎo)線截面積（cm），而為變壓器各繞組的匝數(shù)。6.2 散熱面積變壓器散熱面積包括鐵心散熱面積和線圈散熱面積兩部分，他們是變壓器溫升計(jì)算中所必需參數(shù)。6.2.1 鐵心散熱面積Fc鐵心散熱面積指鐵心暴露在空氣中的表面積，在計(jì)算鐵心散熱面積，不能將與線圈相接觸的表面積計(jì)算進(jìn)去，（1）殼式插片鐵心的散熱面積Fc按下式計(jì)算圖 6.1式中Fc-鐵心散熱面積（cm） b-鐵心疊片厚度（cm） L-鐵心片寬度（cm） H-鐵心片高度（cm） h-鐵心窗口高度（cm） a-鐵心片中柱寬度

29、（cm） a1-鐵心片邊柱寬度（cm）（2）鐵心截面為矩形的心形插片鐵心（雙線圈）的散熱面積Fc圖6.2 L-鐵心寬度（cm）b-鐵心疊片厚度（cm）a1-鐵軛高度（cm）a-鐵心柱寬度（cm）6.2.2 線圈散熱面積Fm線圈散熱面積指線圈暴露在空氣中的表面積。6.2.2.1 殼式鐵心的線圈散熱面積圖6.3 h0-線圈高度（cm），可近似用鐵心窗口高度h替代。6.2.2.2 心式鐵心（雙線圈）的線圈散熱面積Fm圖6.47 實(shí)例設(shè)計(jì) EI型插片鐵心電源變壓器計(jì)算試計(jì)算一小功率工頻電源變壓器，主要技術(shù)要求如下：電源頻率 f=50Hz電源電壓 U1=220V輸出電壓 U2=8V輸出電流 I2=0.5

30、5A電壓調(diào)整率 U25%環(huán)境溫度 最高為+40安全標(biāo)準(zhǔn) 加強(qiáng)絕緣計(jì)算如下：（1）變壓器輸出功率P2=80.55=4.4（W）（2）計(jì)算變壓器輸入功率P1（3）查表Km取值0.2圖7.1 Km取值表（4）鐵心負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.45T圖7.2 變壓器負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度表（5）結(jié)構(gòu)系數(shù)Az 電壓調(diào)整率U為30%時(shí)電壓調(diào)整率U為25%時(shí)電壓調(diào)整率U為20%時(shí) 因此圖7.3查表的鐵心EI41/1316符合要求，查到lc=8.15cm:Sc=1.98cm:Gc=0.140kg.(7)匝數(shù)計(jì)算計(jì)算TV初級(jí)匝數(shù)次級(jí)匝數(shù)（8）確定導(dǎo)線直徑所選骨架的初級(jí)繞線寬度h1=7.7mm，可繞線部分的厚度為5mm,可繞線面

31、積Sw1=7.75=38.5mm;次級(jí)繞線寬度h2=7.7mm,可繞線部分的厚度為5mm,可繞線面積Sw2=7.75=38.5mm。初級(jí)帶絕緣導(dǎo)線直徑dm1(mm)次級(jí)帶絕緣導(dǎo)線直徑dm2(mm)Sw1-初級(jí)繞組可繞線面積（mm）Sw2-次級(jí)繞組可繞線面積（mm）Kp-排線系數(shù)Kd-疊線系數(shù)圖7.4查線規(guī)表，確定初、次級(jí)導(dǎo)線規(guī)格如下d1=0.08mm,dm1=0.101mm,銅阻3401/km,銅重0.05kg/km:d2=0.425mm,dm2=0.488mm,銅阻120.5/km，銅重1.34kg/km。(9) 繞組結(jié)構(gòu)計(jì)算各繞組銅重 Gm1=0.014(kg), Gm2=0.017(kg

32、);各繞組20時(shí)銅阻 r1B=904(),r2B=1.49()取變壓器線圈平均工作溫度50，此時(shí)，KT=3.9310（234.5+50）=1.12，熱態(tài)銅阻r1=1.12904=1012（），r2=1.121.49=1.67()。（10） 初級(jí)電流計(jì)算鐵心磁化曲線查到B=1.45T時(shí)，Hm=10A/cm,Ps=5.7W/kg。磁化電流I=（108.15）/3020=0.027(A);鐵損電流IC=(5.70.14)/220=0.0036(A);初級(jí)電流有功分量 I1=0.0036+（1410.55/3020）=0.0293(A);初級(jí)平均電流(11) 空載電流I0空載磁感應(yīng)強(qiáng)度 查磁化曲線H0

33、=19A/cm,Ps0=7.4W/kg磁化電流 鐵損電路空載電流因電壓調(diào)整率取值高，初級(jí)銅阻大，空載磁感應(yīng)強(qiáng)度B0已接近飽和，故修正空載電流；空載電壓降U10=0.051904=46.1（V），修正B0=1.62T，查磁化曲線和損耗曲線得H0=17A/cm, PS0=7.2W/kg,此時(shí)磁化電流 鐵損電路空載電流（12）電壓核算初級(jí)壓降U1=0.02931012=29.7(V)次級(jí)壓降U2=0.551.67=0.92(V)次級(jí)負(fù)載電壓次級(jí)空載電壓計(jì)算電壓調(diào)整率變壓器熱態(tài)銅損（13）溫升計(jì)算計(jì)算變壓器初始溫升比查下圖的k=1.3；計(jì)算線圈平均溫升線圈溫升未超過允許值。圖7.58 國(guó)網(wǎng)單相表（05

34、27）電源設(shè)計(jì)8.1 原理圖圖8.18.2 電氣參數(shù)：序號(hào)參數(shù)名稱測(cè)試端技術(shù)要求測(cè)試條件1空載電流2-56.0mA2-5 IN 220V/50Hz2空載電壓4-512.50.5V2-5 IN 220V/50Hz 6-715.50.5V9-1012.50.5V3負(fù)載電壓4-511.00.5V/30mA2-5 IN 220V/50Hz1-213.00.5V/230mA9-1010.50.5V/30mA4抗電強(qiáng)度N1N2-N4不擊穿AC2.0KV/1m A/1minN1N2N4-N3不擊穿AC4.0KV/1m A/1min5耐壓試驗(yàn)2-54h不燒毀2-5 IN 300V/50Hz8.3 變壓器參數(shù)計(jì)算變壓器輸出功率P2=110.03+130.23+10.50.03=3.635W 電壓調(diào)整率=(16-12.5)/16=21.8%(按主輸出計(jì)算)變壓器輸入功率P1=3.635/(1-0.218)=4.648W按照?qǐng)D7.1 Km取值表 ，Km取0.2。按照?qǐng)D7.2 變壓器負(fù)載磁感應(yīng)強(qiáng)度表，B取值1.5。結(jié)構(gòu)系數(shù)Az，電壓調(diào)整率高于20%時(shí)圖8.2 按圖8.2所示，選取EI35/9.620比較合適。 匝數(shù)計(jì)算TV初級(jí)匝數(shù)總 初級(jí)匝數(shù)總 初級(jí)匝數(shù)總 次級(jí)匝數(shù)次級(jí)匝數(shù)確定導(dǎo)線直徑青州隆盛提供骨架資料圖8.3骨架繞線厚度為4.4mm初級(jí)N可繞線面積Sw=6.074.4=26