電源變壓器是低頻變壓器. 本文介紹的方法適合50hz一千瓦以下普通交流變壓器的設計.
(1) 電源變壓器的鐵心. 它一般採用矽鋼片. 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.國產小功率變壓器常用標準鐵心片規格見後續文章.
(2) 電源變壓器的簡易設計.設計乙個電源變壓器,主要是根據電功率選擇變壓器鐵心的截面積,計算初次級各線圈的圈數等.所謂鐵心截面積ｓ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個組,各組電壓分別是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.次級功率等於次級各組功率的和,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後.考慮到變壓器的效率是η,那麼初級功率p1=p2/η,η一般在0.
8～0.9之間.變壓器的功率等於初,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,由式(2.1)計算出鐵心截面積s,並且從國產小功率變壓器常用的標準鐵心片規格表中選擇鐵心片規格和疊厚.
第四步, 確定每伏圈數n.根據鐵心截面積s和鐵心的磁通密度b,由式(2.2)得到初級線圈的每伏圈數n.
鐵心的b值可以這樣選取: 質量優良的矽鋼片,取11000高斯;一般矽鋼片,取10000高斯;鐵片,取7000高斯.考到導線電阻的壓降, 次級線圈每伏圈數n'應該比n增加5%～10%,也就是n'在1.
05n～1.1n之間選取.
第五步,初次級線圈的計算.初級線圈n1=n*u1.次級線圈n21=n'*u21,n22=n'*u22 ┅,n2 =n'*u2n.
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,由式(2.3)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可以選用3安/公釐?
第七步, 校核. 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,看看視窗是否放得下.如果放不下,可以加大一號鐵心,如果太空,可以減小一號鐵心.
採用國家標準gei鐵心,而且舌寬ａ和疊厚ｂ的比在1:1～1:1.
7之間, 線圈是放得下的.各引數的計算公式如下:
ln(s)=0.498*ln(p)+0.22 ┅(2.1)
ln(n)=-0.494*ln(p)-0.317*ln(b)+6.439┅(2.2)
ln(d)=0.503*ln(i)-0.221┅(2.3)
變數說明:
p: 變壓器的功率. 單位: 瓦(w)
b: 矽鋼片的工作磁通密度. 單位: 高斯(gs)
s: 鐵心的截面積. 單位: 平方厘公尺(cm2）
n: 線圈的每伏圈數. 單位: 圈每伏(n/v)
i: 使用電流. 單位: 安(a)
d: 導線直徑. 單位: 公釐(mm)
鐵心片鐵心規格尺寸(mm)中間舌片淨截面積(cm2)
型號a*bchhl鐵心片厚0.2mm鐵心片厚0.3mm
gei1010*12.56.53118361.061.14
10*151.281.37
10*17.51.491.59
10*201.701.82
gei1210*1583822441.531.64
12*181.841.97
12*212.142.28
12*242.452.62
gei1414*1894325502.142.29
14*212.502.68
14*242.863.06
14*283.333.57
gei1616*20104828562.722.91
16*243.263.49
16*283.814.08
16*324.354.66
鐵心片鐵心規格尺寸(mm)中間舌片淨截面積(cm2)
型號a*bchhladh1鐵心片厚0.2mm鐵心片厚0.3mm
geib1919*241257336755463.884.15
19*28.5.54.524.84
19*325.175.53
19*386.146.57
geib2222*281467397864575.255.62
22*336.176.61
22*387.117.61
22*448.238.81
geib2626*33178147947758.57.297.81
26*398.629.23
26*459.9510.6
26*5211.512.3
geib3030*381991531068769.59.6910.4
30*4511.512.3
30*5213.314.2
30*6015.316.4
geib3535*44221056112310161113.114.0
35*52.5.515.116.6
35*6017.919.1
35*7020.822.3
geib4040*50261247214411861317.018.2
40*60.5.520.421.8
40*7023.825.5
40*8027.229.1
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的矽鋼片疊裝而成;並且在矽鋼片兩面塗以絕緣漆.
訊號變壓器還採用坡莫合金作鐵心.矽鋼片有熱軋和冷軋兩種.
熱軋矽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. 冷軋矽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,故通常將冷軋矽鋼片卷成環形鐵心,然後切成兩半c形, 將繞組分別套在鐵心柱上以後, 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.原邊繞組只有乙個,副邊繞組為乙個或多個.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併聯.
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,由於原副邊繞組緊挨在一起(間隙實際上很小,它等於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於漏抗壓降小,對變壓器執行有利.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.
使用變壓器首先要弄清並嚴格遵守製造廠提供的銘牌資料,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資料有:
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%).考慮有載執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%.
對於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係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.當主磁通小於額定電壓時對應的主磁通時, 磁化曲線近似為線形;超過此值後,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)執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.由於銅耗,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.它不是變壓器執行時允許輸出的最大有功功率,後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.
例如一台設計用50hz,220v電源的變壓器,若用25hz,220v電源,則磁通將要增加一倍,由於磁路飽和,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,但是公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次方的關係.
頻率增大時, 鐵耗增加很多. 由於這個原因, 一般對於鐵心採用0.35mm厚的熱軋矽鋼片的變壓器,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.
所以在公升頻使用時,電源電壓不能與頻率成正比的增加, 而只能適當地增加.
小功率電源變壓器的設計與例項
1．計算次級輸出功率（p2）
最大輸出電壓為24v，假設額定輸出電流1a，調整管k790管壓降3v，倍壓整流電路功耗忽略不計，則：
p2=(24+3)x1=27w
2．計算初級功率（p1）
假定變壓器效率η=0.75，則p1=27w/0.75=36w
注：變壓器的效率根據輸出功率的大小不同而略有變化，通常對於容量在100w以下的變壓器η在0.7-0.
8之間，100w以下至1000w，在0.8-0.9之間，實際運用時，輸出功率低者取小值。
3．計算初、次級線圈的線徑(d)
式中，i——繞組工作電流
[j——電流密度（通常j取3-3.5a/mm2）
初級繞組電流i1=36/220=0.164(a)
3.1初級繞組線徑
3.2次級繞組線徑：
次級繞組電流i2=1x1.17=1.17a
式中1.17是變壓器次級交流電流的整流係數。
因漆包線規格中無0.67mm，故取0.7mm。
通常我們將次級線圈的電流密度取較小值，以獲得小的電源內阻及降低溫公升。
4．計算鐵芯截面積
我們用下式計算鐵芯截面積（個人認為是較簡單的乙個經驗公式）
式中s——鐵芯截面積 k——係數 p2——次級功率
k的取值和變壓器的輸出功率有關，對於100w以下的k取1.25-1.1（功率大者取小值），100w-1000w可直接取1，本例取1.15，則：
從理論上來講，在鐵芯截面積不變的情況下，變壓器鐵芯的舌寬和疊厚可取任意比例，但實際設計中須要考慮線圈的製作工藝，外形的勻稱度，漏電抗等因素考慮，一般取舌寬約為1.5～2倍疊厚，本例中選片寬66mm的ei片，疊厚2.7cm。
5． 初、次級繞組匝數
5．1 計算每伏匝數（w0）
式中，f——交流電頻率（hz） b——磁通密度（t） s——鐵芯截面積（cm2）
b值視鐵芯材料不同取值亦會不同，通用矽鋼片材料及其取值勤見下表：
本例中，選用h23片，b取1.42，則
電源變壓器設計參考
以下資料主要來自一些工具書 和 希望對各位有幫助。引用標準 iec en 61558 en60950 en60065 gb19212.1 2003 等同於中文版iec en 61558就電網電壓範圍小部分有差異 gb t 15290 1994 電源變壓器設計參考資料電源變壓器設計參考資料電源變壓器設...
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