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(guó)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(guó)近十年來(lái)環(huán)形變壓器從無(wú)到有，迄今為止已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿足國(guó)內(nèi)需求外，還大量出口。國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力的電子變壓器，本文擬就它的特點(diǎn)作一介紹。

環(huán)形變壓器_環(huán)形變壓器 -概念

關(guān)鍵詞：變壓器，環(huán)形變壓器，環(huán)型變壓器，電源變壓器，低頻變壓器，變壓器設(shè)計(jì)。

環(huán)形變壓器_環(huán)形變壓器 -什么是環(huán)形變壓器

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(guó)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(guó)近十年來(lái)環(huán)形變壓器從無(wú)到有，迄今為止已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿足國(guó)內(nèi)需求外，還大量出口。國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力的電子變壓器。

環(huán)形變壓器_環(huán)形變壓器 -分類

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(chǎng)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。

3）隔離變壓器產(chǎn)品系列容量50～1000VA，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℃。 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(kāi)關(guān)，當(dāng)鐵心溫度達(dá)到120℃時(shí)，溫度保護(hù)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)溫度恢復(fù)正常時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)復(fù)位合上。

環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)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(chǎng)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(wèn)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(guò)載120%，溫升也不超過(guò)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(méi)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。

環(huán)形變壓器_環(huán)形變壓器 -設(shè)計(jì)計(jì)算

通過(guò)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(lái)說(shuō)明計(jì)算的方法和步驟。

1）計(jì)算變壓器次級(jí)功率P2 P2=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(guò)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(guò)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(guò)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(jiàn)繞完繞組后，內(nèi)徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。

環(huán)形變壓器_環(huán)形變壓器 -性能測(cè)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(cè)試，結(jié)果如下。

7．1空載特性測(cè)試 測(cè)量電路如圖8所示。測(cè)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(cè)量 變壓器在空載時(shí)測(cè)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

7．3溫升試驗(yàn) 用電阻法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行溫升試驗(yàn)，在通電4h變壓器溫升穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試，并按式（12）計(jì)算繞組平均溫升Δτm。 測(cè)量的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列于表5 從溫升試驗(yàn)結(jié)果看出所設(shè)計(jì)的變壓器已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)型溫升標(biāo)準(zhǔn)，即Δτm

7．4絕緣性能試驗(yàn) 1）絕緣電阻 用500V搖表測(cè)試絕緣電阻，初次級(jí)繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100MΩ。 2）抗電強(qiáng)度 變壓器初級(jí)與次級(jí)繞組之間能承受50Hz，4000V（有效值）電壓1min，而無(wú)擊穿和飛弧。限定漏電流為1mA，此項(xiàng)試驗(yàn)證明變壓器的抗電強(qiáng)度達(dá)到IEC標(biāo)準(zhǔn)。

8結(jié)語(yǔ) 環(huán)形變壓器以其優(yōu)良的性能和有競(jìng)爭(zhēng)力的性能價(jià)格比，可以預(yù)期它會(huì)在較大領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的疊片式變壓器，隨著環(huán)形變壓器技術(shù)性能進(jìn)一步提高，它將會(huì)在電子變壓器領(lǐng)域中有更廣闊的應(yīng)用前景。

環(huán)形變壓器_環(huán)形變壓器 -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(wú)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(lái)了下述一系列的優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)一

1）電效率高鐵心無(wú)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%。

優(yōu)點(diǎn)二

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(zhǎng)、寬、高比例，可以設(shè)計(jì)出符合要求的外形尺寸。

優(yōu)點(diǎn)三

3）磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒(méi)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(wú)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。

優(yōu)點(diǎn)四

4）振動(dòng)噪聲較小鐵心沒(méi)有氣隙能減少鐵心

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