電源變壓器的設計方法及過(guò)程

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. 它采用硅鋼片. 硅鋼片越薄,功率損耗越小,效果越好.整個(gè)鐵心是有許多硅鋼片疊成的,每片要絕緣.買(mǎi)來(lái)的硅鋼片, 表面有一層不導電的氧化膜, 有足夠的絕緣能力.國產(chǎn)小功率變壓器常用標準鐵心片規格見(jiàn)后續文章.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

(2) 電源變壓器的簡(jiǎn)易設計.設計一個(gè)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(xiàn)圈的圈數等.所謂鐵心截面積Ｓ是指硅鋼片舌的標準尺寸ａ和疊加起來(lái)的總厚度b的乘積.電源變壓器的初級電壓是U1,次級有n個(gè)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:    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

第一步,計算次級的功率P2.次級功率等于次級各組功率的和,也 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η,那么初級功率P1=P2/η,η在0.8～0.9.變壓器的功率等于初,次級功率之和的一半,也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,并且從國產(chǎn)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.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

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(xiàn)圈的每伏圈數N.鐵心的B值可以這樣選取: 質(zhì)量?jì)?yōu)良的硅鋼片,取11000高斯;硅鋼片,取10000高斯;鐵片,取7000高斯.考到導線(xiàn)電阻的壓降, 次級線(xiàn)圈每伏圈數N'應該比N5%～10%,也N'在1.05N～1.1N選取.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

第五步,初次級線(xiàn)圈的計算.初級線(xiàn)圈N1=N*U1.次級線(xiàn)圈N21=N'*U21,N22=N'*U22 ┅,N2 =N'*U2n.
第六步, 查導線(xiàn)直徑.根據各線(xiàn)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(xiàn)圈的導線(xiàn)直徑.電源變壓器的電流密度可以選用3安/毫米?
第七步, 校核. 根據計算結果,算出線(xiàn)圈每層圈數和層數,再算出線(xiàn)圈的大小,看看窗口是否放得下.放不下,可以加大一號鐵心,太空,可以減小一號鐵心.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, 線(xiàn)圈是放得下的.各參數的計算公式如下:    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

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)
變量說(shuō)明:
P: 變壓器的功率. 單位: 瓦(W)
B: 硅鋼片的工作磁通密度. 單位: 高斯(Gs)
S: 鐵心的截面積. 單位: 平方厘米(cm2）
N: 線(xiàn)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(xiàn)直徑. 單位: 毫米(mm)    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

GEI鐵心規格

鐵心片 鐵心規格 尺 寸(mm) 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
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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
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鐵心片 鐵心規格 尺 寸(mm) 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 5 8.5 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 53 106 87 6 9.5 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 22 105 61 123 101 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
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GEIB40 40*50 26 124 72 144 118 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
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變壓器的鐵心與繞組    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

為減小交變磁通在鐵心中所引起的渦流損耗,鐵心用厚為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取0.9-1.2T,鋼片常沖成"III"形,疊裝成鐵心.繞組套在的鐵心柱上. 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,鐵心體積可以縮小.它的導磁有方向性, 順著(zhù)輾軋方向的導磁性能好,故通常將冷軋硅鋼片卷成環(huán)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.
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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(gè),副邊繞組為一個(gè)或多個(gè).原副邊繞組套裝在同一鐵心柱上.套在兩個(gè)鐵心柱上的原邊繞組
或副邊繞組可分別串聯(lián)或并聯(lián).    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

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(shí),原副邊繞組緊挨在一起(間隙上很小,它等于原副邊繞組絕緣紙的厚度)部分漏磁通在空氣中的路徑大受限制,漏磁通小.而邊繞組沒(méi)有套在原邊繞組上時(shí),漏磁通在空氣中可以自由,無(wú)空間限制,在同樣的磁勢下漏磁通就大.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

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.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.使變壓器副邊電壓比較穩定,總是設法減小變壓器的漏抗.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

把變壓器的原副邊繞組分開(kāi)放置, 則漏抗將大大,以致負載變動(dòng)時(shí)副邊電壓變化很大, 這樣的變壓器就不能滿(mǎn)足使用上 的要求.

變壓器的銘牌與使用

使用變壓器首先要弄清并嚴格遵守制造廠(chǎng)提供的銘牌數據,以避免因使用不當而不能充分,甚至損壞.變壓器銘牌上的主要額定數據有:    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

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(shí)副邊繞組的開(kāi)路電壓.使用時(shí)原邊電壓不允許超過(guò)額定值(規定電壓額定值允許變化±5%).考慮有載運行時(shí)變壓器有內阻抗壓降,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(shí)是指負載下的輸出電壓.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

附:輸入電壓不能超過(guò)額定電壓的原因
變壓器中主磁通和激磁電流的關(guān)系稱(chēng)為鐵心的磁化曲線(xiàn),它是一條具有飽和特性的非線(xiàn)性曲線(xiàn).當主磁通小于額定電壓時(shí)對應的主磁通時(shí), 磁化曲線(xiàn)近似為線(xiàn)形;超過(guò)此值后,主磁通就趨向飽和.,再磁通, 即U1,則電流就會(huì )急劇,這樣變壓器就會(huì )因過(guò)熱而馬上燒毀.,在使用變壓器時(shí),注意變壓器的額定電壓和電源電壓要一致.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

2.額定電流I1和I2
額定電流是指變壓器按規定的工作時(shí)間(長(cháng)時(shí)連續工作或短時(shí)工作或間歇斷續工作)運行時(shí)原副邊繞組允許通過(guò)的最大電流,是根據絕緣材料允許的溫度定下來(lái)的.銅耗,電流會(huì )發(fā)熱.電流越大,發(fā)熱越厲害,溫度就越高.在額定電流下,材料老化比較慢.但的電流大大超過(guò)額定值,變壓器發(fā)熱就很厲害,絕緣迅速老化,變壓器的壽命就要大大縮短.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

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(shí)允許輸出的最大有功功率,后者和負載的功率因數有關(guān).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(shí),還要注意它對電源頻率的要求.在變壓器中,在設計變壓器時(shí),是根據給定的電源電壓等級及頻率來(lái)確定匝數及磁通最大值的. 亂用頻率, 就有變壓器損壞.例如一臺設計用50Hz,220V電源的變壓器,若用25Hz,220V電源,則磁通將要一倍,磁路飽和,激磁電流劇增,變壓器馬上燒毀.在降頻使用時(shí),電源電壓與頻率成正比地下降.,在維持磁通不變的條件下,也不能用到400Hz,1600V的電源上.雖不存在磁路的飽和問(wèn)題,但是升頻使用時(shí)耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾.    <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�

鐵耗與頻率成1.5-2次方的關(guān)系.頻率增大時(shí), 鐵耗. 原因, 對于鐵心采用0.35mm厚的熱軋硅鋼片的變壓器,50Hz時(shí)的磁通密度可達0.9-1T,而400Hz時(shí)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的,低壓變壓器允許的工作電壓不超過(guò)300-500V. 在升頻使用時(shí),電源電壓不能與頻率成正比的, 而只能適當地.   <<版權聲明：本文由容源電子網(wǎng)（0u2438cq.cn）整理提供，部分內容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò )，如有侵犯到你的權利請與我們聯(lián)系更正�！�