工頻變壓器設計的計算

1、純正弦波逆變器制作學習資料工頻篇 ， 由發(fā)燒電子DIY空間提供！繞制工頻變壓器鐵心匝數計算法變壓器功率鐵芯的選用按公式預計算：S1.25×根號P，(S是套著線圈部位鐵芯的截面積，怎么算下面再講，單位：CM，P為功率：W)1. 計算每伏需要繞多少匝(圈數)可按公式N ：線圈匝數B-硅鋼片的磁通密度(T)，一般高硅鋼片可達1.2-1.4T，中等的約1-1.2T，低等的約0.7-1T，最差的約0.5-0.7T。S:鐵心面積 S=0.9ab /平方cmf: 頻率50Hz（我國）B-為磁通密度(T)小知識：B值根據鐵芯材料不同,A2和A3黑鐵皮選0.8T;D11和D12(低硅片)選1.1T到1

2、.2T;D21和D22(中硅片)選1.2T到1.4T;D41和D42(高硅片)選1.4T到1.6T;D310和D320(冷軋片)選1.6T到1.8T; 磁感應強度有一個過時的單位：高斯，其符號為G：1 T = 10000 G。穿過一塊面積的磁力線數目，稱做磁 磁通量，簡稱磁通，用 示。磁通量的單位是韋伯，用Wb表示，以前還有麥克斯韋用Mx表示。如果磁場中某處的磁感應強度為，在該處有一塊與磁通垂直的面，它的面積為，則穿過它的磁通量就是 = BS 公式：=BS，適用條件是B與S平面垂直。當B與S存在夾角時，=B*S*cos。讀“fai”四聲。 單位：在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，符號是Wb，

3、1Wb=1T*m2;=1V*S，是標量，但有正負，正負僅代表穿向， 磁感應強度的單位是高斯（s），1 T = 10000 G；面積的單位是平方厘米；磁通量的單位是麥克斯韋（Mx)。當B與S存在夾角時，=B*S*cos。讀“fai”四聲。 在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯，符號是Wb，1Wb=1T*m2;=1V * S，是標量，但有正負，正負僅代表穿向。 S-為鐵芯有效面積 （單位為平方厘米）S =0.9ab a為鐵芯中心柱的長 b為厚度，（看你疊多少了）0.9是疊片系數（看你疊的緊密不緊密了），2. 總匝數知道變壓器線圈每伏匝數后,既可求出各繞組總匝數了即：W=UW0式中:W為某繞組總匝數(

4、匝)U為該繞組電壓注意！補償帶負載后繞組阻抗引起的次級電壓降落,次級匝數應5%到20%(容量小的變壓器取計算出初級線圈以10匝1V計算N1=22010=2200匝 2次級線圈N2=8101.05=84次級線圈匝數計算中的1.05是考慮有負荷時的壓降3. 求導線直徑 如：要求輸出8伏的電流是多少安？這里我假定為2安。 變壓器的輸出容量=82=16伏安 變壓器的輸入容量=變壓器的輸出容量/0.8=20伏安 初級線圈電流I1=20/220=0.09安 導線直徑 d=0.8I 初級線圈導線直徑 d1=0.8I1=0.80.09=0.24毫米 次級線圈導線直徑 d2=0.8I2=0.82=1.13毫米

5、經橋式整流電容濾波后后得到的直流電壓也就是AC轉換成了DC，不會算的朋友注意了，在單項中電壓是原變壓器次級電壓的1.4倍。 這就是我們的220V市電經過整流濾波后得到了311V的原因，環(huán)形變壓器的設計計算通過設計一臺50Hz的電源變壓器，其初級電壓U1=220V，次級電壓U2=11.8V，次級電流I2=16.7A，電壓調整率U7，來說明計算的方法和步驟。1）計算變壓器次級功率P2P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)2）計算變壓器輸入功率P1（設變壓器效率=0.95）與輸入電流I1式中：K系數與變壓器功率有關，K=0.60.8，取K=0.75；根據現有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺

6、寸為：高H=40mm，內徑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）選擇導線線徑繞組導線線徑d按式(10)計算式中：I通過導線的電流（A）；j電流密度，j=2.53A/mm2。當取j=2.5A/mm2時代入式(10)得用兩條d=2.12mm（考慮絕緣漆最大外徑為2。21mm）導線并繞。因為2.94導線的截面積Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm導線的截面積為3.53mm2兩條并聯后可得截面積為：2×3.53=7.06

7、mm2，完全符合要求且裕度較大。6環(huán)形變壓器的結構計算環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機的繞線環(huán)在鐵心內作旋轉運動而繞制的，因此鐵心內徑的尺寸對加工過程十分重要，結構計算的目的就是檢驗繞完全部繞組后，內徑尚余多少空間。若經計算內徑空間過小不符合繞制要求時，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。已知鐵心內徑Dno=55mm，圖7中各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。1）計算繞完初級繞組及包絕緣后的內徑Dn2計算初級繞組每層繞的匝數n1式中：Dn1鐵心包絕緣后的內徑，Dn1=Dno2t0=55(2×1.5)=52mm；kp疊繞系數，kp=1.15。則初級繞組的層

8、數Q1為初級繞組厚度1為2）計算次級繞組的厚度2計算次級繞組每層繞的匝數n2，考慮到次級繞組是用2×d2=2×2.21mm導線并繞，則可見繞完繞組后，內徑還有裕量，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計方法的準確性，對按設計參數制成的環(huán)形變壓器樣品進行了性能測試，結果如下。71空載特性測試測量電路如圖8所示。測得的數據列于表4，按照表4的數據，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點鐵心還未飽和，有較大的裕度。72電

9、壓調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I2=16.7A時，次級輸出電壓為U2=11.8V，按式（2）計算電壓調整率為變壓器電壓調整率達到U<7的指標。73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)定后進行測試，并按式（12）計算繞組平均溫升m。測量的數據及計算結果列于表5從溫升試驗結果看出所設計的變壓器已達到標準型溫升標準，即m<40，初次級繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡。74絕緣性能試驗1）絕緣電阻用500V搖表測試絕緣電阻，初次級繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100M。2）抗電強度變壓器初級與次級繞組之間能承

10、受50Hz，4000V（有效值）電壓1min，而無擊穿和飛弧。限定漏電流為1mA，此項試驗證明變壓器的抗電強度達到IEC標準。小型變壓器的設計原則與技巧 小型變壓器是指2kva以下的電源變壓器及音頻變壓器。下面談談小型變壓器設計原則與技巧。 1.變壓器截面積的確定， 鐵芯截面積a是根據變壓器總功率p確定的。設計時，若按負載基本恒定不變，鐵芯截面積相應可取通常計算的理論值即a=1.25 。如果負載變化較大，例如一些設備、某些音頻、功放電源等，此時變壓器的截面積應適當大于普通理論計算值，這樣才能保證有足夠的功率輸出能力。 2.每伏匝數的確定 變壓器的匝數主要是根據鐵芯截面積和硅鋼片的質量而定的。實

11、驗證明每伏匝數的取值應比書本給出的計數公式取值降低1015。例如一只35w電源變壓器，通常計算(中夕片取8500高斯)每伏應繞7.2匝，而實際只需每伏6匝就可以了，這樣繞制后的變壓器空載電流在25ma左右。通常適當減少匝數后，繞制出來的變壓器不但可以降低內阻，而且避免因普通規(guī)格的硅鋼片經常發(fā)生繞不下的麻煩，還節(jié)省了成本，從而提高了性價比。 3.漆包線的線徑確定 線徑應根據負載電流確定，由于漆包線在不同環(huán)境下電流差距較大，因此確定線徑的幅度也較大。一般散熱條件不太理想、環(huán)境溫度比較高時，其漆包線的電流密度應取2a/mm2(線徑)。如果變壓器連續(xù)工作負載電流基本不變，但本身散熱條件較好，再加上環(huán)境

12、溫度又不高，這樣的漆包線取電流密度2?5a/mm2(線徑)，若變壓器工作電流只有最大工作電流的1/2，這樣的漆包線取電流密度33.5a/mm2(線徑)。音頻變壓器的漆包線電流密度可取3?54a/mm2(線徑)。這樣因時制宜取材既可保證質量又可大大降低成本。 綜上所述要想設計出性價比較高的變壓器，鐵芯的截面積只能大不能小；適當減少每伏的匝數；詳細分析負載情況；合理選用漆包線的規(guī)格。只有通過反復實踐細心推敲，才能真正掌握變壓器的設計原則與技巧。 對于感性負荷，無功功率等于視在功率的平方與有功功率的平方差的平方根，即：Q= ；功率因數等于有功功率與視在功率之比，即：Cos =PS。如一臺300VA的

13、調壓器，帶動一臺80W的彩電，經計算，消耗網上的無功功率為28914var；功率因數為027。再如一臺500VA的調壓器，帶動一臺200W冰箱，經計算，消耗網上的無功功率為 45826var；功率因數為 04。 由此說明，對于感性負載，在有功功率一定時，視在功率越大，容量越大，消耗網上的無功功率越大，功率因數越低，設備利用率越低，很不經濟。 如何確定變壓器線圈導線的電流密度 1kva以下變壓器電流密度的取值:連續(xù)使用的變壓器可取3.7到4.7a/mm2;間歇或短時工作的變壓器可取5到6安培每平方厘米。 10kva以下空氣自冷式單相變壓器電流密度的取值:對于內繞組取3到4a/mm2;外繞組散熱條

14、件較好,可取4到4.5安培每平方厘米.選取變壓器電流密度取值時,通風條件好及容量大者取大值.當使用鋁線繞制時,其電流密度可安銅線的60%計算。 如何減小變壓器的空載電流 變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。空載電流由磁化電流（產生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。 空載電流的作用是建立工作磁場，又稱勵磁電流。當變壓器二次側開路，在一次側加電壓u1e時，一次側要產生電流io空載電流。 io=u1e/（z1+zm） z1變壓器一次阻抗 zm變壓器激磁阻抗 為了減少空載電流，主要就是從變壓器的鐵芯入手。 1、提高鐵芯(如硅鋼片)質量。 2、改進鐵芯結構。 其他知識交流

15、三相變壓器線圈的接法 三相電壓的變換可以用三只單相變壓器或如圖所示的三相變壓器來完成.三相變壓器原理和單相變壓器原理相同。 在三相變壓器中,每一芯柱均繞有原繞組和副繞組,相當于一只單相變壓器.三相變壓器高壓繞組的始端常用a,b,c,末端用x,y,z來表示.低壓繞組則用a,b,c和x,y,z來表示。高低壓繞組分別可以接成星形或三角行.在低壓繞組輸出為低電壓,大電流的三相變壓器中(例如電鍍變壓器),為了減少低壓繞組的導線面積,低壓繞組亦有采用六相星行或六相反星行接法。 我國生產的電力配電變壓器均采用y/y0-12或y/三角形-11這兩種標準結線方法.數子12和11表示原繞組和副繞組線電壓的相位差,

16、也就是所謂變壓器的結線組別.在單相變壓器運行是,結線問題往往不為人們所重視,然而,在變壓器的并聯運行中,結線問題卻具有重要意義。 變壓器基本知識_變壓器分類（壓器的種類） 常用變壓器的分類可歸納如下： (1)按相數分： 單相變壓器：用于單相負荷。 三相變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓 。 (2)按冷卻方式分： 干式變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量變壓器。 油浸式變壓器：依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。 (3)按繞組形式分： 雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。 三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個電壓等

17、級。 自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)，也可做為普通的升壓或降后變壓器用。 (4)按鐵芯形式分： 芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。 殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。 (5)按用途分類： 電源變壓器、調壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器等。 什么是音頻變壓器 音頻變壓器是一個感性元件它對不同的頻率就呈現不同的阻抗（zl=2fl），在音頻的低端漏感作用是非常少的可忽略不計，此時放大管的負載是l和r0的并聯值，l的值越大感抗也越大，對r0的分流作用就越少，r0上的音頻功率就越大。 在音頻的高端區(qū)電

18、感可視為開路，而漏感作用將隨頻率升高越來越顯著，此時放大管的負載相當于漏感+r0（串聯），另外分布電容對信號也起到了旁路的作用，顯然由于漏感的存在和分布電容的存在，r0所獲得的功率隨著頻率的升高而減少，為此音頻變壓器在音頻的高頻區(qū)往往失真大，功率增益低，頻響變差。 電源變壓器的檢測測量方法 變壓器的檢測主要包括以下內容： 1、通過觀察變壓器的外貌來檢查其是否有明顯異?，F象：如線圈引線是否斷裂，脫焊，絕緣材料是否有燒焦痕跡，鐵心緊固螺桿是否有松動，硅鋼片有無銹蝕，繞組線圈是否有外露等。 2、絕緣性測試：用萬用表r×10k擋分別測量鐵心與初級，初級與各次級、鐵心與各次級、次級各繞組間的電

19、阻值，萬用表指針均應指在無窮大位置不動。否則，說明變壓器絕緣性能不良。 3、線圈通斷的檢測：將萬用表置于r×1擋，測試中，若某個繞組的電阻值為無窮大，則說明此繞組有斷路性故障。 4、判別初、次級線圈：電源變壓器初級引腳和次級引腳一般都是分別從兩側引出的，并且初級繞組多標有220v字樣，次級繞組則標出額定電壓值，如15v、24v、35v等。再根據這些標記進行識別。 5、空載電流的檢測： 直接測量法：將次級所有繞組全部開路，把萬用表置于交流電流擋(500ma，串入初級繞組。當初級繞組的插頭插入220v交流市電時，萬用表所指示的便是空載電流值。此值不應大于變壓器滿載電流的1020。一般常見

20、電子設備電源變壓器的正?？蛰d電流應在100ma左右。如果超出太多，則說明變壓器有短路性故障。 間接測量法：在變壓器的初級繞組中串聯一個10?/5w的電阻，次級仍全部空載。把萬用表撥至交流電壓擋。加電后，用兩表筆測出電阻r兩端的電壓降u，然后用歐姆定律算出空載電流i空，即i空=u/r。 6、空載電壓的檢測：將電源變壓器的初級接220v市電，用萬用表交流電壓接依次測出各繞組的空載電壓值(u21、u22、u23、u24)應符合要求值，允許誤差范圍一般為：高壓繞組±10，低壓繞組±5，帶中心抽頭的兩組對稱繞組的電壓差應±2。 7、一般小功率電源變壓器允許溫升為4050，如

21、果所用絕緣材料質量較好，允許溫升還可提高。 8、檢測判別各繞組的同名端：在使用電源變壓器時，有時為了得到所需的次級電壓，可將兩個或多個次級繞組串聯起來使用。采用串聯法使用電源變壓器時，參加串聯的各繞組的同名端必須正確連接，不能搞錯。否則，變壓器不能正常工作。 9、電源變壓器短路性故障的綜合檢測判別：電源變壓器發(fā)生短路性故障后的主要癥狀是發(fā)熱嚴重和次級繞組輸出電壓失常。通常，線圈內部匝間短路點越多，短路電流就越大，而變壓器發(fā)熱就越嚴重。檢測判斷電源變壓器是否有短路性故障的簡單方法是測量空載電流(測試方法前面已經介紹)。存在短路故障的變壓器，其空載電流值將遠大于滿載電流的10。當短路嚴重時，變壓器

22、在空載加電后幾十秒鐘之內便會迅速發(fā)熱，用手觸摸鐵心會有燙手的感覺。此時不用測量空載電流便可斷定變壓器有短路點存在。 常用數碼設備變壓器的選擇 數碼電子設備所需要的外接電源的電壓一般多為3伏、4.2伏、5伏、5.4伏、6伏、7.2伏、8.4伏（數碼相機、掌上電腦）、9-12伏（攝象機）；手提電腦用的外接電源一般是12-19伏的。在選擇過程中，必須考慮外接變壓器輸出電壓高低和電流大小的問題。 1：常用數碼設備變壓器的選擇_直流輸出電壓范圍的確定 一般我們使用的數碼設備等電子產品所用的電壓都會在產品的外殼寫清楚。如：dc 3伏，或者 dc 5伏。這是表明要使用直流輸出電壓為3伏的電源變壓器或者直流輸

23、出電壓為5伏的變壓器給它供電。其實，電子產品在設計的時候，對于電壓的工作范圍都有一個比較寬松的耐壓和欠壓范圍。也就是說雖然那些電子產品上面寫了是3伏5伏的，但并不是必須要那么嚴格。數碼設備里面的電子電路在設計的時候已經考慮了這些情況。說的簡單點，標明dc 3伏的，它的電壓工作范圍一般在：2.7伏-3.5伏都可以用（也就是說可以選擇輸出電壓為3伏或者3.3伏的標準電源變壓器）；標明dc 5伏的，它的電壓工作范圍一般在：4.5-5.5伏（也說選擇輸出電壓為4.5伏、5伏和5.4伏的標準電源變壓器）；這些在電子產品設計的時候已經在集成電路里面就作好了的。所以，我們在選擇電源變壓器的時候，只要結合你的

24、電子產品標示的電壓數據，選擇在工作范圍的電源變壓器就可以正常工作，也不會燒壞（或者發(fā)生電壓低的故障）。 2：常用數碼設備變壓器的選擇_變壓器輸出電流大小的選擇 電壓確定了，在選擇電源變壓器的時候，要優(yōu)先選擇輸出電流大的。這樣，就可以為那些要求電流大的電子產品提供強勁的電流，從而保證用電器獲得穩(wěn)定的電壓和減少發(fā)熱。數碼相機和攝象機一般要選擇輸出電流達1a-2a的，pda電流要小些。筆記本電腦電流要求的要高一些一般在2-4a。這些都是我們在選擇外接變壓器要考慮的。進口的電源變壓器它上面標示的電流一般比較規(guī)范，而且過載能力強，這與設計產品時所用的電子元件有關系，許多或者說留的余量比較大；一般標明1a

25、的，輸出1.5a左右；國產許多雜牌的變壓器上面標明是1a的，輸出電流達不到1a，有的也許在700-800ma左右。 變壓器功率鐵芯的選用按公式預計算：S1.25×根號P，(S是套著線圈部位鐵芯的截面積，單位：CM，P為功率)變壓器設計方法與技巧概述    一、設計2kVA以下的電源變壓器及音頻變壓器 一些電子線路設計人員及電子、電工愛好者經常碰到設計好的變壓器，繞制時卻繞不下；另外，設計的變壓器，在帶足負載后，次級電壓明顯下降。還有一部分設計的變壓器的性能良好，但成本較高而沒有商業(yè)價值。筆者在這里談談變壓器的設計方法與技巧。 變壓器截面積確定： 大家知道鐵芯截面積

26、是根據變壓器總功率“P”確定的(A=1.25*SQRT(P)。在設計時，假定負載是恒定不變的，則其鐵芯截面積通?？蛇x取計算的理論值。如果其負載是變化比較大的，例如，音頻、功放電源等變壓器的截面積，則應適當大于理論計算值這樣才能保證有足夠的功率輸出能力(因為一旦截面積確定后，就不可能再選擇功率余量了)。如何確定這些變壓器的"P"值呢?應該計算出使用時負荷的最大功率。并且估算出某些變壓器在使用中需要輸出的最大功率。特別是音頻變壓器、功放電路的電源變壓器等(筆者測試過多種功放電路的音頻變壓器、功放電路的電源變壓器；音頻變壓器在大動態(tài)下明顯失真，電源變壓器在大動態(tài)下次級電壓明顯下降。經測算，截面積不夠是產生上述現象的主要原因之一)。 每伏匝數的確定： 變壓器的匝數主要取決于鐵芯截面積和硅鋼片的質量