環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

環(huán)形變壓器及其應(yīng)用1引言環(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)形變壓器在國外已有完整的系列，廣泛應(yīng)用于計算機、醫(yī)療設(shè)備、電訊、儀器和燈光照明等方面。

我國近十年來環(huán)形變壓器從無到有，迄今為止已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿足國內(nèi)需求外，還大量出口。國內(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)良的性能價格比，有良好的輸出特性和抗干擾能力，因而它是一種有競爭力的電子變壓器，本文擬就它的特點作一介紹。2環(huán)形變壓器的特點

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％，由此帶來了下述一系列的優(yōu)點。

1）電效率高鐵心無氣隙，疊裝系數(shù)可高達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95％以上，空載電流只有疊片式的10％。

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、寬、高比例，可以設(shè)計出符合要求的外形尺寸。

3）磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒有氣隙，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。

4）振動噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心感應(yīng)振動的噪音，繞組均勻緊緊包住環(huán)形鐵心，有效地減小磁致伸縮引起的“嗡嗡”聲。5）運行溫度低由于鐵損可以做到1.1W/kg，鐵損很小，鐵心溫升低，繞組在溫度較低的鐵心上散熱情況良好，所以變壓器溫升低。

6）容易安裝環(huán)形變壓器只有中心一個安裝螺桿，特別容易在電子設(shè)備中進行快速安裝與拆卸。3環(huán)形變壓器的分類

根據(jù)國外文獻介紹，環(huán)形變壓器可分為標(biāo)準(zhǔn)型、經(jīng)濟型及隔離型等三類，各類的特點是

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、滿載運行溫升僅為40℃，允許短時超載運行，適合于要求高的使用場合。

初次級繞組間采用B級（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。

2）經(jīng)濟型電源變壓器產(chǎn)品系列容量50～1500VA，在保證性能的基礎(chǔ)上力求降低造價，適用于連續(xù)運行而不超載的使用場合，運行溫升為60℃，絕緣材料等級為A級（105℃），當(dāng)滿負載時輸出電壓誤差小于3％。

3）隔離變壓器產(chǎn)品系列容量50～1000VA，又可分為工業(yè)用和醫(yī)療設(shè)備用兩系列。隔離變壓器著重是它的絕緣性能，初級與次級間用B級絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電壓大于4000V，所有初級引線必須采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器最大溫升低于45℃。

醫(yī)療用的隔離變壓器除符合上述的要求外，還要符合UL544標(biāo)準(zhǔn)，即初級和次級繞組應(yīng)具有熱保護，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應(yīng)大于13mm。

此外對醫(yī)療用的隔離變壓器還要求在初級繞組裝有溫度保護開關(guān)，當(dāng)鐵心溫度達到120℃時，溫度保護開關(guān)斷開，當(dāng)溫度恢復(fù)正常時，開關(guān)自動復(fù)位合上。

現(xiàn)將加拿大PLITRON公司出品的標(biāo)準(zhǔn)型環(huán)形變壓器外形尺寸，重量列于表1，外形圖如圖1所示。4環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題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)。在很多場合變壓器的負載是間歇性的，例如音響設(shè)備中的電源變壓器。這時變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時要減少很多，如圖2所示負載A段對整個B段而言是較小的一段，這時變壓器的工作周期比其熱時間常數(shù)要短很多，可用式（1）計算變壓器的額定功率。式中：PN——變壓器額定功率（VA）；

PL——變壓器負載功率（VA）；

A——接通負載時間；

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，負載電流從零升到額定值時，輸出電壓U2的相對變化值，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——變壓器額定負載時的輸出電壓（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，在額定負載下效率可高達95％以上。4．4自耦變壓器

當(dāng)只要求升壓或降壓，而不要求初級與次級繞組隔離的情況下，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，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級繞組不需絕緣，加工十分方便，體積、重量更小，造價更低。

要注意的是自耦變壓器初、次級繞組的公共端（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，對標(biāo)準(zhǔn)型系列，即便是過載120％，溫升也不超過70℃。它

變綱壓器的溫升覺是由鐵損和疏銅損兩部分組決定的，對名疊片式變壓信器，這兩部網(wǎng)分基本相等昌，但環(huán)形變愈壓器由于采墾用優(yōu)質(zhì)冷軋駁硅鋼片繞制期，并配合良矮好的退火工棄藝，其鐵心詢損耗僅為全省部損耗的（炮10～20戒）％，所以踢溫升主要由握繞組銅耗決統(tǒng)定，合理的乖設(shè)計是初、躺次級繞組的棄功耗應(yīng)基本桂平衡。吊

溫害升也與散熱夠面積關(guān)系很瞧大，由于環(huán)預(yù)形變壓器鐵閘心溫升低，償繞組在整個級鐵心上均勻適繞制，散熱臟面積和散熱駁條件都比較潔好，因此能伸獲得較低的假溫升。坊4．6合閘釣電流毀

一床般變壓器在膀合閘時都會瓣產(chǎn)生很大的花合閘沖擊電搏流，而環(huán)形諒變壓器由于侍沒有氣隙和籠具有高磁導(dǎo)讓率則會造成倍更大的合閘娘電流。30無0VA以下監(jiān)的環(huán)形變壓寨器可以用一瑞般熔斷器作質(zhì)保護，但為菌了防止合閘煎電流燒斷熔銜斷器，選擇瘡熔斷器的電吳流應(yīng)比變壓殺器初級電流蟻大8～10妖倍。300工VA以上的商環(huán)形變壓器櫻要考慮使用輩慢速熔斷器污或溫度熔斷座器作保護，普有時為了降腦低該沖擊電遇流可以將變價壓器磁通密紗度B值取低答些。害4．7變壓卵器與整流電斤路斧

大困多數(shù)作電源蘆用的環(huán)形變屬壓器都與整置流電路相連藝，現(xiàn)將最常壽用的整流電蘆路和變壓器惡次級電壓U立2、次電流敏I2與直流煎電壓Ud直眉流電流Id填的關(guān)系列在伙表3中，供公設(shè)計時參考索。徹5環(huán)形變壓準(zhǔn)器的設(shè)計計賴算魂

通穿過設(shè)計一臺況50Hz石秒英燈用的電痕源變壓器，魂其初級電壓正U處1競=220V刮，次級電壓誤U周2貸=11.8稼V，次級電遞流I惑2輔=16.7宵A，電壓調(diào)束整率ΔU≤驕7％，來說少明計算的方凝法和步驟?？?/p>

1桌）計算變壓西器次級功率冰P狂2惹

P剪2務(wù)=I螺2三U影2查=16.7巴×11.8屆=197V奏A(5)剛

2顛）計算變壓伏器輸入功率挽P臟1廚（設(shè)變壓器肆效率η=0沿.95）與始輸入電流I鈴1斬式中：K—腰—系數(shù)與變以壓器功率有獵關(guān)，K=0急.6～0.徹8，取K=原0.75；擁

根璃據(jù)現(xiàn)有鐵心熟規(guī)格選用鐵銀芯尺寸為：畜高H=40啦mm，內(nèi)徑勺D競no夠=55mm艱，外徑D抗wo影=110m傍m。幻式中：f—遵—電源頻率仿（Hz），淋f=50H洗z；眉股B——磁印通密度（T頓）,B=1億.4T。穿

N洗2挪=N宰20呀·U蹄2墨=3.23龍×11.8舌=38.1督匝，取N時2終=38匝。占

6蘆）選擇導(dǎo)線存線徑賞

繞塑組導(dǎo)線線徑芳d按式(1乒0)計算塌式中：I—皂—通過導(dǎo)線版的電流（A岔）；勒致j——電豐流密度，j適=2.5～害3A/mm此2臭。庭

當(dāng)敏取j=2.冒5A/mm韻2時代入式技(10)得兩用兩條d=產(chǎn)2.12m彼m（考慮絕壯緣漆最大外震徑為2。2白1mm）導(dǎo)姑線并繞。因捧為蘆Φ香2.94導(dǎo)悔線的截面積繁Sd2=6潤.78mm炒2娘，而d=2負.12mm障導(dǎo)線的截面等積為3.5節(jié)3mm2兩塞條并聯(lián)后可謊得截面積為喜：2×3.脂53=7.幣06mm隸2魄，完全符合丹要求且裕度鬼較大?；?環(huán)形變壓務(wù)器的結(jié)構(gòu)計鹿算仔

環(huán)打形變壓器的籌繞組是用繞洲線機的繞線背環(huán)在鐵心內(nèi)本作旋轉(zhuǎn)運動夸而繞制的，額因此鐵心內(nèi)賺徑的尺寸對兆加工過程十芝分重要，結(jié)長構(gòu)計算的目擔(dān)的就是檢驗疾繞完全部繞挺組后，內(nèi)徑詳尚余多少空唯間。若經(jīng)計旁算內(nèi)徑空間棟過小不符合倒繞制要求時茫，可以修改素鐵心尺寸，黎只要維持截匆面積不變，擱電性能也基煩本不變。巷

已紙知鐵心內(nèi)徑蠟D己no柴=55mm鋒，圖7中各鄰絕緣層厚度稀為t詞o細=1.5m卡m，t召1揀=t臟2叛=1mm。數(shù)

1辰）計算繞完朱初級繞組及員包絕緣后的鳳內(nèi)徑D優(yōu)n2艱

計晴算初級繞組竿每層繞的匝凱數(shù)n枝1暗小式中：D評n1島——鐵心包謙絕緣后的內(nèi)麥徑，D愿n1斧=D依no做－2努t0幻=55－(縱2×1.5砌)=52m虧m；格鍵k嘩p閱——疊繞系償數(shù)，kp=遮1.15。僅則初級繞組許的層數(shù)Q挺1獸為土委

初培級繞組厚度跪δ旱1暮為該

2轉(zhuǎn)）計算次級敞繞組的厚度低δ主2挎

計瞇算次級繞組示每層繞的匝鄰數(shù)n阻2衣，考慮到次宿級繞組是用昨2×d喪2凝=2×2.喬21mm導(dǎo)倡線并繞，則旋

可貝見繞完繞組懇后，內(nèi)徑還累有裕量，所模選鐵芯尺寸圈是合適的。朽7環(huán)形變壓達器樣品的性讓能測試庸

為磨檢驗設(shè)計方縫法的準(zhǔn)確性胃，對按設(shè)計聲參數(shù)制成的絕環(huán)形變壓器權(quán)樣品進行了訪性能測試，拳結(jié)果如下。幣7．1空載殃特性測試只

測蓋量電路如圖俯8所示。測姥得的數(shù)據(jù)列軍于表4，按繪照表4的數(shù)組據(jù)，繪出圖予9所示的空衣載特性曲線君。亦

從停變壓器的空撇載特性看出隙設(shè)計符合要墻求，在額定持工作電壓2季20V時（議工作點為A巧），變壓器魚的空載電流但只有13.態(tài)8mA，即富使電源電壓予上升到24體0V變壓器我工作在B點普鐵心還未飽鹿和，有較大旱的裕度。遮7．2電壓握調(diào)整率測量亮

變雪壓器在空載撲時測得的次鴉級空載電壓烘U映20化=12.6焦V，當(dāng)通以激額定電流I蘭2朋=16.7響A時，次級撞輸出電壓為喇U勵2伙=11.8忍V，按式（靠2）計算電賭壓調(diào)整率為嶼果

變監(jiān)壓器電壓調(diào)合整率達到Δ燈U<7％的吸指標(biāo)。鴉7．3溫升伍試驗仿

用搭電阻法對變科壓器繞組進賴行溫升試驗陽，在通電4皮h變壓器溫燦升穩(wěn)定后進咱行測試，并景按式（12鳥）計算繞組攜平均溫升Δ舒τ真m艦。格

測郵量的數(shù)據(jù)及唱計算結(jié)果列判于表5茅

從容溫升試驗結(jié)訂果看出所設(shè)份計的變壓器朽已達到標(biāo)準(zhǔn)請型溫升標(biāo)準(zhǔn)緒，即Δτm鼠<40℃，儀初次級繞組趁溫升基本相飲等，即兩繞漸組功耗較均儀衡。況7．4絕緣蛇性能試驗尸

1糧）絕緣電阻莫

用組500V搖固表測試絕緣階電阻