清風(fēng)玉樓：
電源變壓器簡易設(shè)計(jì)制作者:賀進(jìn)電源變壓器是低頻變壓器,本文介紹的方法適合50-60HZ以內(nèi),一千瓦以下普通交流,直流變壓器的設(shè)計(jì).(1)電源變壓器的鐵心,它一般采用矽鋼片.矽鋼片越薄,功率損耗越小,效果越好.整個(gè)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(dǎo)電的氧化膜,有足夠的絕緣能力,其規(guī)格請(qǐng)查供應(yīng)商目錄.(2)電源變壓器的簡易設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)一個(gè)電源變壓器,主要是根據(jù)功率選擇變壓器鐵心的截面積等,所謂的鐵心截面積S(有的叫Ae)是指矽鋼片中間舌的標(biāo)準(zhǔn)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(jí)電壓是U1,次級(jí)有N個(gè)繞組,各組電壓分別為U21,U22,---U2N,各組電流分別是I21,I22-----I2N,計(jì)算步驟如下:第一步,計(jì)算次級(jí)的功率P2,次級(jí)功率等于次級(jí)各繞組功率的和,也就是:P2=U21*I21+U22*I22+---U2N*I2N第二步,計(jì)算變壓器的功率P,算出P2后,考慮到變壓器的效率是n,那么初級(jí)功率P1=P2/n,n一般在0.8~0.9之間,變壓器的總功率等于初,次級(jí)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(jù)變壓器功率,由下列公式計(jì)算出鐵心截面積S,K由磁心好壞來定,Bm越大K越小,一般在1.1-1.6之間,1T以上一般為1.1-1.15之間,并在供應(yīng)商中查到相應(yīng)規(guī)格的鐵心.S≧√功率*K第四步,確定每伏圈數(shù),根據(jù)鐵心截面積S和鐵心的磁通密度Bm,由式得出初級(jí)線圈的每伏圈數(shù)N1,鐵心的Bm值(磁通密度)可從磁心供應(yīng)商的目錄上查到.N=V的4次方/4.44fBmS考慮到導(dǎo)線電阻的壓降,次級(jí)線圈N~應(yīng)該比N增加5﹪~20﹪,也就是N~在1.05~1.2之間選取.第五步,初,次級(jí)線圈圈數(shù)的計(jì)算.初級(jí)線圈N1=N*U1,次級(jí)線圈N21=N~*U21,N22=N~*U22,---N2N=N~*U2N,特別注意的是,如果為直流變壓器,須在變壓器的兩端加整流器(例如二極管,電容,IC等),將直流電通過整流器變成交流電,因直流電無法在變壓器中運(yùn)行,其整流器根據(jù)其規(guī)格和作用來定,那么在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)應(yīng)該再加上其整流器的壓降,例二極管IN4001為1A,IN5391為1.5A,其損耗電壓為0.8V左右,二極管IN5401為3A,,其損耗電壓為1.0V左右,即壓降為1V,如果輸出電壓為5V,且輸出電壓須變成直流,假設(shè)在輸出電壓端裝一個(gè)IN5401的二極管,那么在計(jì)算圈數(shù)時(shí)就應(yīng)該按6V來計(jì)算,因此,凡需要整流器的繞組,那么在上述所有公式的電壓都應(yīng)該加上這個(gè)損耗電壓,,二極管負(fù)極為銀白色(電容一樣),,電容負(fù)極連接二極管正極,正極連接二極管負(fù)極,形成一個(gè)回路.電容一般都會(huì)標(biāo)上其電容量(uF)和耐壓(v)耐溫(℃)系數(shù),其耐壓要大于其(電容)輸入端的電壓.約為1.5倍以上,其電容量視變壓器的電流而定,一般1A左右的用1000uF的電容,其耐溫耐壓視其變壓器的耐溫耐壓等級(jí)而定,一般耐壓大的電容體積也會(huì)大一點(diǎn)第六步,查導(dǎo)線直徑.根據(jù)各線圈的電流大小和選定的電流密度,由下列公式可以得到各組線圈的導(dǎo)線直徑,一般電源變壓器的電流密度J可以選用3---5A/1mm²,選線徑可以選擇相應(yīng)的大一些的,以免溫升過高,特別是次級(jí).A/?=J第七步,繞線結(jié)構(gòu).根據(jù)計(jì)算結(jié)果,算出線圈每層圈數(shù)和層數(shù),再算出線圈的大小,看看窗口是否放得下,如果放不下,可以加大一號(hào)規(guī)格,如果太空,可以減小一號(hào)規(guī)格.但須加大線徑,以防止溫升過高,采用國家標(biāo)準(zhǔn)GEI鐵心,而且舌寬a和疊厚B的比在1:1~1:1.7之間,線圈是放的下的.第八步,校核.將電壓比測試機(jī)調(diào)到相應(yīng)頻率及電流,將變壓器初,次級(jí)接通電壓,看顯示頻上面的顯示電壓是否相符.另應(yīng)注意在初級(jí)(輸入電壓)端應(yīng)加一個(gè)溫度保險(xiǎn)絲,以防溫度過高的情況下BOBBIN熔化造成短路,造成電擊或引發(fā)火災(zāi)術(shù)語說明:P:變壓器的功率.單位:瓦(W) Bm:磁通密度.單位:特斯拉(T)一特斯拉=10000高斯=1000mTS:鐵心的截面積.單位:平方厘米(cm²)N:線圈的每伏圈數(shù).單位:圈每伏(N/V)f:變壓器的頻率.單位:赫茲(HZ)I:使用電流.單位:安(A)U:使用電壓.單位:伏(V)a,B:鐵心的中心柱的長度和寬度.單位:毫米(mm) 磁心的介紹: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的硅鋼片疊裝而成;并且在硅鋼片兩面涂以絕緣漆.信號(hào)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.冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁性能比熱軋好,它的工作磁通密度允許達(dá)到1.8T,所以鐵心體積可以縮小.它的導(dǎo)磁有方向性,順著輾軋方向的導(dǎo)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. 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(fù)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相互串聯(lián)或并聯(lián).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),由于原副邊繞組緊挨在一起(間隙實(shí)際上很小,它等于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(shí),漏磁通在空氣中可以自由經(jīng)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于漏抗壓降小,對(duì)變壓器運(yùn)行有利.因?yàn)樽儔浩鞲边呺妷菏请S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(wěn)定,總是設(shè)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(fù)載變動(dòng)時(shí)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.鐵心片鐵心規(guī)格 尺 寸(mm) 中間舌片凈截面積(cm2) 型 號(hào) a*b c H h L 鐵心片厚0.2mm鐵心片厚0.3mm ────────────────────────────── 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 ────────────────────────────── 鐵心片鐵心規(guī)格 尺 寸(mm) 中間舌片凈截面積(cm2) 型 號(hào) 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 58.5 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 53106 87 69.5 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 22105 61123101 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 ───────────────────────────────────── GEIB40 40*50 26124 72144118 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 變壓器的銘牌使用變壓器首先要弄清并嚴(yán)格遵守制造廠提供的銘牌數(shù)據(jù),以避免因使用不當(dāng)而不能充分利用,甚至損壞.變壓器銘牌上的主要額定數(shù)據(jù)有:1.額定電壓U1和U2 原邊額定電壓U1是指原邊繞組上應(yīng)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)副邊繞組的開路電壓.使用時(shí)原邊電壓不允許超過額定值(一般規(guī)定電壓額定值允許變化±5%).考慮有載運(yùn)行時(shí)變壓器有內(nèi)阻抗壓降,所以副邊額定輸出電壓U2應(yīng)較負(fù)載所需的額定電壓高5-10%.對(duì)于負(fù)載是固定的電源變壓器,副邊額定電壓U2有時(shí)是指負(fù)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(guān)系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(dāng)主磁通小于額定電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的主磁通時(shí),磁化曲線近似為線形;超過此值后,主磁通就逐漸趨向飽和.此時(shí),如果再增加磁通,即增加U1,則電流就會(huì)急劇增加,這樣變壓器就會(huì)因過熱而馬上燒毀.因此,在使用變壓器時(shí),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(guī)定的工作時(shí)間(長時(shí)連續(xù)工作或短時(shí)工作或間歇斷續(xù)工作)運(yùn)行時(shí)原副邊繞組允許通過的最大電流,是根據(jù)絕緣材料允許的溫度定下來的.由于銅耗,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.但如果實(shí)際的電流大大超過額定值,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.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(yùn)行時(shí)允許輸出的最大有功功率,后者和負(fù)載的功率因數(shù)有關(guān).所以輸出功率在數(shù)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(duì)電源頻率的要求.因?yàn)樵谧儔浩髦?在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),是根據(jù)給定的電源電壓等級(jí)及頻率來確定匝數(shù)及磁通最大值的.如果亂用頻率,就有可能變壓器損壞.例如一臺(tái)設(shè)計(jì)用50Hz,220V電源的變壓器,若用25Hz,220V電源,則磁通將要增加一倍,由于磁路飽和,激磁電流劇增,變壓器馬上燒毀.所以在降頻使用時(shí),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(shí)雖不存在磁路的飽和問題,但是升頻使用時(shí)耐壓和鐵耗卻變成了主要矛盾.因?yàn)殍F耗與頻率成1.5-2次方的關(guān)系.頻率增大時(shí),鐵耗增加很多.由于這個(gè)原因,一般對(duì)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(dá)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(jí)是一定的,低壓變壓器允許的工作電壓不超過300-500V.所以在升頻使用時(shí),電源電壓不能與頻率成正比的增加,而只能適當(dāng)?shù)卦黾?