环型变压器系列设计
2003-08-19 14:56:27
来源：国际电子变压器
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环型变压器系列设计
1 前言
随着电子工业的飞速发展，对电子设备的体积、重量、噪声、抗干扰等方面的性能提出了更高的要求，电源变压器作为电子行业设备电源的主体部件更被人们所重视，其中环型变压器以其独特的优势被当作电源改革中的重点课题，它不可替代的优点正被不断地挖掘出来。
2 环型变压器的特点
环型变压器的特点在于它的铁芯是用优质冷轧取向性硅钢带卷制而成，中间不切开，具有磁路封闭的特点。
(1)漏磁小、空载损耗小
正因为是无接缝间隙的闭合磁路，磁路磁阻小，因而漏磁就少，所以对电子设备的磁干扰就小，铁芯空载损耗也就小。
(2)励磁特性好
环型变压器磁路磁阻小，所以励磁特性好。当变压器在相同条件下工作时空载电流就小，仅是一般变压器的三分之一。
（3)磁通密度BM取值高
由于环型铁芯的空载电流小，空载损耗小，故在设计时磁通密度取值可以适当提高，这样变压器线圈的T/V(匝数/每伏)就可以减少，变压器的体积就相应变小、重量相应变轻。
(4)噪音小
环型变压器的铁芯是用一条钢带连续卷绕而成，不切开、无接口，因而无端面撞击声，因此，与EI型、C型变压器相比，无论是在静态还是在动态的情况下噪音都要小得多。
(5)结构简单、安装件少、成本低
环型变压器结构件少，仅用一个螺栓即可以固定，安装简单、拆卸方便，装配性能好，成本低。
3 环型变压器的发展
环型变压器因有以上诸多优点而被重视，但早期为什么一直得不到推广，而仅用于400HZ、800HZ等以上中频区呢？原因就在于设备。绕线设备的落后，导致了施工的极大不便。
90年代后期，环型变压器的绕线设备有了突破性进展，高速环型绕线机的出现无疑使工频50HZ环型变压器的操作变得简单可行，这就为其今后的发展创造了条件，尤其是在音响系统中，较大程度地满足了其“噪音小、抗干扰性能高”的要求。
４ 环型变压器的铁芯系列
由于环型变压器使用范围的不断扩大，其标准化工作已无可非议地提上了议事日程，目前国内尚未形成工频５０HZ系列标准，鉴于这种情况，本人仅推荐本行业中常用功率等级的环型变压器铁心系列供参考（见图1、表1）。
表1注： Sc-铁芯净截面积
Kc-铁心占空系数
Ｌc-铁芯平均磁路长度
Gc-铁芯质量
变压器无论采用什么形式的铁芯，都可以用铁芯截面积Sc、窗口截面Sm的不同组合设计出相同输出功率的变压器，但其体积、重量、成本均有明显差异。因此在选择铁芯尺寸时要适当考虑在体积、重量、成本某一方面的测重。
(1)目前工频50HZ环型变压器很大部分被用于民用电子产品，因此，变压器的成本就成了选定铁芯尺寸一个重要前提，当然还须兼顾其体积、重量。
a)100W以下的变压器一般情况下温升△Tm较低，而电压调整率△u%较高，在设计此类变压器时均以电压调整率为依据。如图2，当D=1.5-2时，Gc/Gw=3~4时，变压器的成本是最低的。
b)100W以上的变压器一般情况下电压调整率△u％较低，而温升△Tm 较高，在设计此类变压器时均以温升△Tm为依据。如图3当D=1.5-2时，Gc/Gw=1.5~2.5时，变压器的成本是最低的。
D=铜线价格（每公斤）/硅钢带价格（每公斤）
Gc=硅钢带重量（公斤）
Gw=铜线重量（公斤）
所以在考虑环型铁芯系列时变压器功率从50W~3000W，Gc/Gw从4~1.5呈逐步变化态势。
（2）标准化、规格化
尽量减少矽钢带料宽的品种，以缩短生产周期，减少库存，便于大批量生产。
（3）考虑预留孔的大小
铁芯窗口允许绕线面积的大小与绕线方式（手绕、机绕）、绕线机的种类、铁芯高度有关。
表2注：
-次级输出功率（瓦）
VAΦ-初级磁化伏安数（伏特．安培）
Ｐco-变压器铁芯损耗功率（瓦）
J-变压器线卷导线内电流密度（安培/平方毫米）
-初级线卷每伏匝数（匝数/伏）
-次级线卷每伏匝数（匝数/伏）
表中、 数值（Bm=1.7T时）
6.1 变压器功率容量的计算
1）纯阻负载各绕组的伏安值
2）单相半波整流器绕组的伏安值
3）单相全波整流绕组的伏安值
4）单相桥式整流绕组的伏安值
5）单相倍压整流绕组的伏安值
6）变压器容量以伏安值表示
6.2选择铁芯、确定电磁参量
6.3匝数计算
初级匝数
6.4空载电流计算
铁损电流
磁化电流
空载电流
6.5导线直径计算
1）初导直径
2）次级导线直径
6.6绝缘设计
铁芯两端覆盖0.1~0.5绝缘板一层（目前一般用NL-66塑料压制而成，如图4之零件套在铁芯的两个端面），再用0.05聚脂薄膜沿外径1/2处叠包。
绕组间绝缘、外层缘均用原0.05聚脂薄膜沿外径1/2叠包。对欧共体安全标准CE、GS、VDE及中国CCEE要求绕组间耐压较高的可采用厚0.05聚脂薄膜沿外径1/2处2次叠包。
6.7变压器的温升△Tm
当磁通密度Bm选用17000高斯，按表2选取电流密度j，温升△Tm均在要求范围内应≤75oC。如有误差可在温升实验后作少许调整，方法为修正电流密度j(A/mm2):
j’-电流密度修正值（A/
）
j-表2所列电流密度值（A/）
△Tm’-所要求的温升值（oC）
△Tm-75 oC
参考文献
1.电子变压器手册 辽宁科技出版社
2.小型变压器设计 李庆良著 人民邮电出版社
1 前言
随着电子工业的飞速发展，对电子设备的体积、重量、噪声、抗干扰等方面的性能提出了更高的要求，电源变压器作为电子行业设备电源的主体部件更被人们所重视，其中环型变压器以其独特的优势被当作电源改革中的重点课题，它不可替代的优点正被不断地挖掘出来。
2 环型变压器的特点
环型变压器的特点在于它的铁芯是用优质冷轧取向性硅钢带卷制而成，中间不切开，具有磁路封闭的特点。
(1)漏磁小、空载损耗小
正因为是无接缝间隙的闭合磁路，磁路磁阻小，因而漏磁就少，所以对电子设备的磁干扰就小，铁芯空载损耗也就小。
(2)励磁特性好
环型变压器磁路磁阻小，所以励磁特性好。当变压器在相同条件下工作时空载电流就小，仅是一般变压器的三分之一。
（3)磁通密度BM取值高
由于环型铁芯的空载电流小，空载损耗小，故在设计时磁通密度取值可以适当提高，这样变压器线圈的T/V(匝数/每伏)就可以减少，变压器的体积就相应变小、重量相应变轻。
(4)噪音小
环型变压器的铁芯是用一条钢带连续卷绕而成，不切开、无接口，因而无端面撞击声，因此，与EI型、C型变压器相比，无论是在静态还是在动态的情况下噪音都要小得多。
(5)结构简单、安装件少、成本低
环型变压器结构件少，仅用一个螺栓即可以固定，安装简单、拆卸方便，装配性能好，成本低。
3 环型变压器的发展
环型变压器因有以上诸多优点而被重视，但早期为什么一直得不到推广，而仅用于400HZ、800HZ等以上中频区呢？原因就在于设备。绕线设备的落后，导致了施工的极大不便。
90年代后期，环型变压器的绕线设备有了突破性进展，高速环型绕线机的出现无疑使工频50HZ环型变压器的操作变得简单可行，这就为其今后的发展创造了条件，尤其是在音响系统中，较大程度地满足了其“噪音小、抗干扰性能高”的要求。
４ 环型变压器的铁芯系列
由于环型变压器使用范围的不断扩大，其标准化工作已无可非议地提上了议事日程，目前国内尚未形成工频５０HZ系列标准，鉴于这种情况，本人仅推荐本行业中常用功率等级的环型变压器铁心系列供参考（见图1、表1）。
表1注： Sc-铁芯净截面积
Kc-铁心占空系数
Ｌc-铁芯平均磁路长度
Gc-铁芯质量
变压器无论采用什么形式的铁芯，都可以用铁芯截面积Sc、窗口截面Sm的不同组合设计出相同输出功率的变压器，但其体积、重量、成本均有明显差异。因此在选择铁芯尺寸时要适当考虑在体积、重量、成本某一方面的测重。
(1)目前工频50HZ环型变压器很大部分被用于民用电子产品，因此，变压器的成本就成了选定铁芯尺寸一个重要前提，当然还须兼顾其体积、重量。
a)100W以下的变压器一般情况下温升△Tm较低，而电压调整率△u%较高，在设计此类变压器时均以电压调整率为依据。如图2，当D=1.5-2时，Gc/Gw=3~4时，变压器的成本是最低的。
b)100W以上的变压器一般情况下电压调整率△u％较低，而温升△Tm 较高，在设计此类变压器时均以温升△Tm为依据。如图3当D=1.5-2时，Gc/Gw=1.5~2.5时，变压器的成本是最低的。
D=铜线价格（每公斤）/硅钢带价格（每公斤）
Gc=硅钢带重量（公斤）
Gw=铜线重量（公斤）
所以在考虑环型铁芯系列时变压器功率从50W~3000W，Gc/Gw从4~1.5呈逐步变化态势。
（2）标准化、规格化
尽量减少矽钢带料宽的品种，以缩短生产周期，减少库存，便于大批量生产。
（3）考虑预留孔的大小
铁芯窗口允许绕线面积的大小与绕线方式（手绕、机绕）、绕线机的种类、铁芯高度有关。
表2注：
-次级输出功率（瓦）VAΦ-初级磁化伏安数（伏特．安培）
Ｐco-变压器铁芯损耗功率（瓦）
J-变压器线卷导线内电流密度（安培/平方毫米）
-初级线卷每伏匝数（匝数/伏）-次级线卷每伏匝数（匝数/伏）表中
、 数值（Bm=1.7T时）6.1 变压器功率容量的计算
1）纯阻负载各绕组的伏安值
2）单相半波整流器绕组的伏安值
3）单相全波整流绕组的伏安值
4）单相桥式整流绕组的伏安值
5）单相倍压整流绕组的伏安值
6）变压器容量以伏安值表示
6.2选择铁芯、确定电磁参量
6.3匝数计算
初级匝数
6.4空载电流计算
铁损电流
磁化电流
空载电流
6.5导线直径计算
1）初导直径
2）次级导线直径
6.6绝缘设计
铁芯两端覆盖0.1~0.5绝缘板一层（目前一般用NL-66塑料压制而成，如图4之零件套在铁芯的两个端面），再用0.05聚脂薄膜沿外径1/2处叠包。
绕组间绝缘、外层缘均用原0.05聚脂薄膜沿外径1/2叠包。对欧共体安全标准CE、GS、VDE及中国CCEE要求绕组间耐压较高的可采用厚0.05聚脂薄膜沿外径1/2处2次叠包。
6.7变压器的温升△Tm
当磁通密度Bm选用17000高斯，按表2选取电流密度j，温升△Tm均在要求范围内应≤75oC。如有误差可在温升实验后作少许调整，方法为修正电流密度j(A/mm2):
j’-电流密度修正值（A/
）j-表2所列电流密度值（A/
）△Tm’-所要求的温升值（oC）
△Tm-75 oC
参考文献
1.电子变压器手册 辽宁科技出版社
2.小型变压器设计 李庆良著 人民邮电出版社
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