屏蔽隔离静化电源R型电子变压器的二次设计
Second design of R-type electronic transformer for sheltered-insulated power supply

关于目前市场上一些产品，在宣传上的“无缺陷”或者“零缺陷”的提法，我不认同这个观点，产品没有缺陷就不能再提高了，这是把自己的产品封闭起来，这个“无缺陷”和“零缺陷”应该让客户来评价，不是自己自吹自擂的。
下面再谈我是怎样对待客户反馈信息的，又是怎样对自己设计的产品进行二次设计的。
一个好的企业，在市场经济的浪潮中，要打入国际市场，站稳国内市场，就必须有一系列的高、新产品，同时还必须有质量高、价廉的产品，才能树立起企业的形象，这就要提高企业的管理水平。
三年前应用户的要求，开发研制一项新产品，设计一台中型电子计算机用的R320电子变压器，具体技术要求如下。

1 R320电子变压器技术要求
1.1 技术要求

初级输入电压V1=220V，
初级输入电流I0≤35mA，
初级负载电流I1=1.76A，
次级输出电压U2=120V，
次级输出电流I2=3A，
电源频率f=50Hz，
环境温度τ2=+55℃，
线圈温升△τλm≤60℃，
电压调整率△λV%≤8%，
大气压力D=101.3KPa。
1.2 特殊技术要求
初级输入电压U1=255V（检验要求），
初级输入电流I0≤150mA，
防潮要求端封处理，
电磁屏蔽静化设计。
1.3结构设计要求：几何尺寸（长180，宽140，高80）
d1.1=d2.2′=φ0.85，
N1.1=N2.2′=2×408T=816T，
O1屏蔽铜箔一层，上下不能短路。
d3.3′=d4.4′=φ1.12，
N3.3′=N4.4′=2×239T=478T，
O2屏蔽铜箔一层，上下不能短路。
以上产品的设计过程，在2003年第5期《国际电子变压器》中已刊登过，这里就省略了。

2跟踪调查
该产品已经生产三年了，产量超过1万台，按上述的技术要求，产品通过检验，验收合格率100%。
2002年6月份，收到用户反馈信息说，有四台R320变压器烧坏了，用户要求分析检查产品质量失效的原因，根据用户要求召开了质量分析论证会，是什么原因，是设计问题，还是使用问题，反复多次讨论找失效原因，并进行跟踪调查，分下面三个步骤进行调查，首先是产品使用的机房，具体烧坏的时间，还有电网电压波动的情况，进行全面分析。
2.1 产品的使用机房，因该产品用户是军品上使用，机房使用条件比较复杂，从城市到农村，从边疆到海防，什么地方都有该产品在使用。
2.2 机房使用情况
2.2.1 城市供电，机房讲究，有空调，电网电压有电子自动稳压系统设备。
2.2.2 农业供电，有两种情况
一种情况是与城市供电系统相同。
另一种情况是机房简陋，不讲究，临时性，无空调，电网电压波动很大，无电子稳压系统，是用自耦调电设备，手动调压。
2.3 电网
2.3.1 城市供电220V±5%；
2.3.2 农村供电220V±15%；
2.3.3 油机并网供电220V±15%。
2.4 烧坏时间
根据现场工作人员讲，发现烧坏变压器的时间都是在值夜班时烧坏，时间是零晨0～4点之间，输入电压V1超过255V，在265V以上，没有将电压及时调整下来，因为农业供电波动太大使变压器烧坏。

3处理方案
3.1 按常规生产10000台，烧坏4台，比例为万分之四，是电压波动造成的算正常报废，更换4台新的变压器处理了事，可是用户要求要做到万无一失，因此不能简单处理，必须重新设计。
3.2 按照上述现场进行一次模拟试验，进行分析，将输入电压V1调至265V，这时输入空载电流I0由150mA上升到200mA，加电时间愈长，空载电流上升愈大，加电时间约1小时。I0上升至250mA，这时铁心处于磁饱和状态，铁心发热，线圈相应也热起来了。
该产品在进行绝缘设计时，是按B级绝缘材料进行设计的，B级绝缘材料的极限温度是135℃，原材料如骨架、绝缘纸、漆包线、塑料软引出线，都是B级绝缘材料，由于初级空载电流I0不断上升，变压器的温升△τm也不断上升，很自然线包的绝缘材料经受不了高温，将绝缘材料烧坏，造成线包短路，所以才烧坏了变压器，根据上述试验，原因已经找到，如何才能解决上述问题，解决办法有如下方案。

4解决方案
根据经验有两种方法，一种是“铁补铜”另一种是“铜补铁”。
4.1 “铁补铜”的设计
加大铁心的功率容量，R320的功率容量是280～380W。
按常规设计选铁心
输出功率P2=120V×3A=360W
效率η=0.95
初级功率P1=P2/η=360/0.95=379W，按理选R320铁心的最大功率容量是380W。
4.1.1 铁心功率容量有使用条件的要求
工作状态是变压器每次工作时间在4h～8h状态，可以选择R320在最大功率380W时的温升△τm能达到设计要求与正常使用。
工作状态是变压器每次工作时间在8h以上状态，这时选用R320铁心温升△τm就达不到设计要求，不能正常工作。
根据以上工作状态使用条件分析R320铁心不能使用，应该选择R600的铁心，才能达到使用条件，这样R600的输入空载电流就小了，空载铁损电流Ico和空载磁化电流Iφ0，以及非磁饱和电压都能满足使用条件了。
4.1.2 应该R600铁心，而为什么又不能选择R600铁心？从技术要求中对结构设计的几何尺寸要求，对两种铁心的对比中发现
R600电子变压器的几何尺寸（长182，宽145，高85）
R320电子变压器的几何尺寸（长180，宽140，高80）
体积超差，不符合原结构设计要求的几何尺寸，这样只能选择R320铁心。如何在R320铁心上，解决空载电流I0≤150mA，还有一种设计方法就是“铜补铁”的设计方案。
4.2 “铜补铁”的设计方案
4.2.1 减小电流密度j，俗称加粗线径，不加匝数（简称加粗不加匝）

原设计

修改为

4.2.2 减小空载磁感应强度B0，俗称加匝数不加线径（简称加匝不加粗）
原设计B0=1.7T，Tv1=104/4.44×50×1.7×7.14=3.71T/V，
初级匝数220V×3.71=816T=2×408T，
修改为B0=1.55T，Tv1=104/4.44×50×1.55×7.14=4.07T/V，
初级匝数220V×4.07=894T=2×447T。
以上两种设计方案，经过反复试验，测试结果均能满足要求，试验方法是将输入电压V1=255V，提升到V1=265V，输入空载电流I0≤150mA，由于减小了电流密度j和降低了磁感应强度B0均能使铁心在非饱和状态工作。
缺点：不管是“加粗不加匝”还是“加匝不加粗”，从绕制工艺上都不合理，因为线包绕好后，内骨架超差，骨架扣不紧，对外骨架绕制造成困难，因此还需重新调整设计参数。
4.2.3 调整设计参数
将电流j=2.9A/mm2，空载磁感应强度B0选为B0=1.6T，线径由0.85选为0.87，线匝由816匝，调整为860匝，加电试验，结果，输入空载电压V1=265V时，空载电流I0≤150mA。
4.2.4 三种设计方案测试 数据如下

4.2.5 用曲线图表示

4.2.6 用电压输出波型表示


5结束语
通过对产品质量的分析，满足用户的需求、改进设计的经验，对总设计思路不一定是最佳方案。如果有一言半语，对您的产品设计有参考价值，本论文就是达到目的。