R型变压器在400周电源中开发应用

变压器诞生至今已有140多年的历史，它在电子设备等领域里发挥了巨大的作用，但是随着电子工业飞速发展，电子材料不断改进，以及对变压器理论认识的深化，使设计及制造的变压器在体积、重量、结构等方面不断的改进，逐步实现变压器的小型化、轻量化。最初电子变压器采用了A级绝缘，铁心采用磁性能较差的热轧硅钢片叠合而成，这种硅钢片饱和磁感应强度Bs很低和铁耗很大，A级绝缘最高工作温度只能用到90℃，允许温升很小，如果环境温度为50℃，则线圈温升只有35℃（扣掉5℃为线圈内部温差），所以制作出来电源变压器不但很笨重，而且体积庞大。60年代以来，变压器的铁心采用了优质的冷轧取向硅钢带，而且用钢带卷绕方式卷成CD型、SD型及OD型铁心，卷绕的单相及三相铁心具有较高的饱和磁感应强度，Bs在1.85T左右，铁损为1.04W/kg，绝缘材料等级达到E级，则最高工作温度为120℃，线圈温升可达55℃。再者，在这段时间内，由于人们对电子变压器的工作原理、设计等方面有了较透彻的理解，所以正确的列出了变压器数学模型，这样，设计和制作出的电子变压器要比冲片变压器有明显改进和提高。在同样功率下，变压器的重量可减小一半还多。1978年日本北村机电株式会社社长北村文男首次提出了R型变压器结构设想，经过5年的反复研究试制，终于在1983年获得成功，并投入了批量生产，在日本、美国、东南亚及北欧等国家申请了专利。
制造圆截面的铁心，人们长期在努力之中，由于技术落后，故只能采用阶梯形铁心，或是采用冲片叠合，或是采用不同宽度的硅钢带来卷绕成形，目的都是为使铁心横截面趋向于圆面积，阶梯的级数越多，铁心的截面积越接近于圆截面，例如下表：

铁心截面积越趋近于圆，铁心有效截面积就越大，同样大小铁心的变压器可增加输出功率，但是随着级数的增加，使铁心制造增加了许多麻烦。
70年代，国外电子计算机事业发展十分迅速，并且很快的应用到各个生产领域中，日本北村文男看准了这一特点，抓住时机，大胆的把计算机技术运用到硅钢带的剪料及线圈的绕制中去，通过测距传感器，用测得的硅钢带厚度变化来控制下料的长度，用事前作出的数学模型，把钢带下成两头窄，中间宽的一条曲线形钢带，进而卷成了R型铁心，通过角度传感器，用测得不同直径导线与骨架之间角度变化来控制绕线方向，进而实现绕线的自动化，使R型变压器制造成为现实。
单相R型变压器的研制成功并转变到工业生产，给变压器生产带来了新的生机，R型变压器成为目前世界上较为理想的电子变压器形状，使电子变压器又上了一个新台阶及新的档次。首先，R型变压器采用了一根连续不断的钢带绕成圆截面的铁心故磁通能均匀的分布在圆截面中，漏磁极小，而切开的C型铁心，由开口处存在气隙，所以磁通不均匀的分布在切开的矩形上，这样漏感就要大许多。R型变压器漏磁只有C型变压器的五分之一，如果R型变压器在结构上采用两个完全相同的线圈分布到铁心的两侧，则很容易实现反相平衡绕制而进一步抵消漏磁通，从而使其漏磁达到极小程度。R型变压器哪怕置于显象管旁边，也不会影响图象清晰度。故R型变压器由于这一特点，应用场合更广泛了，甚至可用于雷达显示及接收分机中。
R型变压器由于铁心为圆截面积，所以线圈骨架也为圆形的，故绕线平均匝长也比矩形骨架的绕线平均匝长短，故绕制同样的圈数，R型变压器铜损要比C型变压器小，另外，R型变压器为圆截面积，又铁心没有切口，故空载电流、铁损及噪音都较C型变压器小，所以制作的R型变压器要比C型变压器温升低，噪音小；再者，由于R型变压器结构紧凑，故可以制造成扁平形变压器，这样便于安装在印制板上。
由于R型变压器具有上述的优点，所以为变压器进一步实现小型化、轻量化创造了条件。机载雷达电源中使用的是400周单相及三相电源变压器，所以开展R型变压器在机载雷达电源中的应用研究更具有它的重要意义，经过十四所机载部各级领导批准同意，我们向中日合资的上海ATS变压器有限公司提出研制单相及三相中频R型变压器的任务，在该厂领导工程及技术人员包满圭的支持下，制作了两次单相R型中频变压器，经过初步对比试验，可明显看出R型中频变压器性能要优于C型变压器。
我们选择了产品中使用过的一种变压器作为试验样品，该变压器代号为AL4.710.081，输入=115V，f=400Hz，输出为=8.92V，=3.4A，=17.16V，=0.86A，输出功率为45.26W，采用CD8×12.5×25铁心，空载电流31mA，铁损为1.4W，实测线圈温升为36℃，铁芯温升为32℃，变压器总重为126克，体积为59450；而制作的R型对比样品变压器，采用R-2铁心，输入=115V，f=400Hz空载电流为10mA，铁损为1.1W，输出=8.87V，=3.2A，=17.8V，=0.86A输出功率47.3W，基本和AL4.710.081输出功率相同，实测线圈温升为23℃，铁心温升为30℃，变压器总重为126克，体积为65917，从上面对比可以看出R型变压器和C型变压器输出功率相同时，变压器总重量相同，体积大致相等，空载电流比C型变压器小33%左右，铁心损耗小22%左右，线圈温升低13℃即36%，铁心温升低2℃（二者基本相同），所以采用了R型变压器在变压器空载电流、铁心损耗及变压器温升方面都有不同程度的改善。
这次对比试验也分别测出了AL4.710.018（CD8×12.5×25）铁心及R-2铁心的磁化曲线，并和电子部提供相应的H=f（B）及PC=f（B）曲线画在一起，从二组曲线同样可看到R-2的曲线要明显优于AL4.710.018及部标相应曲线，此二组曲线也可提供设计变压器时作参考。

三相R型变压器制造要比单相R型变压器困难得多，生产时会碰到许多具体问题，但我们相信ATS公司一定会制造成功的。我们热忱等待ATS公司进一步提供三相R型中频变压器样品，以便进一步研究，真正把R型变压器运用到机载雷达电源中去，再次对ATS公司领导及包满圭同志
表示感谢。

参考文献
[1]R型变压器的特点及其应用，赵光云
[2]R型特种变压器设计，沈永其
[3]从机载雷达电源变压器小型化谈变压器的发展趋势，沈传宏