圆截面环形变压器设计方案
2003-04-02 17:44:37
来源：《国际电子变压器》2001.06
点击：1837
圆截面环形变压器设计方案
1 圆截面环形铁心的特性
OA型圆截面环形铁心，是在R型铁心的生产基础上发展起来的一种新型铁心，采用优质冷轧取向硅钢带，经曲线开料后呈橄榄形钢带，而后再卷绕成环形铁心。这种铁心的外形和铁心截面均呈现圆形，使铁心结构更为完美。OA型铁心综合了环形铁心和R型铁心的优点，因而在性能上表现更为出色。
OA型铁心与环形铁心相比：
1） 由于铁心截面为圆形，在相同的截面积Sc条件下，圆的周长要比方的周长短12%，因此可以节省铜线12%。
2） 圆形截面的铁心，其中磁场分布更为均匀，漏磁更小。
3） 导线内阻降低，电压调整率小。
4） 绕制线圈时，漆包线绕在圆形截面铁心的外周上，因无棱角，所以绕制时十分平滑，不易损伤漆包线而造成短路。
OA型铁心与R型铁心相比：
1） OA型铁心制作变压器时，无需骨架与支架、有利于降低成本。
2） 不用骨架，绕组平均匝长比R型减少约10%，因此内阻低、电压调整率好。
3） 绕组均匀分布在整个铁心表面，且紧贴铁心，所以漏磁比R型更小。
4） 遇到低压大电流的绕组，R型必须采用多根导线并联，而OA型则可用粗导线直接穿绕，省却并联之麻烦。
2 OA型铁心的结构尺寸及技术参数
OA型铁心开始试制时，参照R型铁心尺寸系列，从10VA～1000VA分为12个规格，经过一年多的实践，感到在100VA以上规格分档距离太大，所以OA型圆截面环形铁心的规格从今年起已增加到17个规格，这样设计时选择铁心的灵活性更大，具体规格参见表1所示。
表1推荐的磁感应强度B值，是考虑电源电压升高10%时，变压器仍应正常工作，因为在额定电压时，B值为1.6～1.65T，当电压升高10%时，B值上升到约1.8T，还未达到冷轧取向硅钢带的饱和点。如果你设计的电源变压器是由稳压电源供电的，电源电压的变化很小，那么，设计变压器时，B值可取1.75T。但由于为闭合磁路的铁心，如果B值取得太高，当变压器接通电源时的冲击电流要比EI型、C型铁心为大，所以设计变压器时，B值也不宜取得太高。
图1和图2是OA型铁心的磁化曲线和铁损曲线。
图1 OA型铁心磁化曲线
图2 OA型铁心铁损曲线
图3 变压器电原理图
3 OA型电源变压器设计方法
根据客户要求，设计一个音响设备用的OA型电源变压器，电气参数为：
初级：220V，50Hz：
次级：25V，3.2A。
计算变压器的初次级各项电气参数：
1） 次级功率
=
=25×3.2=80VA
2） 变压器效率η
假定η=0.85
3） 初级功率
4） 初级电源
设计步序：
1） 选择铁心
按表1 OA型铁心系列中，选择OA-80环形铁心。其铁心的各项参数为：
内径/外径 φ45/φ92mm
铁心直径 φ25 mm
截面积Sc φ4.92cm2
磁路长度
21.51cm
铁心重量
0.79kg
2） 计算初、次级匝数
初级匝数N1
每伏匝数
次级匝数N2
3） 导线直径
初级导线直径
次级导线直径
4）绕组结构
（1） 在OA-80型环形铁心上，用0.05×10聚酯薄膜带，按铁心外径穿心1/2迭包1层，此时，已包绝缘的铁心内径为φ43mm。
（2） 内径周长
=
π=43 3.14=135mm
（3） 初级绕组每层匝数m1
此设计在绕线时，以环形铁心的内圈排齐为准。
每绕1层导线，内径相应缩小，因此内圈上的每层匝数，以每层递减10t计算，初级绕组的层数应为5层。即S1=5层。
5）初级绕组厚度
6）次级绕组内径
（1）-2=43-2×3=37mm
再在初级绕组外用0.05×10聚酯薄膜带，按初级绕组外径穿心1/2迭包1层，此时，已包好绝缘的次级绕组内径即为φ35mm。
（2）次级绕组内径的周长
（3）次级绕组每层匝数
次级绕组层数
=2层
7）次级绕组厚度
8)OA型变压器的最后内径
考虑包好外层绝缘后的内径约为φ28mm
9）OA型变压器绕组剖示图
10）初级绕组平均匝长
11）次级绕组平均匝长
12）初级绕组总长
13）次组绕组总长
14）初级导线重量
15）次级绕组重量
16）初级绕组直流电阻
17）次级绕组直流电阻
18）初级绕组电压降U
19）次级绕组电压降U
20）电压调整率△u%
图4 绕组剖示图
由于计算电压降是以R20℃时的电阻值，所以电压调整率△u%也是在20℃时的值，如果要计算在75℃时或95℃时的电压调整率，那么，应乘上一个温度系数的倍率即可。
以上每一道计算方法比较繁琐，所以我们绘制了一种变压器设计表格，只要将上述计算结果，输入表格中，比较简洁明了，既有利于核对，又便于保存。
变压器温升计算：
变压器完成后的外形尺寸见图5所示，散热面积Fm根据图5的尺寸，去掉中心内孔的面积，变压器的外表面散热面积约为200cm2，则单位面积的散热量为
查阅《电子变压器手册》第465页的温升曲线，温升为40℃。
图5 变压器外形图
1 圆截面环形铁心的特性
OA型圆截面环形铁心，是在R型铁心的生产基础上发展起来的一种新型铁心，采用优质冷轧取向硅钢带，经曲线开料后呈橄榄形钢带，而后再卷绕成环形铁心。这种铁心的外形和铁心截面均呈现圆形，使铁心结构更为完美。OA型铁心综合了环形铁心和R型铁心的优点，因而在性能上表现更为出色。
OA型铁心与环形铁心相比：
1） 由于铁心截面为圆形，在相同的截面积Sc条件下，圆的周长要比方的周长短12%，因此可以节省铜线12%。
2） 圆形截面的铁心，其中磁场分布更为均匀，漏磁更小。
3） 导线内阻降低，电压调整率小。
4） 绕制线圈时，漆包线绕在圆形截面铁心的外周上，因无棱角，所以绕制时十分平滑，不易损伤漆包线而造成短路。
OA型铁心与R型铁心相比：
1） OA型铁心制作变压器时，无需骨架与支架、有利于降低成本。
2） 不用骨架，绕组平均匝长比R型减少约10%，因此内阻低、电压调整率好。
3） 绕组均匀分布在整个铁心表面，且紧贴铁心，所以漏磁比R型更小。
4） 遇到低压大电流的绕组，R型必须采用多根导线并联，而OA型则可用粗导线直接穿绕，省却并联之麻烦。
2 OA型铁心的结构尺寸及技术参数
OA型铁心开始试制时，参照R型铁心尺寸系列，从10VA～1000VA分为12个规格，经过一年多的实践，感到在100VA以上规格分档距离太大，所以OA型圆截面环形铁心的规格从今年起已增加到17个规格，这样设计时选择铁心的灵活性更大，具体规格参见表1所示。
表1推荐的磁感应强度B值，是考虑电源电压升高10%时，变压器仍应正常工作，因为在额定电压时，B值为1.6～1.65T，当电压升高10%时，B值上升到约1.8T，还未达到冷轧取向硅钢带的饱和点。如果你设计的电源变压器是由稳压电源供电的，电源电压的变化很小，那么，设计变压器时，B值可取1.75T。但由于为闭合磁路的铁心，如果B值取得太高，当变压器接通电源时的冲击电流要比EI型、C型铁心为大，所以设计变压器时，B值也不宜取得太高。
图1和图2是OA型铁心的磁化曲线和铁损曲线。
图1 OA型铁心磁化曲线
图2 OA型铁心铁损曲线
图3 变压器电原理图
3 OA型电源变压器设计方法
根据客户要求，设计一个音响设备用的OA型电源变压器，电气参数为：
初级：220V，50Hz：
次级：25V，3.2A。
计算变压器的初次级各项电气参数：
1） 次级功率
==25×3.2=80VA2） 变压器效率η
假定η=0.85
3） 初级功率
4） 初级电源
设计步序：
1） 选择铁心
按表1 OA型铁心系列中，选择OA-80环形铁心。其铁心的各项参数为：
内径/外径 φ45/φ92mm
铁心直径 φ25 mm
截面积Sc φ4.92cm2
磁路长度
21.51cm铁心重量
0.79kg2） 计算初、次级匝数
初级匝数N1
每伏匝数
次级匝数N2
3） 导线直径
初级导线直径
次级导线直径
4）绕组结构
（1） 在OA-80型环形铁心上，用0.05×10聚酯薄膜带，按铁心外径穿心1/2迭包1层，此时，已包绝缘的铁心内径为φ43mm。
（2） 内径周长
=π=43 3.14=135mm（3） 初级绕组每层匝数m1
此设计在绕线时，以环形铁心的内圈排齐为准。
每绕1层导线，内径相应缩小，因此内圈上的每层匝数，以每层递减10t计算，初级绕组的层数应为5层。即S1=5层。
5）初级绕组厚度
6）次级绕组内径
（1）
-2=43-2×3=37mm再在初级绕组外用0.05×10聚酯薄膜带，按初级绕组外径穿心1/2迭包1层，此时，已包好绝缘的次级绕组内径
即为φ35mm。（2）次级绕组内径的周长
（3）次级绕组每层匝数
次级绕组层数
=2层7）次级绕组厚度
8)OA型变压器的最后内径
考虑包好外层绝缘后的内径约为φ28mm
9）OA型变压器绕组剖示图
10）初级绕组平均匝长
11）次级绕组平均匝长
12）初级绕组总长
13）次组绕组总长
14）初级导线重量
15）次级绕组重量
16）初级绕组直流电阻
17）次级绕组直流电阻
18）初级绕组电压降U
19）次级绕组电压降U
20）电压调整率△u%
图4 绕组剖示图
由于计算电压降是以R20℃时的电阻值，所以电压调整率△u%也是在20℃时的值，如果要计算在75℃时或95℃时的电压调整率，那么，应乘上一个温度系数的倍率即可。
以上每一道计算方法比较繁琐，所以我们绘制了一种变压器设计表格，只要将上述计算结果，输入表格中，比较简洁明了，既有利于核对，又便于保存。
变压器温升计算：
变压器完成后的外形尺寸见图5所示，散热面积Fm根据图5的尺寸，去掉中心内孔的面积，变压器的外表面散热面积
约为200cm2，则单位面积的散热量为 查阅《电子变压器手册》第465页的温升曲线，温升为40℃。
图5 变压器外形图
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