中型电子计算机电源用R型电子变压器的静化设计
Free Noise Design of R Type Electronic Transformer for Medium Computer Power Supply
1、为什么选R型铁芯
选R型铁芯有如下优点，它的铁芯是用优质冷轧取向硅钢带卷制而成，中间不切开，具有磁路封闭的特点。
(1) 漏磁小、空载损耗小。特别是该变压器用户有一个特殊的技术要求，输入电压255V时，空载电流要求Io≤155mA。正因为是无接缝间隙的闭合磁路，因而漏磁就小，空载损耗也小。选其它的铁芯，输入电压255V时，空载电流达不到要求。
(2) 励磁特性好，磁通密度Bm取值高，变压器的体积就相应变小，重量相应变轻。
(3) 噪音小，因该变压器是电磁屏蔽的变压器。而R型铁芯是用开料机切割成由窄到宽由宽到窄宽窄均匀过渡的优质冷轧取向硅钢带卷绕而成，经热处理，退火浸绝缘漆一次成型，不切开，无接口，因而无端面撞击。与EI型C型变压器相比，无论在静态还是在动态的情况下，噪音要小的多，较大程度地满足了其“噪音小，抗干扰，性能高”的要求。
2、设计程序分两种：

2.1 R320型电子变压器的设计程序
2.1.1 变压器功率容量

2.1.2 选铁芯
R-320的铁芯功率为280-380W，有一定余量。
环境温度为+55℃，变压器温升不超过+55℃。
2.1.3 确定电磁参量
磁感应强度
电流密度
2.1.4 变压器绕组功率分配
变压器绕组功率分配的原则是：初级绕组应均衡分配在左右两个铁芯柱上，采用串联连接，次级绕组也均衡分配在左右两个铁芯柱上，采用串联连接。
2.1.5 匝数计算
初级匝数 =/（4.44fBcSc）=/（4.44×50×1.7×7.14）=3.71匝/V
取电压调整率△U=7%
次级匝数 =/（1-7%）=3.71/0.93=3.98匝/V
初级匝数 每边408匝
次级匝数 每边239匝
2.1.6 导线直径确定

由于R型变压器的铁损电流与磁化电流很小，故可直接用来确定初级导线直径。j=3/Amm2
初级线径
次级线径

2.2 结构设计
导线直径确定后，进行结构计算，核算窗口能否容纳。
采用双线圈结构，初、次级各一半匝数分配在两个铁芯柱上，由于两个线圈完全相同，故只需计算其中一个线圈。
骨架采用RB-320
内骨架（初级） 绕线宽度 内骨架平均周长=130mm
可绕制厚度δ=6.4mm
外骨架（次级） 绕线宽度 外骨架平均周长=181mm
可绕制厚度δ=6.85mm
2.2.1 初级每层匝数和层数：
初级每层匝数
初级层数
初级厚度 δ=0.939×5×1.1=5.16mm
初级屏蔽铜箔一层≤0.2mm 复合薄膜青壳纸四层0.12×4=0.36mm
初级总厚度
均小于最大厚度
2.2.2 次级每层匝数和层数:
次级每层匝数
次级层数 =239/61=3.9层≈4层
次级厚度 =1.217×4×1.1=5.23mm
次级屏蔽铜箔一层≤0.2mm 复合薄膜青壳纸四层0.12×4=0.36mm
次级总厚度 =5.23+0.2+0.36=5.79mm
均小于最大厚度=6.85mm
2.2.3 各绕组平均匝长
=（111.5+148.5）/2=130mm=13cm
=（159+202）/2=180mm=18cm
2.2.4 各绕组导线长度
φ0.85
φ1.12
2.2.5 各绕组铜阻
20℃时各绕组铜阻
φ0.85
φ1.12
热态电阻中 线圈平均温升 55℃
最高环境温度 55℃

φ0.85
φ1.12
2.2.6 各绕组铜重

2.2.7 热态铜耗

2.3 电压比核算
2.3.1 次级空载电压

2.3.2 初级感应电压

2.3.3 次级感应电压

2.3.4 次级负载电压

2.4 电压调整率核算 △U%=（-）/=（128-118）/128=7.8%
2.5 温升计算
变压器绝缘耐热等级 B级 125℃
线圈铁芯环境温度 =55℃
线圈铁芯平均温升 ·△≤70℃
2.5.1 计算初级温升比
线圈散热系数
铁芯散热面积与线圈散热面积之 β=0.290
线圈散热面积 Fm=408.5cmz
铜损 Pm=31.44W
铁损 Pc=4.68W
=1.5β(Pm/Pc)=1.5×0.29×(31.44/4.68)=2.92
2.5.2 热平衡系数K
查图3-62曲线得K=1.24 =1.16
查图3-64曲线得=0.95
2.5.3 温升计算△τmo
△τmo=(Pc+Pm)/Fm（1+1.5β/K）
=36.12/0.485(1+1.5×0.29/1.24)=65.5℃
2.5.4 计算平均温升
△τmo==65.5/1.16×0.95=65.5/1.1=59.5℃
查曲线得 Km=1.08
线圈平均温升△τm=(△τmo/)·1/Km=59.5/1.08=55℃
公式推算出的只是理论计算的数据 △τm=55℃
而实际应用则是检验理论计算的可靠论据。该机电源通过温升测试，加电8小时，测试电子变压器热平衡后的平均温升，用点温度测量加电8小时，测试电子变压器热平衡后的平均温升，用点温度测量四次平均值为47℃。
结论：线圈铁芯的平均温升△τm≤70℃，符合技术要求。
3、R320电子变压器特种技术要求的设计
3.1 空载电流的超标准设计
初级输入电压
输入空载电流≤150mA（只是出厂检验时用）
该产品投产时批量较大，在检验时每100台中就能筛选出1-5%的产品，输入电压U1=255V，输入电流超出150mA，个别到220mA，通过筛选出来的变压器进行分析，我认为是空载磁感应强度下降所至。为什么？因为R型铁芯从日本引进中国已经20年了，进行了国产化的改进，在加工程序中经开料机切割取向硅钢带卷绕、点焊而成，又经热处理退火、浸渍绝缘漆一次成型。铁芯经过各道工序的撞击后，材料的分子是取向的，而部分分子改变了取向。就需要进行热处理恢复材料的应力，使空载磁感应强度B0尽量恢复，铁损电流Ico、磁化电流才能减小。现在只有补充“铜”的方法，才能减小空载电流，按初级每伏匝数的公式进行计算，提高1.05%的方法，就能减小空载电流。
初级每伏匝数 Tv1=(104/4.44fBoSc)·1.05%
即： =3.71×1.05%=3.9 T/V
=3.9×1.05%=4.1 T/V
将1-5%不合格品电子变压器的匝数调整为
=220×3.9=838匝(比原匝数增加42匝)
=120×4.1=492匝(比原匝数增加14匝)
调整后再加电检验
输入电压255V 输入电流≤150mA 符合技术要求
为了不浪费漆包线，在绕制过程中增加了一道检测工序，将输入电压为255V，输入电流大于150mA的产品筛选出来。
按新要求 =858匝 （增加42匝）
=492匝 （增加14匝）
其余95%以上的产品仍然按原设计的匝数绕制。
3.2 端封工艺
3.2.1 端封材料：有两种
CR-5011 （普遍性）高强度绝缘封灌树脂
CR-7011 （免浸渍性）高强度绝缘封灌树脂
3.2.2 配方一 CR-5011

配方二 CR-7011

工艺过程：
当确定采用端封材料后，配方就确定了，配料的顺序看产品说明书。端封前将线包的外包，采用防潮和绝缘性能好的复合青壳纸包裹两层，包紧包牢，包扎平整。
3.3 隔离屏蔽的静化工艺
3.3.1 变压器绕组间没有加入隔离屏蔽铜箔
将变压器初级绕组和次级绕组各自短路，然后用电容电桥测量，初级与次级间电容 =18PF
3.3.2 变压器绕组间加入隔离屏蔽铜箔
将变压器初级绕组和次级绕组各自短路，然后用电容电桥测量，初级与次级电容 =0.015PF
将两种测量结果计算隔离屏蔽前后的电容衰减倍数
分布电容量衰减倍数=18/0.015=1200倍
3.3.3 直接测量耦合电容的方法
=U2/2πfRU1
式中
U2—耦合电压即电表指标值（V）
F—信号源频率
R—负载电阻（Ω）
U1—信号源电压即电表指示值（V）
取值：f=15.9KHz U1=100V
R=10×100KΩ U2=1mV
=1/(2×3.14×15.9×10000×100)=0.01PF
变压器加隔屏蔽的目的，就是为了使直接交联绕组之间电容Cd影响愈小愈好。这种电容是绕组间有害信号耦合通道，使各种杂波如共模杂波、横模杂波及电磁杂波，经过隔离屏蔽处理衰减到最小，对计算机电源起到了静化处理的作用。

R320电子变压器外形图如下：