摘要：  环形变压器是电子变压器较大类型之一，已广泛应用于家电设备和其它技术要求较高的电子设备中，用途是作为电源变压器和隔离变压器。此外在计算机、医疗设备、电讯、仪器和灯光照明等方面得到充分应用。它不仅有优良的性能价格比，而且有良好的输出特性和抗干扰能力，因而它是一种有竞争力的电子变压器，因此本文拟对以上具体深入地探讨，对于从事环形变压器者，有一定的参考价值。

关键字：  变压器，环形变压器，设计

1 环形变压器的特点及优点
1.1 环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片（片厚一般为0.35mm以下），采用高磁通密度晶粒取向硅钢带卷绕而成的。所谓“晶粒取向”是指硅钢带在扎制时，使硅钢带的导磁率出现了横向和顺向的差异。“晶粒取向”是指延最大导磁率方向剪切成带料，这样卷绕而成的铁芯性能最优，而普通剪切成的EI型铁芯不能顺着晶粒取向导磁最优而成型。与传统的EI型变压器相比环形变压器具有体积小、漏磁小、效率高、内阻小、反应快的优点。由于采用了晶粒取向硅钢带卷绕而成，铁芯的磁通密度高，所以铁芯的截面积可大为减小，同时，环形变压器采用了环形穿绕的方法穿绕初级线圈，可以充分利用空间，使线圈的用线量也大为减小。环形变压器无缝地卷制而成，这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心。环形变压器的线圈均匀地绕在铁心上，线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合，与叠片式相比激磁能量和铁心损耗将减小25%，由此带来了下述一系列的优点。环形变压器与同功率普通变压器相比，体积和重量可减小25-30%，而效率90%以上，（普通变压器一般在80%左右）。电效率高铁心无气隙，叠装系数可高达95%以上，铁心磁导率可取1.5~1.8T（叠片式铁心只能取1.2~1.4T），电效率高达95%以上，空载电流只有叠片式的10%。
1.2 外形尺寸小，重量轻。环形变压器比叠片式变压器重量可以减轻一半，只要保持铁心截面积相等，环形变压器容易改变铁心的长、宽、高比例，可以设计出符合要求的外形尺寸。
1.3 磁干扰较小。环形变压器铁心没有气隙，绕组均匀地绕在环形的铁心上，这种结构导致了漏磁小，电磁辐射也小，无需另加屏蔽都可以用到高灵敏度的电子设备上，例如应用在低电平放大器和医疗设备上。
1.4 振动噪声较小。铁心没有气隙能减少铁心感应振动的噪音，绕组均匀紧紧包住环形铁心，有效地减小磁致伸缩引起的“嗡嗡”声。
1.5 运行温度低由于铁损可以做到1.1W/kg，铁损很小，铁心温升低，绕组在温度较低的铁心上散热情况良好，所以变压器温升低。
1.6 容易安装。环形变压器只有中心一个安装螺杆，特别容易在电子设备中进行快速安装与拆卸。
1.7 自耦变压器只要求升压或降压，而不要求初级与次级绕组隔离的情况下，使用自耦变压器是合适的。自耦变压器具有体积小，成本低、传输功率大等优点，用环形铁心绕制自耦变压器因初次级绕组不需绝缘，加工十分方便，体积、重量更小，造价更低。 要注意的是自耦变压器初、次级绕组的公共端(COM)要接零线，这样才安全。
1. 8 温升很低，具有与其它变压器明显优势。
环形变压器的温升特性曲线示于图2，从图2可看出环形变压器的温升是较低的，对标准型系列，即便是过载120%，温升也不超过70℃。
变压器的温升是由铁损和铜损两部分决定的，对叠片式变压器，这两部分基本相等，但环形变压器由于采用优质冷轧硅钢片绕制，并配合良好的退火工艺，其铁心损耗仅为全部损耗的(10~20)%，所以温升主要由绕组铜耗决定，合理的设计是初、次级绕组的功耗应基本平衡。
温升也与散热面积关系很大，由于环形变压器铁心温升低，绕组在整个铁心上均匀绕制，散热面积和散热条件都比较好，因此能获得较低的温升。
此外应注意合闸电流和整流问题，必须十分重视。
一般变压器在合闸时都会产生很大的合闸冲击电流，而环形变压器由于没有气隙和具有高磁导率则会造成更大的合闸电流。300VA以下的环形变压器可以用一般熔断器作保护，但为了防止合闸电流烧断熔断器，选择熔断器的电流应比变压器初级电流大8~10倍。300VA以上的环形变压器要考虑使用慢速熔断器或温度熔断器作保护，有时为了降低该冲击电流可以将变压器磁通密度B值取低些。
变压器与整流电路
大多数作电源用的环形变压器都与整流电路相连，现将最常用的整流电路和变压器次级电压U2、次电流I2与直流电压UDC直流电流IDC的关系列在表3中，供设计时参考。
双整流电路0.8(UDC+2)1.8IDC
桥式整流电路0.8(UDC+2)IDCd
全波中心抽头1.7(UDC+1)1.2IDC
2 环形变压器的分类
根据国外文献介绍，环形变压器可分为标准型、经济型及隔离型等三类，各类的特点是
2.1 标准型电源变压器产品系列容量8~1500VA，有较小的电压调整率、满载运行温升仅为40℃，允许短时超载运行，适合于要求高的使用场合。初次级绕组间采用B级(130℃)的聚酯薄膜绝缘，要求至少包三层绝缘带，能经受交流4000V，1min的耐压试验。
2.2 经济型电源变压器产品系列容量50~1500VA，在保证性能的基础上力求降低造价，适用于连续运行而不超载的使用场合，运行温升为60℃，绝缘材料等级为A级(105℃)，当满负载时输出电压误差小于3%。
2.3 隔离变压器产品系列容量50~1000VA，又可分为工业用和医疗设备用两系列。隔离变压器着重是它的绝缘性能，初级与次级间用B级绝缘的聚酯薄膜至少包扎4层，击穿电压大于4000V，所有初级引线必须采用双绝缘导线。变压器最大温升低于45℃。医疗用的隔离变压器除符合上述的要求外，还要符合UL544标准，即初级和次级绕组应具有热保护，绕组与接地铜屏蔽间隔距离应大于13mm。此外对医疗用的隔离变压器还要求在初级绕组装有温度保护开关，当铁心温度达到120℃时，温度保护开关断开，当温度恢复正常时，开关自动复位合上。
3 为了更详细了解环形变压器的设计计算方法，现举例如下：
电源变压器，初级电压U1=220V  50Hz，
次级电压U2=20V，次级电流I2=10.0A，
电压调整率ΔU≤7%，温度上升：45K MAX
3.1 计算变压器次级功率P2
P2=VA=I2U2=20×10.0=200(VA) (5)
3.2 计算变压器输入功率P1（设变压器效率η=0.95）与输入电流I1

Q1为Q1=3.35取整数Q1=4层
初级绕组厚度δ1为
δ1=Q1d1kp=4×0.72×1.15=3.3mm
则初级绕组包绝缘后的内径Dn2为
Dn2=Dn1-2(δ1+t1)=52-2(3.3+1)=43.4mm
2 计算次级绕组的厚度δ2
计算次级绕组每层绕的匝数n2，考虑到次级绕组是用1×d2=2.5mm导线，