清风玉楼：
电源变压器简易设计制作者:贺进电源变压器是低频变压器,本文介绍的方法适合50-60HZ以内,一千瓦以下普通交流,直流变压器的设计.(1)电源变压器的铁心,它一般采用矽钢片.矽钢片越薄,功率损耗越小,效果越好.整个铁心是有许多矽钢片叠成的,每片之间要绝缘,买来的矽钢片,表面有一层不导电的氧化膜,有足够的绝缘能力,其规格请查供应商目录.(2)电源变压器的简易设计,设计一个电源变压器,主要是根据功率选择变压器铁心的截面积等,所谓的铁心截面积S(有的叫Ae)是指矽钢片中间舌的标准尺寸a和叠加起来的总厚度B的乘积.如果电源变压器的初级电压是U1,次级有N个绕组,各组电压分别为U21,U22,---U2N,各组电流分别是I21,I22-----I2N,计算步骤如下:第一步,计算次级的功率P2,次级功率等于次级各绕组功率的和,也就是:P2=U21*I21+U22*I22+---U2N*I2N第二步,计算变压器的功率P,算出P2后,考虑到变压器的效率是n,那么初级功率P1=P2/n,n一般在0.8~0.9之间,变压器的总功率等于初,次级功率之和的一半,也就是:P=(P1+P2)/2第三步,查铁心截面积S,根据变压器功率,由下列公式计算出铁心截面积S,K由磁心好坏来定,Bm越大K越小,一般在1.1-1.6之间,1T以上一般为1.1-1.15之间,并在供应商中查到相应规格的铁心.S≧√功率*K第四步,确定每伏圈数,根据铁心截面积S和铁心的磁通密度Bm,由式得出初级线圈的每伏圈数N1,铁心的Bm值(磁通密度)可从磁心供应商的目录上查到.N=V的4次方/4.44fBmS考虑到导线电阻的压降,次级线圈N~应该比N增加5﹪~20﹪,也就是N~在1.05~1.2之间选取.第五步,初,次级线圈圈数的计算.初级线圈N1=N*U1,次级线圈N21=N~*U21,N22=N~*U22,---N2N=N~*U2N,特别注意的是,如果为直流变压器,须在变压器的两端加整流器(例如二极管,电容,IC等),将直流电通过整流器变成交流电,因直流电无法在变压器中运行,其整流器根据其规格和作用来定,那么在设计变压器时应该再加上其整流器的压降,例二极管IN4001为1A,IN5391为1.5A,其损耗电压为0.8V左右,二极管IN5401为3A,,其损耗电压为1.0V左右,即压降为1V,如果输出电压为5V,且输出电压须变成直流,假设在输出电压端装一个IN5401的二极管,那么在计算圈数时就应该按6V来计算,因此,凡需要整流器的绕组,那么在上述所有公式的电压都应该加上这个损耗电压,,二极管负极为银白色(电容一样),,电容负极连接二极管正极,正极连接二极管负极,形成一个回路.电容一般都会标上其电容量(uF)和耐压(v)耐温(℃)系数,其耐压要大于其(电容)输入端的电压.约为1.5倍以上,其电容量视变压器的电流而定,一般1A左右的用1000uF的电容,其耐温耐压视其变压器的耐温耐压等级而定,一般耐压大的电容体积也会大一点第六步,查导线直径.根据各线圈的电流大小和选定的电流密度,由下列公式可以得到各组线圈的导线直径,一般电源变压器的电流密度J可以选用3---5A/1mm²,选线径可以选择相应的大一些的,以免温升过高,特别是次级.A/?=J第七步,绕线结构.根据计算结果,算出线圈每层圈数和层数,再算出线圈的大小,看看窗口是否放得下,如果放不下,可以加大一号规格,如果太空,可以减小一号规格.但须加大线径,以防止温升过高,采用国家标准GEI铁心,而且舌宽a和叠厚B的比在1:1~1:1.7之间,线圈是放的下的.第八步,校核.将电压比测试机调到相应频率及电流,将变压器初,次级接通电压,看显示频上面的显示电压是否相符.另应注意在初级(输入电压)端应加一个温度保险丝,以防温度过高的情况下BOBBIN熔化造成短路,造成电击或引发火灾术语说明:P:变压器的功率.单位:瓦(W) Bm:磁通密度.单位:特斯拉(T)一特斯拉=10000高斯=1000mTS:铁心的截面积.单位:平方厘米(cm²)N:线圈的每伏圈数.单位:圈每伏(N/V)f:变压器的频率.单位:赫兹(HZ)I:使用电流.单位:安(A)U:使用电压.单位:伏(V)a,B:铁心的中心柱的长度和宽度.单位:毫米(mm) 磁心的介绍:为减小交变磁通在铁心中所引起的涡流损耗,铁心一般用厚为0.35-0.5mm的硅钢片叠装而成;并且在硅钢片两面涂以绝缘漆.信号变压器还采用坡莫合金作铁心.硅钢片有热轧和冷轧两种. 热轧硅钢片的工作磁通密度一般取0.9-1.2T,钢片常冲成"III"形,叠装成铁心.绕组套在中间的铁心柱上.冷轧硅钢片的导磁性能比热轧好,它的工作磁通密度允许达到1.8T,所以铁心体积可以缩小.它的导磁有方向性,顺着辗轧方向的导磁性能好,故通常将冷轧硅钢片卷成环形铁心,然后切成两半C形,将绕组分别套在铁心柱上以后,再将两半铁心粘成整体. 变压器的绕组由原边绕组和副边绕组组成.原边绕组接输入电压,副边绕组接负载.原边绕组只有一个,副边绕组为一个或多个.原副边绕组套装在同一铁心柱上.套在两个铁心柱上的原边绕组或副边绕组可分别相互串联或并联.附:变压器原副边绕组要套在同一铁心柱的原因 把原副边绕组套在同一铁心柱上时,由于原副边绕组紧挨在一起(间隙实际上很小,它等于原副边绕组之间绝缘纸的厚度)部分漏磁通在空气中的路径大受限制,因此漏磁通小.而边绕组没有套在原边绕组上时,漏磁通在空气中可以自由经过,无空间限制,因此在同样的磁势下漏磁通就大. 将原副边绕组套在一起的合理之处即在于漏抗压降小,对变压器运行有利.因为变压器副边电压是随副边电流变化而变化的,减小原副边的漏阻抗就可以减小电压变化.为了使变压器副边电压比较稳定,总是设法减小变压器的漏抗. 如果把变压器的原副边绕组分开放置,则漏抗将大大增加,以致负载变动时副边电压变化很大,这样的变压器就不能满足使用上的要求.铁心片铁心规格 尺 寸(mm) 中间舌片净截面积(cm2) 型 号 a*b c H h L 铁心片厚0.2mm铁心片厚0.3mm ────────────────────────────── GEI10 10*12.5 6.5 31 18 36 1.06 1.14 10*15 1.28 1.37 10*17.5 1.49 1.59 10*20 1.70 1.82 ────────────────────────────── GEI12 10*15 8 38 22 44 1.53 1.64 12*18 1.84 1.97 12*21 2.14 2.28 12*24 2.45 2.62 ────────────────────────────── GEI14 14*18 9 43 25 50 2.14 2.29 14*21 2.50 2.68 14*24 2.86 3.06 14*28 3.33 3.57 ────────────────────────────── GEI16 16*20 10 48 28 56 2.72 2.91 16*24 3.26 3.49 16*28 3.81 4.08 16*32 4.35 4.66 ────────────────────────────── 铁心片铁心规格 尺 寸(mm) 中间舌片净截面积(cm2) 型 号 a*b c H h L A d h1 铁心片厚0.2mm铁心片厚0.3mm ───────────────────────────────────── GEIB19 19*24 12 57 33 67 55 4 6 3.88 4.15 19*28 .5 .5 4.52 4.84 19*32 5.17 5.53 19*38 6.14 6.57 ───────────────────────────────────── GEIB22 22*28 14 67 39 78 64 5 7 5.25 5.62 22*33 6.17 6.61 22*38 7.11 7.61 22*44 8.23 8.81 ───────────────────────────────────── GEIB26 26*33 17 81 47 94 77 58.5 7.29 7.81 26*39 8.62 9.23 26*45 9.95 10.6 26*52 11.5 12.3 ───────────────────────────────────── GEIB30 30*38 19 91 53106 87 69.5 9.69 10.4 30*45 11.5 12.3 30*52 13.3 14.2 30*60 15.3 16.4 ───────────────────────────────────── GEIB35 35*44 22105 61123101 6 11 13.1 14.0 35*52 .5 .5 15.1 16.6 35*60 17.9 19.1 35*70 20.8 22.3 ───────────────────────────────────── GEIB40 40*50 26124 72144118 6 13 17.0 18.2 40*60 .5 .5 20.4 21.8 40*70 23.8 25.5 40*80 27.2 29.1 变压器的铭牌使用变压器首先要弄清并严格遵守制造厂提供的铭牌数据,以避免因使用不当而不能充分利用,甚至损坏.变压器铭牌上的主要额定数据有:1.额定电压U1和U2 原边额定电压U1是指原边绕组上应加的电源电压(或输入电压),副边额定输出电压U2通常是指原边加U1时副边绕组的开路电压.使用时原边电压不允许超过额定值(一般规定电压额定值允许变化±5%).考虑有载运行时变压器有内阻抗压降,所以副边额定输出电压U2应较负载所需的额定电压高5-10%.对于负载是固定的电源变压器,副边额定电压U2有时是指负载下的输出电压.附:输入电压不能超过额定电压的原因 变压器中主磁通和激磁电流的关系称为铁心的磁化曲线,它是一条具有饱和特性的非线性曲线.当主磁通小于额定电压时对应的主磁通时,磁化曲线近似为线形;超过此值后,主磁通就逐渐趋向饱和.此时,如果再增加磁通,即增加U1,则电流就会急剧增加,这样变压器就会因过热而马上烧毁.因此,在使用变压器时,必须注意变压器的额定电压和电源电压要一致.2.额定电流I1和I2 额定电流是指变压器按规定的工作时间(长时连续工作或短时工作或间歇断续工作)运行时原副边绕组允许通过的最大电流,是根据绝缘材料允许的温度定下来的.由于铜耗,电流会发热.电流越大,发热越厉害,温度就越高.在额定电流下,材料老化比较慢.但如果实际的电流大大超过额定值,变压器发热就很厉害,绝缘迅速老化,变压器的寿命就要大大缩短.3.额定容量S 额定容量是视在功率,是指变压器副边额定电压和额定电流的乘积.它不是变压器运行时允许输出的最大有功功率,后者和负载的功率因数有关.所以输出功率在数值上比额定容量小.4.额定频率 使用变压器时,还要注意它对电源频率的要求.因为在变压器中,在设计变压器时,是根据给定的电源电压等级及频率来确定匝数及磁通最大值的.如果乱用频率,就有可能变压器损坏.例如一台设计用50Hz,220V电源的变压器,若用25Hz,220V电源,则磁通将要增加一倍,由于磁路饱和,激磁电流剧增,变压器马上烧毁.所以在降频使用时,电源电压必须与频率成正比地下降.另外,在维持磁通不变的条件下,也不能用到400Hz,1600V的电源上.此时虽不存在磁路的饱和问题,但是升频使用时耐压和铁耗却变成了主要矛盾.因为铁耗与频率成1.5-2次方的关系.频率增大时,铁耗增加很多.由于这个原因,一般对于铁心采用0.35mm厚的热轧硅钢片的变压器,50Hz时的磁通密度可达0.9-1T,而400Hz时的磁通密度只能取到0.4T.此外变压器用的绝缘材料的耐压等级是一定的,低压变压器允许的工作电压不超过300-500V.所以在升频使用时,电源电压不能与频率成正比的增加,而只能适当地增加.