环形变压器计算公式

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1、环形变压器及其应用摘 要 ：介绍了环形变压器的特性和优点， 阐明了应用中要注意的事项， 通过实例介绍了环形变压器的设计计算方法。关键词 ：变压器；环形变压器；设计1 引言环形变压器是电子变压器的一大类型，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， 它的主要用途是作为电源变压器和隔离变压器。 环形变 压器在国外已有完整的系列，广泛应用于计算机、医疗设备、电讯、仪器和灯光 照明等方面。我国近十年来环形变压器从无到有，迄今为止已形成相当大的生产规模， 除满足国内需求外， 还大量出口。 国内主要用于家电的音响设备和自控设备以及 石英灯照明等方面。环形变压器由于有优良的性能价格比，有良好的输

2、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，本文拟就它的特点作一介绍。2 环形变压器的特点环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片（片厚一般为0.35m m以下），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。1 ）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1.51.8T （叠片式铁心只能取1.21.4T），电效率高达95%以上，空载电流 只有叠片式的 10。2）外形尺寸小，重量轻环形变压器比叠片式变压

3、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。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。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。 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。6）容易安装环形变压器只有中心一个安装

4、螺杆，特别容易在电子设备中 进行快速安装与拆卸。3 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1）标准型电源变压器产品系列容量 81500VA有较小的电压调整率、满 载运行温升仅为40C，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（130C ）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）经济型电源变压器产品系列容量 501500VA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 60C，绝缘材 料等级为A级（105C），当满负载时输出电压误差小

5、于 3%。3）隔离变压器产品系列容量501000VA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45C。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120C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。现将加拿大PLITRON公司出品的标准型环形变压器外形尺寸，重量列于表 1 ，

6、外形图如图 1 所示。4 环形变压器应用中应注意的问题41 变压器的功率容量 I Ar* h m：MX纨彩変圧器外趙尺寸变压器的功率容量是决定铁心尺寸的主要依据。在很多场合变压器的负载 是间歇性的，例如音响设备中的电源变压器。这时变压器的体积和重量较连续工 作时要减少很多，如图2所示负载A段对整个B段而言是较小的一段，这时变压 器的工作周期比其热时间常数要短很多，可用式（1）计算变压器的额定功率。_Fi_r_ru_n_s i I；!J2 I烘由植迁4 4l-h:gi II*fP：/ 4, nun|G| IJth hxi*J1Jn -v mmrtt J$5$inU ”1563n0. .15307

7、ftIX0 45KO用45IL J汕47)9L(Nt120审J)471 2160lift455(illv5tj55imtin57622 65(X1135松f)74. V145、K35 C7511150抽1855 5KXNi1641X(l85b. 3I5IKI2i7$It.7/ 二vi (VA式中：Pn变压器额定功率（VA）；pl变压器负载功率（VA ；A接通负载时间;B变压器工作周期。4. 2电压调整率电压调整率是衡量变压器负载特性的重要指标。电压调整率是指当输入电 压不变，负载电流从零升到额定值时，输出电压 U2的相对变化值，通常以百分 数表示，如式（2）所示：式中： U电压调整率；U2o

8、空载输出电压（V）;U2变压器额定负载时的输出电压（V）。表2列出加拿大PLITRON公司环形变压器的电压调整率，其特性曲线如图 3所示，电压调整率随变压器容量增大而下降。1!儿胖功牛 八4电”础闊齡卜AI 4忻狂些）tiMNSl)22152019So132( h A80121 flig 1Id 1I2t*tf13.713 7WH+1H 32257if xu 1Mnhp 4. 554M)4H Jl7r4許254h 7b 77仲h 56 5“忡4工5$ 515EXt44 y知i；叫駁畑股3 爆爭瓷压器龟庄调整缸舟壮出功的工嵐曲014. 3环形变压器效率由于变压器有铁损和铜损，输出功率 P0总是小

9、于输入功率Pi，变压器的 效率n如式（3）所示。图4列出了三组不同功率的变压器效率曲线，随着容量增大效率明显增高, 容量300VA以上的变压器，在额定负载下效率可高达 95%以上。4. 4自耦变压器当只要求升压或降压，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。罔j 平U瓷圧尽段订憂蠱盘的搓鼻自耦变压器电路如图5所示，它的额定功率PAH按式（4）计算FAh=FA（Uh

10、UL）/Uh（VA） （4）式中：Pao自耦变压器输出功率（VA；uh高电压绕组电压（V）;UL低电压绕组电压（V）。4. 5温升问题环形变压器的温升特性曲线示于图 6,从图6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70E皿刊丸圧黑龄朋卄与做軼半为冥爪良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（1020）%，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

11、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。4. 6合闸电流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810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。4. 7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Ud直流电流Id

12、的关系列在表3中, 供设计时参考。八1H1 5环形变压器的设计计算通过设计一台50Hz石英灯用的电源变压器，其初级电压 U=220V,次级电 压U2=11.8V，次级电流l2=16.7A，电压调整率上7%,来说明计算的方法和 步骤。1）计算变压器次级功率RR=l 212=16.7 X 11.8=197VA（5）2）计算变压器输入功率Pi （设变压器效率n =0.95）与输入电流li3）计算钺心瞰而枳、K式中：K系数与变压器功率有关，K=0.60.8，取K=0.75;197 * 21则 S x0. 75 202 = Uh f)6mr $=根据现有铁心规格选用铁芯尺寸为：高 H=40mm内径Do=

13、55mm外径DWo=110mm垓算所选川的铁心的酸画积S二丛严H二110 *55* j40 x ID 二 I I riti计耳初级绕如乖伏匝負勺匝软毗III( Hi 4. 44fBS式中：f 电源频率（Hz）, f=50Hz;B磁通密度（T） ,B=1.4T。代人得_ I (V4.44x50 4 x I I= 2,9 Wi/V,取FU血八侧V, =l/i=3x220 660 Ml5）计务次缆绕纽每伏匝钛X与!4戟氐-3 M恂八，则2=No U2=3.23 X 11.8=38.1 匝，取 N2=38 匝。6）选择导线线径绕组导线线径d按式（10）计算式中：I 通过导线的电流（A）;j 电流密度，

14、j=2.53A/mrf。当取j=2.5A/mm2时代入式（10）得tt =(L 72 - / I I = 3.则初纯统细包沦级林的円片“耳th： s ”和-2( fii * 22ti11 |X250IT 7变压器电压调整率达到 U7%的指标7. 3温升试验用电阻法对变压器绕组进行温升试验，在通电 4h变压器温升稳定后进行 测试，并按式（12）计算绕组平均温升 At m0屮二耳空汕帅=13F 5-I J- O测量的数据及计算结果列于表52 HAr/X54, *4 4* R V5. 2755,1SS1U, 5Ml34. M“ hi血0卅2.W. SM. 5从温升试验结果看出所设计的变压器已达到标准型温升标准，即 At m40C，初次级绕组温升基本相等，即两绕组功耗较均衡。7. 4绝缘性能试验1）绝缘电阻用500V摇表测试绝缘电阻，初次级绕组之间的绝缘电阻在常态下均大于 100血。2）抗电强度变压器初级与次级绕组之间能承受 50Hz, 4000V （有效值）电压1min，而 无击穿和飞弧。限定漏电流为1mA此项试验证明变压器的抗电强度达到IEC标 准。8结语环形变压器以其优良的性能和有竞争力的性能价格比，可以预期它会在较 大领域内取代传统的叠片式变压器，随着环形变压器技术性能进一步提高，它将 会在电子变压器领域中有更广阔的应用前景。