工频变压器设计

工频变压器设计
工频变压器是最简单的变压器，基本不用考虑分布电感、分布电容、信号源内阻、等效电路各种指标等复杂因素，直接按标准化步骤操作即可，所以用工频变压器来进行变压器设计入门是最好不过了。

简单说就是根据功率选择铁心，然后计算匝数，再看能否绕下。

不同的人设计标准不同，可能和下面计算有偏差，但是本质思想都是一样的。

有时算到后面需要重新再来，其实相当于一个迭代设计过程，反复设计直至满足要求为止。

理论计算完成后还需要实际测试效果进行验证，因为铁心参数，制作工艺可能和我们假设的不一样，所以设计完成后基本都需要再根据实测结果进行调整。

要求：
高压输出：260V，150ma ；
灯丝1：5V，3A；
灯丝2：6.3v，3A 中心处抽头；
初、次级间应加有屏蔽层。

根据要求铁芯型号采用“GEIB一35”。

计算如下：
（1）计算变压器功率容量（输入视在功率）：
P ＝（1.4×高压交流电压×电流＋灯丝1电压×电流＋灯丝2电压×电流）/ 效率
＝（1.4×260×0.15＋5×3＋6.3×3）/ 0.9
＝（54.6＋15＋18.9）/ 0.9
＝ 98.33VA
（2）计算原边电流
I1＝1.05×P / 220＝0.469A
（3）按照选定的电流密度（由计划的连续时间决定），选取漆包线直径。

如按照3A/mm2计算：D＝0.65×√I（0.65×电流的开方）
并规整为产品规格里有的线径（可查资料）：
选定：
原边直径D1＝0.45mm
高压绕组直径D2＝0.25mm
灯丝绕组直径D3＝D4＝1.12mm
(4）铁心截面面积
S0＝1.25√（P）＝1.25×√98＝12.5CM2
（5）铁心叠厚：
根据他的要求铁芯型号采用“GEIB一35”，
查到：舌宽＝35MM＝3.5CM
则：叠厚＝12.5 / 3.5 ＝3.6CM
一般地（叠厚/舌宽）在1－2之间是比较合适的。

（6）铁心有效截面积：
S1＝舌宽×叠厚 / 1.1 ＝ 11.454 CM2
（7）计算每伏匝数
计算式：每伏匝数n＝（45000）/（B×S1）
其中
B＝10000－12000（中等质量硅钢片，如原先上海无线电27厂产品铁心）
或15000（Z11等高质量硅硅片）
或8000（电动机用硅钢片）。

S1：铁心有效截面积，等于（舌宽×叠厚）/1.1
假定是中等质量铁心，并且保守点，取B＝10000
则：
n＝450000 / B×S1
= 450000 /（10000×11.454）
＝3.93 (T / V )
（8）计算每组匝数
原边圈数：N1＝220n＝220×3.93×0.95＝822（T）
副边高压：N2＝260×1.05×n＝1073（T）－－这是一半，还要再×2＝2146T。

灯丝1（5V）： N3＝5×1.05×n＝21（T）
灯丝2（6.3V）：N3＝6.3×1.05×n ＝26（T）
（10）计算每层可绕圈数（窗口高度两端要留下3MM）：
查得该铁心窗口高度h＝61.5mm，
查表得知：选用的漆包线带漆皮最大外径
D1Max＝0.51mm
D2Max＝0.30mm
D3Max＝1.23mm
D4Max＝1.23mm
按照每层可绕：N ＝（h－0.5－2×3）/（K×DMax）计算
（分子的含义是：由h＝61.5mm＝＝》可绕线宽度为61.5－0.5－2×3＝55mm）
（分母是排线系数K×最大外径DMax，对于初学者，小于0.3的线K＝1.20，0.3－0.8的线K＝1.15，大于0.8的线K=1.10。

如您已经有较好的绕线经验，K可以＝105～102）
代入上述数据得到：
原边每层可绕：94圈
高压每层可绕：154圈
灯丝每层可绕：39圈（最后有讨论）。

（也可以直接查“每厘米可绕圈数表”得到）
（11）各绕组的层数
前面已经算出各组圈数则，则各绕组的层数：
原边＝822/ 94＝8.74，取9层
高压＝2146/154＝13.94，取14层
灯丝1：1层，
灯丝2：1层。

（12）绝缘设计
骨架，用1MM厚红钢纸，外加0.15MM覆膜青壳纸1层＋0.08MM电缆纸1层；
原边绕组垫纸用0.08MM电缆纸；
副边高压绕组垫纸用0.05MM电缆纸；
组间绝缘用0.08MM电缆纸1层＋0.15MM覆膜青壳纸2层＋0.08MM电缆纸1层；
（绕组外绝缘同组间绝缘）
（13）计算线包（压实的）厚度：
＝（1＋0.15+0.08）（骨架及内层绝缘）
＋（9×0.51＋8×0.08）（原边绕组）
＋（0.08×2＋0.15×2）（组间绝缘1）
＋（隔离层，如可能用0.05铜箔，如无，就用与高压绕组同直径的线绕一层代）
＋（0.08×2＋0.15×2）（组间绝缘2）
＋（14×0.30＋13×0.05）（高压绕组）
＋（0.08×2＋0.15×2）（组间绝缘3）
＋（1.23）（灯丝1）
＋（0.08×2＋0.15×2）（组间绝缘4）
＋（1.23）（灯丝2）
＋（0.08×2＋0.15×2）（线包外间绝缘）
＝1.23＋5.23＋0.46＋0.30＋0.46＋4.85＋0.46＋1.23＋0.46＋1.23＋0.46
＝16.37mm
（14）检验“蓬松系数”
蓬松系数＝铁片窗口宽度 / 线包（压实的）厚度
“蓬松系数”一般可以在1.2－1.3间，蓬松系数小者要注意绕的十分紧才行，蓬松系数过大说明选的铁心规格大了，要重选重算。

对于经验不多的初学者，不妨以1.3－1.35进行检验。

不然可能绕完了发现装不进铁片。

检验：
蓬松系数＝22 / 16.37 ＝ 1.34
很合适的呀。

（15）修正方案：：
灯丝绕组可以选用0.8nn直径漆包线2根并绕（0.80线最大外径0.89，每层可绕54圈，6.3V绕组26×2，刚好可以绕下）。

这样导线可以分布开来不至于只有半边，绕出来的线包就比较平整。

还可以减小绕组厚度。

这时，
计算线包（压实的）厚度：
＝1.23＋5.23＋0.46＋0.30＋0.46＋4.85＋0.46＋0.89＋0.46＋0.89＋0.46
＝15.69mm
蓬松系数＝22 / 15.69 ＝1.41
这就非常之宽松了，说明选的铁心规格大了，利用手头现有铁心当然可以。

保证可以成功。

计算完毕。

（16）讨论：
当然阿，也可以选用2.5A/mm2的电流密度，不妨计算一下。