环型变压器的设计制作和测试

环型变压器的设计制作和测试

看到有不少朋友在讨论环心变压器的设计，自己手上又恰好有几个环型铁心想绕一下，因此早就想抽点时间学习点这方面的知识。近日虽工作很忙，但还是断断续续的看完了变压器设计手册中小功率电源变压器设计一章。根据我的经验，大家关心的问题不外乎以下三点：1）当拿到一个环型铁心，如何估计可绕出的环牛的功率；

2）每V的匝数究竟如何计算最合理；

3）所用的漆包线每平方的电流密度究竟该取多少？

我根据最近的学习的体会，再结合从有关的材料中查到的一些数据，并根据自己的实践，谈谈对上述三个问题的看法，供大家参考。

一、根据变压器的铁心如何计算或估计功率

1）如要精确计算，请看变压器设计手册给出的计算公式CPPC=(STSCK 4.44fKTKCKj2B)/[(1+ j1) 102]。

此公式对所有各类变压器铁心全适用。我这里只给出环型变压器的有关数据。

其中：

PC为变压器的尺寸功率，

CP为变压器的电磁功率和尺寸功率的系数；

ST为铁心的截面积，

SCK为变压器的窗口截面积。

f为频率，

KT为铁心填充系数，当用A级（无断点的整卷硅钢带）环型铁心时可取0.95，当用B级（有断点）时可从0.9—0.93取值；

KCK为窗口填充系数—纯导线所占窗口面积与窗口截面积之比；

j1、j2分别为初级和次级绕组电流密度；

B为铁心的磁通密度。该手册上对环型铁心取16000T

为内绕组与外绕组的电流密度比。

由于该公式用的参数太多，且有的参数的计算又给出了相应的计算公式，所以若对参数进行估计，若有误差将使计算的结果差距很大，因此本公式适用于工厂在进行设计时用仪器对所用参数进行测量后使用。这个公式对发烧友业余制作并不太适用。

2）若所用的铁心对功率的估计精度要求不高，也可用变压器设计手册给出的近似公式：

P=ST SCK

其中P表示功率

ST即铁心的截面积

ST=[（外径—内径）/2] 铁心的高（CM2）,

SCK=内圆的面积（CM2）。

我们从上式可以看到如果铁心的截面积ST不变，内圆面积越大磁路越长，功率越大。

这个近似公式使用非常简单，我试着用我手头的铁心算了一下，和厂家给出的标称功率差距不大。有一个烧坏的日升变压器，测的环型铁型的外径是82mm，内径是45mm，高是35mm，重量恰好一公斤。经计算ST=6.475cm2 ，SCK=15.9cm2,P= ST SCK=102.93VA，而厂家给出的标称功率是100VA显然误差很小。

当然用以上近似公式计算的铁心，必须保证其磁通密度够16000高斯。符合手册的铁心标准。

3），对铁心功率的估计，也可参考生产环型铁心的厂家给出的计算方法：

以下是佛山市日钢电器有限公司给出的计算方法：原文如下：

“由于B系列铁芯本身的特点及价格便宜，所以在设计上需要做一些调整。

①叠片系数。由于有接口的原因，叠片系数降低为0.90--0.91（A系列为0.96）

②B系列铁芯由于价格便宜,在设计上铁芯的截面可适当放大一些.

Sc-截面积(cm2)

Sc = K√P P-变压器标称功率(VA)

K-截面系数

K=0.5~0.6 A系列铁芯

K=0.6~0.75 B系列铁芯

考虑到B系列本身的特性, 为了避免铁芯饱和, 保证其质量的可靠性, B系列铁芯在设计时的设计余量要比A系列铁芯增加5-10%.”

该厂生产环型，R型，C型、E型、O型等多种铁心，并给出了许多型号的标准铁心对应的截面积，功率，重量等相关参数，具体内容可查阅该厂的网站。

我对上述铁心又用这种方法做了计算，先用放大镜仔细观察铁心没有发现断点，所以判定该铁心为A级铁心。6.475* 0.96=6.216cm2，，（6.216/ 0.6）2=107VA。与厂家给出的100VA 也很接近。

二、每V匝数的计算

在许多的电工书籍上都给出了每V匝数的计算公式：

N0= 当频率F=50HZ时上式可简化为N0= 。其中B为铁心的磁通密度，N0为每V匝数，SC为铁心截面积。

大家常用的经验公式N0= 、N0= 、N0= 就是用这个公式计算出来的。第一个是B=8000T 的近似值，后两个分别是B=9000T、B=10000T时计算出的值。

我们现在计算环型变压器的每V匝数，如果仍用经验公式，显然有点太保守。因为现在的变压器铁心的磁通密度一般都在14000T或14000T以上。我曾咨询过相关的专家，他们的答复是若为A级铁心都在16000T以上，若为B级铁心，如果断头在十个以内的冷扎硅钢带卷饶的铁心（用1—3米的硅钢带卷饶而成）也在14000T以上。

我们自己绕制环牛，可以认真地观察铁心的质量，若为整卷硅钢带（无接口）可取B=16000T，若有为数不多的接口，且铁心的绕制很紧密，这类铁心若不细看几乎看不出接口，取B=14000T完全可以。这样的到的每V匝数比用经验公式算出的要小许多。因此铜损和内阻都能适当减少。所以建议大家要根据具体的铁心质量用公式计算。

三）漆包线每平方电流密度的取值

漆包线每平方电流密度的取值取决于变压器的使用方式。若变压器是满功率长时间使用，每平方的电流密度可设计为2A，若使用时间为5—10小时，可设计为2.5A，若使用时间不超过5小时，可设计为3A。

我们饶制的变压器都是用于音响的电源变压器，既不是满功率使用也不是长时间连续使用，再者，环芯变压器的每V匝数少，所以初、次级的内阻都小，所以一般生产厂家都按每平方4A设计。

如果我们想的有点余量，按每平方3A、3.5A计算都可以满足要求。

四）变压器设计实例

现有一从电器维修部找来的铁心，该铁心是因整流部分短路后把变压器烧坏从一进口功放上拆下的。计算步骤如下：

1）、估计功率。先观察铁心质量，没有断点，且缠绕非常紧密，就如同一块整铁一样。为利于缠绕，圆环的棱角处磨成了倒角。量的内径6.5CM，外径10.5CM，高5CM，截面积10CM2，内圆面积SCK=33.17CM2。取截面积为ST =10 0.96=9.6cm2，P=ST SCK=318.4VA。取P=320VA。

2）、计算初次级电流，选缠绕导线的型号

先算初级。320/ 220=1.45A，按每平方3.5A计算，导线截面积为1.45 /3.5=0.41mm2.查漆包线表，取导线截面积为0.43mm2，导线铜心标称直径为0.74mm。实际的电流密度为每平方3.37A

再算次级。由于内圆直径较大，所以计划绕25V的绕组4个。所以次级4个绕组的电压串联为100V，取电流3.2A，仍按每平方3.5A计算，导线截面积为3.2/ 3.5=0.91mm2。取规格为铜心截面积0.985mm2，标称直径为1.12mm的漆包线。实际电流密度为每平方3.25A。

3）、计算每V匝数

N0=(4.5*105)/(9.6*16000) =2.93。取N0=3，即每V匝数为3匝。初级按220V则为660