小型电压变压器的设计与制作

小型电源变压器的设计与制作

这里介绍的是适用于50Hz、容量在500V A以下的单相电源变压器的简易设计方法。设计电源变压器前，应了解所设计的电源的技术参数要求，如初级、次级电压、电流、整流电路类型、性质等等。

小型电源变压器的主要制作材料是硅钢片和漆包线。常用硅钢片的品种和电磁性能见表1。硅钢片是在铁中加入0.8~4.5%硅而形成的一种磁性材料，掺入硅以后，可以提高电阻率，并有利于奋力有害杂质、提高磁导率、降低铁损，但硬度和脆性增高，导热系数降低，对机械加工和散热不利。电源变压器适用的硅钢片厚度为0.35mm和0.5mm两种，厚度越薄，铁损越小，变压器发热越少，效率越高，若遇工作频率较高的场合，应选用0.05~0.20mm的规格。

表1 常用硅钢片的品种及其电磁性能

硅钢品种代号

厚度

（mm）

铁损（W/kg）不大于

磁感应强度不小于叠装

系数

（%）

密度

（g/cm3）

弯曲

次数

B10B25B50B100

P10/50P15/50P17/50（Wb/m2）

热轧硅钢片D21 0.50 2.5 6.1 1.48 1.59 1.78 92 7.70 －D22 0.50 2.2 5.3 1.51 1.61 1.74 92 7.70 －D23 0.50 2.1 5.1 1.54 1.64 1.76 92 7.70 －

D32 0.50 1.8 4.0 1.50

1.61

1.74 91 7.65 4

D32 0.35 1.4 3.2 1.50 1.61 1.74 90 7.65 5 D42 0.50 1.35 3.15 1.45 1.56 1.68 91 7.55 1 D43 0.50 1.20 2.90 1.44 1.55 1.67 91 7.55 1 D42 0.35 1.15 2.80 1.45 1.56 1.68 90 7.55 1.5 D43 0.35 1.05 2.50 1.43 1.54 1.66 90 7.55 1.5

冷轧硅钢片

无

取

向

W21 0.50 2.3 5.3 1.54 1.64 96 7.75 －W22 0.50 2.0 4.7 1.52 1.62 96 7.75 －W32 0.50 1.6 3.6 1.50 1.60 95 7.65 5 W33 0.50 1.4 3.3 1.50 1.60 95 7.65 5 W32 0.35 1.25 3.1 1.48 1.58 94 7.65 5 W33 0.35 1.05 2.7 1.48 1.58 94 7.65 5 单

取

向

Q3 0.35 0.7 1.6 2.3 1.67 1.80 1.86 95 7.65 3

Q4 0.35 0.6 1.4 2.0 1.72 1.85 1.90 957.65 3

Q5 0.35 0.55 1.2 1.7 1.76 1.88 1.92 957.65 3

Q6 0.35 0.44 1.1 1.51 1.77 1.92 1.96 957.65 3

表1中各参数的解释如下：

1．铁损当电感元件通有交流电流时，线圈铁芯中会出现两种损耗：其一是铁磁材料

会被交流电流产生的磁场反复磁化，引起铁芯内部分子之间的摩擦和碰撞，产生热量，由此

引起的铁心损耗叫做“磁滞损耗”；再则，铁心是导体，在交变磁场中会感应出交变的漩涡状感生电流，称为“涡流”，涡流在铁芯中流动，使铁芯发热，消耗电能，形成涡流损耗。涡流损耗和磁滞损耗统称为铁损。铁损与交流电的频率有关，频率越高，损耗越大；铁损还与磁感应强度有关，磁感应强度越高，铁损越大。硅钢片的铁损是在温度为200C、磁感应强度随时间按正弦规律变化的条件下测定的，在工程中铁损用P10/50、P15/50、P17/50表示，其中下脚标表示测定条件为交流频率50Hz、磁感应强度分别为1.0T（特斯拉）、1.5T、1.7T，其数值为每千克硅钢片的消耗功率（瓦特）。

另外，变压器还存在铜损，因为大多数变压器的线圈是用漆包线绕制的，电流通过导线电阻会产生热效应，消耗能量，形成铜损（由于变压器导线一般为铜导线，故将导线电阻形成的损耗一概叫做铜损），铜损与铁心材料无关。铜损也使变压器温度升高，效率降低。

2．不同磁场强度下的磁感应强度铁心温度为20℃，将铁心试样设置在退磁状态，在标定频率（50Hz）下磁感应强度按正弦规律变化，当交流磁场（即磁动势，单位为A/m）的峰值达到某一标定值时，铁芯试样磁感强度的峰值为标准磁感强度（简称磁感应强度或磁感），单位为T。例如B10为交变磁场的峰值但到10安培/米时，硅钢片中磁感应强度的值（特斯拉），它反映了电流激励硅钢片磁场的能力。

3．叠装系数硅钢片的表面涂有薄薄的一层绝缘漆，当紧密地叠装成变压器铁芯时，彼此之间保持绝缘，这样可以减小铁芯中的涡流，提高变压器的工作效率。但绝缘漆和片间间隙的存在，必然减小铁心的有效截面积。变压器铁芯的有效截面积和实际截面积之比叫做碟片系数。

4．弯曲次数弯曲次数是用肉眼观察到硅钢片上第一次出现裂纹前反复弯曲的次数，它代表了硅钢片的延展性。

绕制变压器绕组的漆包线参数参见本书之“机电元件”一章中有关导线的相关内容。

除漆包线和硅钢片以外，制作小型电源变压器的材料还有线圈骨架、绝缘纸、引出线以及引出线作法中需要的锡焊材料、绝缘材料等等。

GE型铁心单相电源变压器的设计

硅钢片是利用冲床冲制而成的，一般硅钢片的冲片规格都符合国家的统一标准，为标准件。按照所选用硅钢片形状区分，常见的电源变压器一般采用E形铁芯和环形铁心，本文首先介绍E型铁心电源变压器的设计与制作。图2为E型铁心尺寸规格图，其厚度按照表1所列钢材规格而定（有0.5mm和0.35mm等规格），表2列出了部分常用硅钢片几何参数值，其中A叫做硅钢片的舌宽，l为平均磁路长度，S0为窗口面积。表2中除S0的单位为平方厘米外，其余均为毫米。

一些功率较大的小型电源变压器的骨架需要用布胶版或硬纸板制作，但常用的100W以下小型电源变压器的骨架已经用塑料制成成品，连同冲制好的硅钢片一道出售，可以在市场上直接采购。绝缘纸是用来增强线圈的层间绝缘和绕组之间绝缘用的，常用的绝缘纸有电话纸、电缆纸、电容器纸和黄蜡绸等。使用了绝缘纸以后，线圈的体积将增大，所用漆包线长度增加，会增加制作成本。当采用的漆包线直径较粗、表面绝缘器较厚的情况下，绕线整齐时可以不在层间使用绝缘纸，但引出线与绕组之间，以及各绕组之间都必须使用绝缘纸，以增强绝缘性能。有些市场上出售的骨架结构合理，绕组之间已经用骨架间隔分离，完全可以省略绝缘纸，但在绕制线圈初始仍然加垫少量绝缘纸，当作线圈的软衬垫使用。无论采用什么骨架，引出线与漆包线的连接点必须作恢复绝缘的技术处理，引出线与线圈之间必须用绝缘纸隔离。

自制骨架时，往往要将各绕组重叠绕制在骨架上，此时，各绕组之间除了要用足够的绝