电源变压器的设计方法及过程

电源变压器是低频变压器. 本文介绍的方法适合50Hz一千瓦以下普通交流变压器的设计.

(1) 电源变压器的铁心. 它采用硅钢片. 硅钢片越薄,功率损耗越小,效果越好.整个铁心是有许多硅钢片叠成的,每片要绝缘.买来的硅钢片, 表面有一层不导电的氧化膜, 有足够的绝缘能力.国产小功率变压器常用标准铁心片规格见后续文章.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

(2) 电源变压器的简易设计.设计一个电源变压器,主要是根据电功率选择变压器铁心的截面积,计算初次级各线圈的圈数等.所谓铁心截面积Ｓ是指硅钢片舌的标准尺寸ａ和叠加起来的总厚度b的乘积.电源变压器的初级电压是U1,次级有n个组,各组电压分别是U21,U22,┅,U2n, 各组电流分别是I21,I22,┅,I2n,...计算步骤如下:    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

第一步,计算次级的功率P2.次级功率等于次级各组功率的和,也 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η,那么初级功率P1=P2/η,η在0.8～0.9.变压器的功率等于初,次级功率之和的一半,也P=(P1 P2)/2
第三步, 查铁心截面积Ｓ.根据变压器功率,由式(2.1)计算出铁心截面积S,并且从国产小功率变压器常用的标准铁心片规格表中选择铁心片规格和叠厚.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

第四步, 确定每伏圈数N.根据铁心截面积S和铁心的磁通密度B,由式(2.2)得到初级线圈的每伏圈数N.铁心的B值可以这样选取: 质量优良的硅钢片,取11000高斯;硅钢片,取10000高斯;铁片,取7000高斯.考到导线电阻的压降, 次级线圈每伏圈数N'应该比N5%～10%,也N'在1.05N～1.1N选取.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

第五步,初次级线圈的计算.初级线圈N1=N*U1.次级线圈N21=N'*U21,N22=N'*U22 ┅,N2 =N'*U2n.
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,由式(2.3)可以得到各组线圈的导线直径.电源变压器的电流密度可以选用3安/毫米?
第七步, 校核. 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.放不下,可以加大一号铁心,太空,可以减小一号铁心.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, 线圈是放得下的.各参数的计算公式如下:    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

ln(S)=0.498*ln(P) 0.22 ┅(2.1)
ln(N)=-0.494*ln(P)-0.317*ln(B) 6.439┅(2.2)
ln(D)=0.503*ln(I)-0.221┅(2.3)
变量说明:
P: 变压器的功率. 单位: 瓦(W)
B: 硅钢片的工作磁通密度. 单位: 高斯(Gs)
S: 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)
I: 使用电流. 单位: 安(A)
D: 导线直径. 单位: 毫米(mm)    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

GEI铁心规格

铁心片 铁心规格 尺 寸(mm) 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
──────────────────────────────    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

铁心片 铁心规格 尺 寸(mm) 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 5 8.5 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 53 106 87 6 9.5 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 22 105 61 123 101 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 26 124 72 144 118 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
─────────────────────────────────────

变压器的铁心与绕组    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

为减小交变磁通在铁心中所引起的涡流损耗,铁心用厚为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取0.9-1.2T,钢片常冲成"III"形,叠装成铁心.绕组套在的铁心柱上. 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,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.
   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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
或副边绕组可分别串联或并联.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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,原副边绕组紧挨在一起(间隙上很小,它等于原副边绕组绝缘纸的厚度)部分漏磁通在空气中的路径大受限制,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,无空间限制,在同样的磁势下漏磁通就大.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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.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.使变压器副边电压比较稳定,总是设法减小变压器的漏抗.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

把变压器的原副边绕组分开放置, 则漏抗将大大,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.

变压器的铭牌与使用

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,甚至损坏.变压器铭牌上的主要额定数据有:    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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(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,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.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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,主磁通就趋向饱和.,再磁通, 即U1,则电流就会急剧,这样变压器就会因过热而马上烧毁.,在使用变压器时,注意变压器的额定电压和电源电压要一致.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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.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.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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.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.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. 乱用频率, 就有变压器损坏.例如一台设计用50Hz,220V电源的变压器,若用25Hz,220V电源,则磁通将要一倍,磁路饱和,激磁电流剧增,变压器马上烧毁.在降频使用时,电源电压与频率成正比地下降.,在维持磁通不变的条件下,也不能用到400Hz,1600V的电源上.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.    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

铁耗与频率成1.5-2次方的关系.频率增大时, 铁耗. 原因, 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的,低压变压器允许的工作电压不超过300-500V. 在升频使用时,电源电压不能与频率成正比的, 而只能适当地.   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》