環(huán)形變壓器產(chǎn)品特點

　　電效率高鐵心無氣隙，疊裝系數(shù)可高達95%以上。

　　振動噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心感應(yīng)振動的噪音，繞組均勻緊緊包住環(huán)形鐵心，有效地減小磁致伸縮

　　引起的“嗡嗡”聲。

　　運行溫度低由于鐵損可以做到1.1W/kg，鐵損很小，鐵心溫升低，繞組在溫度較低的鐵心上散熱情況良好，所以變壓器溫升低。

　　容易安裝環(huán)形變壓器只有中心一個安裝螺桿，特別容易在電子設(shè)備中進行快速安裝與拆卸。

　　環(huán)形變壓器產(chǎn)品分類

　　根據(jù)國外文獻介紹，環(huán)形變壓器可分為標(biāo)準型、經(jīng)濟型及隔離型等三類，各類的特點是：

　　標(biāo)準型電源變壓器產(chǎn)品

　　系列容量8～1500VA，有較小的電壓調(diào)整率、滿載運行溫升僅為40℃，允許短時超載運行，適合于要求高的使用場合。初次級繞組間采用B級(130℃)的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受交流4000V，1min的耐壓試驗。

　　經(jīng)濟型電源變壓器產(chǎn)品

　　系列容量50～1500VA，在保證性能的基礎(chǔ)上力求降低造價，適用于連續(xù)運行而不超載的使用場合，運行溫升為60℃，絕緣材料等級為A級(105℃)，當(dāng)滿負載時輸出電壓誤差小于3%。

　　隔離變壓器產(chǎn)品

　　系列容量50～1000VA，又可分為工業(yè)用和醫(yī)療設(shè)備用兩系列。隔離變壓器著重是它的絕緣性能，初級與次級間用B級絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電壓大于4000V，所有初級必須引線采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器最大溫升低于45℃。

　　醫(yī)療用的隔離變壓器

　　醫(yī)療用的隔離變壓器除符合上述的要求外，還要符合UL544標(biāo)準，即初級和次級繞組應(yīng)具有熱保護，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應(yīng)大于13mm。

　　環(huán)形變壓器注意事項

　　1)標(biāo)準型電源變壓器產(chǎn)品系列容量8～1500VA，有較小的電壓調(diào)整率、滿載運行溫升僅為40℃，允許短時超載運行，適合于要求高的使用場合。 初次級繞組間采用B級(130℃)的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受交流4000V，1min的耐壓試驗。

　　2)經(jīng)濟型電源變壓器產(chǎn)品系列容量50～1500VA。

　　3)隔離變壓器產(chǎn)品系列容量50～1000VA，所有初級引線必須采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器最大溫升低于45℃。 此外對醫(yī)療用的隔離變壓器還要求在初級繞組裝有溫度保護開關(guān)，當(dāng)鐵心溫度達到120℃時，溫度保護開關(guān)斷開，當(dāng)溫度恢復(fù)正常時，開關(guān)自動復(fù)位合上。

　　環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

　　4.1變壓器的功率容量 變壓器的功率容量是決定鐵心尺寸的主要依據(jù)。在很多場合變壓器的負載是間歇性的，例如音響設(shè)備中的電源變壓器。這時變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時要減少很多，如圖2所示負載A段對整個B段而言是較小的一段，這時變壓器的工作周期比其熱時間常數(shù)要短很多，可用式(1)計算變壓器的額定功率。 式中：PN——變壓器額定功率(VA); PL——變壓器負載功率(VA); A——接通負載時間; B———變壓器工作周期。

　　4.2電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率是衡量變壓器負載特性的重要指標(biāo)。電壓調(diào)整率是指當(dāng)輸入電壓不變，負載電流從零升到額定值時，輸出電壓U2的相對變化值，通常以百分數(shù)表示，如式(2)所示： 式中：ΔU——電壓調(diào)整率; U20——空載輸出電壓(V); U2——變壓器額定負載時的輸出電壓(V)。 表2列出加拿大PLITRON公司環(huán)形變壓器的電壓調(diào)整率，其特性曲線如圖3所示，電壓調(diào)整率隨變壓器容量增大而下降。

　　4.3環(huán)形變壓器效率 由于變壓器有鐵損和銅損，輸出功率PO總是小于輸入功率Pi，變壓器的效率η如式(3)所示。 圖4列出了三組不同功率的變壓器效率曲線，隨著容量增大效率明顯增高，容量300VA以上的變壓器，在額定負載下效率可高達95%以上。

　　4.4自耦變壓器 當(dāng)只要求升壓或降壓，而不要求初級與次級繞組隔離的情況下，使用自耦變壓器是合適的。自耦變壓器具有體積小，成本低、傳輸功率大等優(yōu)點，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級繞組不需絕緣，加工十分方便，體積、重量更小，造價更低。 要注意的是自耦變壓器初、次級繞組的公共端(COM)要接零線，這樣才安全。 　 自耦變壓器電路如圖5所示，它的額定功率PAH按式(4)計算。PAH=PAO(UH-UL)/UH(VA)(4)

　　式中：PAO——自耦變壓器輸出功率(VA); UH——高電壓繞組電壓(V); UL——低電壓繞組電壓(V)。

　　4.5溫升問題 環(huán)形變壓器的溫升特性曲線示于圖6，從圖6可看出環(huán)形變壓器的溫升是較低的，對標(biāo)準型系列，即便是過載120%，溫升也不超過70℃。 變壓器的溫升是由鐵損和銅損兩部分決定的，對疊片式變壓器，這兩部分基本相等，但環(huán)形變壓器由于采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞制，并配合良好的退火工藝，其鐵心損耗僅為全部損耗的(10～20)%，所以溫升主要由繞組銅耗決定，合理的設(shè)計是初、次級繞組的功耗應(yīng)基本平衡。 溫升也與散熱面積關(guān)系很大，由于環(huán)形變壓器鐵心溫升低，繞組在整個鐵心上均勻繞制，散熱面積和散熱條件都比較好，因此能獲得較低的溫升。

　　4.6合閘電流 一般變壓器在合閘時都會產(chǎn)生很大的合閘沖擊電流，而環(huán)形變壓器由于沒有氣隙和具有高磁導(dǎo)率則會造成更大的合閘電流。300VA以下的環(huán)形變壓器可以用一般熔斷器作保護，但為了防止合閘電流燒斷熔斷器，選擇熔斷器的電流應(yīng)比變壓器初級電流大8～10倍。300VA以上的環(huán)形變壓器要考慮使用慢速熔斷器或溫度熔斷器作保護，有時為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度B值取低些。

　　4.7變壓器與整流電路 大多數(shù)作電源用的環(huán)形變壓器都與整流電路相連，現(xiàn)將最常用的整流電路和變壓器次級電壓U2、次電流I2與直流電壓Ud直流電流Id的關(guān)系列在表3中，供設(shè)計時參考。

　　環(huán)形變壓器設(shè)計計算

　　通過設(shè)計一臺50Hz石英燈用的電源變壓器，

　　其初級電壓U1=220V，次級電壓U2=11.8V，次級電流I2=16.7A，電壓調(diào)整率ΔU≤7%，來說明計算的方法和步驟。

　　1)計算變壓器次級功率P2 P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)

　　2)計算變壓器輸入功率P1(設(shè)變壓器效率η=0.95)與輸入電流I1

　　式中：K——系數(shù)與變壓器功率有關(guān)，K=0.6～0.8，取K=0.75; 根據(jù)現(xiàn)有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺寸為：高H=40mm，內(nèi)徑Dno=55mm，外徑Dwo=110mm。 式中：f——電源頻率(Hz)，f=50Hz; B——磁通密度(T),B=1.4T。 N2=N20·U2=3.23×11.8=38.1匝，取N2=38匝。 6)選擇導(dǎo)線線徑 繞組導(dǎo)線線徑d按式(10)計算 式中：I——通過導(dǎo)線的電流(A); j——電流密度，j=2.5～3A/mm2。 當(dāng)取j=2.5A/mm2時代入式(10)得 用兩條d=2.12mm(考慮絕緣漆最大外徑為2.21mm)導(dǎo)線并繞。因為Φ2.94導(dǎo)線的截面積Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm導(dǎo)線的截面積為3.53mm2兩條并聯(lián)后可德截面積為：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度較大。 6環(huán)形變壓器的結(jié)構(gòu)計算 環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機的繞線環(huán)在鐵心內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動而繞制的，因此鐵心內(nèi)徑的尺寸對加工過程十分重要，結(jié)構(gòu)計算的目的就是檢驗繞完全部繞組后，內(nèi)徑尚余多少空間。若經(jīng)計算內(nèi)徑空間過小不符合繞制要求時，可以修改鐵心尺寸，只要維持截面積不變，電性能也基本不變。 已知鐵心內(nèi)徑Dno=55mm，圖7中各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。

　　1)計算繞完初級繞組及包絕緣后的內(nèi)徑Dn2 計算初級繞組每層繞的匝數(shù)n1 式中：Dn1——鐵心包絕緣后的內(nèi)徑，Dn1=Dno-2t0=55-(2×1.5)=52mm; kp——疊繞系數(shù)，kp=1.15。 則初級繞組的層數(shù)Q1為 初級繞組厚度δ1為

　　2)計算次級繞組的厚度δ2 計算次級繞組每層繞的匝數(shù)n2，考慮到次級繞組是用2×d2=2×2.21mm導(dǎo)線并繞，則 可見繞完繞組后，內(nèi)徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。

　　環(huán)形變壓器性能測試

　　為檢驗設(shè)計方法的準確性，對按設(shè)計參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品進行了性能測試，結(jié)果如下。

　　7.1空載特性測試 測量電路如圖8所示。測得的數(shù)據(jù)列于表4，按照表4的數(shù)據(jù)，繪出圖9所示的空載特性曲線。 從變壓器的空載特性看出設(shè)計符合要求，在額定工作電壓220V時(工作點為A)，變壓器的空載電流只有13.8mA，即使電源電壓上升到240V變壓器工作在B點鐵心還未飽和，有較大的裕度。

　　7.2電壓調(diào)整率測量 變壓器在空載時測得的次級空載電壓U20=12.6V，當(dāng)通以額定電流I2=16.7A時，次級輸出電壓為U2=11.8V，按式(2)計算電壓調(diào)整率為 變壓器電壓調(diào)整率達到ΔU<7%的指標(biāo)。

　　7.3溫升試驗 用電阻法對變壓器繞組進行溫升試驗，在通電4h變壓器溫升穩(wěn)定后進行測試，并按式(12)計算繞組平均溫升Δτm。 測量的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果列于表5 從溫升試驗結(jié)果看出所設(shè)計的變壓器已達到標(biāo)準型溫升標(biāo)準，即Δτm<40℃，初次級繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡。

　　7.4絕緣性能試驗 1)絕緣電阻 用500V搖表測試絕緣電阻，初次級繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100MΩ。 2)抗電強度 變壓器初級與次級繞組之間能承受50Hz，4000V(有效值)電壓1min，而無擊穿和飛弧。限定漏電流為1mA，此項試驗證明變壓器的抗電強度達到IEC標(biāo)準。

　　8結(jié)語 環(huán)形變壓器以其優(yōu)良的性能和有競爭力的性能價格比，可以預(yù)期它會在較大領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的疊片式變壓器，隨著環(huán)形變壓器技術(shù)性能進一步提高，它將會在電子變壓器領(lǐng)域中有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　環(huán)形變壓器節(jié)能效益

　　效率高

　　環(huán)形變壓器鐵芯是由不間繼的連續(xù)有取向硅鋼帶繞制而成，經(jīng)退火后會形成高度一致的磁通導(dǎo)向，同時環(huán)形變壓器的繞組是緊密覆蓋著環(huán)形鐵芯進行繞制的，磁通密度較高，因為環(huán)形變壓器可達到95%的高電氣效率。

　　環(huán)形變壓器產(chǎn)品優(yōu)點

　　環(huán)形變壓器的鐵心是用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片(片厚一般為0.35mm以下)，無縫地卷制而成，這就使得它的鐵心性能優(yōu)于傳統(tǒng)的疊片式鐵心。環(huán)形變壓器的線圈均勻地繞在鐵心上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，與疊片式相比激磁能量和鐵心損耗將減小25%，由此帶來了下述一系列的優(yōu)點。

　　1)電效率高鐵心無氣隙，疊裝系數(shù)可高達95%以上，鐵心磁導(dǎo)率可取1.5～1.8T(疊片式鐵心只能取1.2～1.4T)，電效率高達95%以上，空載電流只有疊片式的10%。

　　2)外形尺寸小，重量輕環(huán)形變壓器比疊片式變壓器重量可以減輕一半，只要保持鐵心截面積相等，環(huán)形變壓器容易改變鐵心的長、寬、高比例，可以設(shè)計出符合要求的外形尺寸。

　　3)磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒有氣隙，繞組均勻地繞在環(huán)形的鐵心上，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了漏磁小，電磁輻射也小，無需另加屏蔽都可以用到高靈敏度的電子設(shè)備上，例如應(yīng)用在低電平放大器和醫(yī)療設(shè)備上。

　　4)振動噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心