干货分享 | 电源变压器设计及制作步骤

 

电源变压器的功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离，作为一种主要的软磁电磁元件，在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。根据传送功率的大小，电源变压器可以分为几档：10kVA以上为大功率，10kVA～0.5kVA为中功率，0.5kVA～25VA为小功率，25VA以下为微功率。传送功率不同，电源变压器的设计也不一样，应当是不言而喻的。有人根据它的主要功能是功率传送，把英文名称“Power Transformers”译成“功率变压器”，在许多文献资料中仍然在使用。究竟是叫“电源变压器”，还是叫“功率变压器”好呢？有待于科技术语方面的权威机构来选择决定。
 

从外形识别 常用电源变压器的铁芯有E形和C形两种。E形铁芯变压器呈壳式结构(铁芯包裹线圈)，采用D41、D42优质硅钢片作铁芯，应用广泛。C形铁芯变压器用冷轧硅钢带作铁芯，磁漏小，体积小，呈芯式结构(线圈包裹铁芯)。
 

输出和输入共用一组线圈的特殊变压器.升压和降压用不同的抽头来实现.比共用线圈少的部分抽头电压就降低.比共用线圈多的部分抽头电压就升高。
 

其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈```一般的变压器是左边一个原线圈通过电磁感应，使右边的副线圈产生电压，自耦变压器是自己影响自己。
 

自耦变压器是只有一个绕组的变压器，当作为降压变压器使用时，从绕组中抽出一部分线匝作为二次绕组;当作为升压变压器使用时，外施电压只加在绕组的—部分线匝上。通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组，自耦变压器的其余部分称为串联绕组，同容量的自藕变压器与普通变压器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且变压器容量越大，电压越高。这个优点就越加突出。因此随着电力系统的发展、电压等级的提高和输送容量的增大，自藕变压器由于其容量大、损耗小、造价低而得到广泛应用。
 

由电磁感应的原理可知,变压器并不要有分开的原绕组和副绕组,只有一个线圈也能达到变换电压的目的。在图1中,当变压器原绕组W1接入交流电源U1时,变压器原绕组每匝的电压降,电压平均分配在变压器原绕组1,2,变压器副绕组W2的电压等于原绕组每匝电压乘以3,4的匝数.在U1不变的下,变更W1和W2的比例,就得到不同的U2值。这种原,副绕组直接串联,自行偶合的变压器就叫自藕变压器,又叫单圈变压器。

 

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,也就是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一般在0.8～0.9之间,变压器的功率等于初,次级功率之和的一半,也就是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。
 

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;一般硅钢片,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N增加5%～10%,也就是N在1.05N～1.1N之间选取。
 

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。一般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。如果放不下,可以加大一号铁心,如果太空,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之间,线圈是放得下的。各参数的计算公式如下: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)电源变压器简易设计(二)GEI铁心规格
 

 

①制作木芯木芯是为了将线圈框架固定在绕线机上便于绕线的一种辅助工具。其长宽略大于铁心截面的长宽，高度大于铁心窗口的高度。木芯中间的固定孔一定要打正，免得绕线时晃动歪斜，影响绕线的速度和质量。木芯宜使用干燥的软质杨木加工。
 

②制作线圈框架线圈框架用0.5-1.Omm的绝缘纸板、塑料板或胶木板制作。为防止绕组塌落，在两端加装护线板。木芯和线圈框架结构如图5所示。其内径尺寸略大于铁心截面，高度略小于铁心窗口高度。
 

③选择绝缘材料剪裁一些层间和绕组间的绝缘纸，宽度与铁心的窗口高度相同，长度以能把各层线圈的全部导线包裹起来为度。一般绝缘材料用一层聚脂薄膜或两层电话纸，绕组间绝缘用两层电缆纸加一层聚脂薄膜

④选择漆包线绕制线圈的漆包线要选用高强度漆包线，不宜采用油基漆包线，防止线间、层间击穿。绕制时的各引出线及抽头之间的距离尽量远离，防止打火。
 

⑤绕线要求线圈要绕得紧密整齐，匝间无空隙，每匝绕完后要保持为矩形，不可重叠。
 

⑥绕线方法将术芯连同框架一起装在绕线机的轴上，两端用螺母紧固，然后在框架上包覆内层绝缘
 

⑦绕组的检查检查各绕组的直流电阻，不应有短路、断路现象;有条件时，用线圈匝数测量仪检测绕组匝数，看是否符合设计要求;用500-1000V兆欧表检查各绕组间的绝缘电阻，应在100-50OMΩ之间。
 

⑧烘干和浸漆把整个绕组(线包)放在烘干箱中，保持60-80℃温度烘烤3-5小时，取出后立即放入绝缘漆中浸渍1小时，之后风干备用。

⑨装配铁心要求:装配牢固才能满足铁心有效截面积计算要求，消灭额外发热和硅钢片抖动杂声;
 

编辑总结：几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等。