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· 环形变压器概念-特点-分类-用途-上海废旧变压器回收公司

环形变压器是电子变压器的一大类型已广泛应用于家电设备和其它技术要求较高的电子设备中它的主要用途是作为电源变压器和隔离变压器环形变压器在国外已有完整的系列广泛应用于计算机医疗设备电讯仪器和灯光照明等方面 我国近十年来环形变压器从无到有迄今为止已形成相当大的生产规模除满足国内需求外还大量出口国内主要用于家电的音响设备和自控设备以及石英灯照明等方面 环形变压器由于有优良的性能价格比有良好的输出特性和抗干扰能力因而它是一种有竞争力的电子变压器本文拟就它的特点作一介绍[1] 
目录1概念2特点3分类4设计计算5性能测试6产品特点7产品分类1概念编辑关键词变压器环形变压器环型变压器电源变压器低频变压器变压器设计
2特点编辑电效率高铁心无气隙叠装系数可高达95% 
环形变压器以上
振动噪声较小铁心没有气隙能减少铁心感应振动的噪音绕组均匀紧紧包住环形铁心有效地减小磁致伸缩引起的嗡嗡声
运行温度低由于铁损可以做到1.1W/kg铁损很小铁心温升低绕组在温度较低的铁心上散热情况良好所以变压器温升低
容易安装环形变压器只有中心一个安装螺杆特别容易在电子设备中进行快速安装与拆卸
3分类编辑1标准型电源变压器产品系列容量8~1500VA有较小的电压调整率满载运行温升仅为40℃允许短时超载运行适合于要求高的使用场合 初次级绕组间采用B级130℃的聚酯薄膜绝缘要求至少包三层绝缘带能经受交流4000V1min的耐压试验
2经济型电源变压器产品系列容量50~1500VA
3隔离变压器产品系列容量50~1000VA所有初级引线必须采用双绝缘导线变压器最大温升低于45℃ 此外对医疗用的隔离变压器还要求在初级绕组装有温度保护开关当铁心温度达到120℃时温度保护开关断开当温度恢复正常时开关自动复位合上
环形变压器应用中应注意的问题
41变压器的功率容量 变压器的功率容量是决定铁心尺寸的主要依据在很多场合变压器的负载是间歇性的例如音响设备中的电源变压器这时变压器的体积和重量较连续工作时要减少很多如图2所示负载A段对整个B段而言是较小的一段这时变压器的工作周期比其热时间常数要短很多可用式1计算变压器的额定功率 式中PN变压器额定功率VA PL变压器负载功率VA A接通负载时间 B变压器工作周期
42电压调整率 电压调整率是衡量变压器负载特性的重要指标电压调整率是指当输入电压不变负载电流从零升到额定值时输出电压U2的相对变化值通常以百分数表示如式2所示 式中ΔU电压调整率 U20空载输出电压V U2变压器额定负载时的输出电压V 表2列出加拿大PLITRON公司环形变压器的电压调整率其特性曲线如图3所示电压调整率随变压器容量增大而下降
43环形变压器效率 由于变压器有铁损和铜损输出功率PO总是小于输入功率Pi变压器的效率η如式3所示 图4列出了三组不同功率的变压器效率曲线随着容量增大效率明显增高容量300VA以上的变压器在额定负载下效率可高达95%以上
44自耦变压器 当只要求升压或降压而不要求初级与次级绕组隔离的情况下使用自耦变压器是合适的自耦变压器具有体积小成本低传输功率大等优点用环形铁心绕制自耦变压器因初次级绕组不需绝缘加工十分方便体积重量更小造价更低 要注意的是自耦变压器初次级绕组的公共端COM要接零线这样才安全   自耦变压器电路如图5所示它的额定功率PAH按式4计算PAH=PAO(UH-UL)/UH(VA)4
式中PAO自耦变压器输出功率VA UH高电压绕组电压V UL低电压绕组电压V
45温升问题 环形变压器的温升特性曲线示于图6从图6可看出环形变压器的温升是较低的对标准型系列即便是过载120%温升也不超过70℃ 变压器的温升是由铁损和铜损两部分决定的对叠片式变压器这两部分基本相等但环形变压器由于采用优质冷轧硅钢片绕制并配合良好的退火工艺其铁心损耗仅为全部损耗的10~20%所以温升主要由绕组铜耗决定合理的设计是初次级绕组的功耗应基本平衡 温升也与散热面积关系很大由于环形变压器铁心温升低绕组在整个铁心上均匀绕制散热面积和散热条件都比较好因此能获得较低的温升
46合闸电流 一般变压器在合闸时都会产生很大的合闸冲击电流而环形变压器由于没有气隙和具有高磁导率则会造成更大的合闸电流300VA以下的环形变压器可以用一般熔断器作保护但为了防止合闸电流烧断熔断器选择熔断器的电流应比变压器初级电流大8~10倍300VA以上的环形变压器要考虑使用慢速熔断器或温度熔断器作保护有时为了降低该冲击电流可以将变压器磁通密度B值取低些
47变压器与整流电路 大多数作电源用的环形变压器都与整流电路相连现将最常用的整流电路和变压器次级电压U2次电流I2与直流电压Ud直流电流Id的关系列在表3中供设计时参考
4设计计算编辑通过设计一台50Hz石英灯用的电源变压器
其初级电压U1=220V次级电压U2=11.8V次级电流I2=16.7A电压调整率ΔU≤7%来说明计算的方法和步骤
1计算变压器次级功率P2 P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)
2计算变压器输入功率P1设变压器效率η=0.95与输入电流I1
式中K系数与变压器功率有关K=0.6~0.8取K=0.75 根据现有铁心规格选用铁芯尺寸为高H=40mm内径Dno=55mm外径Dwo=110mm 式中f电源频率Hzf=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选择导线线径 绕组导线线径d按式(10)计算 式中I通过导线的电流A j电流密度j=2.5~3A/mm2 当取j=2.5A/mm2时代入式(10)得 用两条d=2.12mm考虑绝缘漆最大外径为2.21mm导线并绕因为Φ2.94导线的截面积Sd2=6.78mm2而d=2.12mm导线的截面积为3.53mm2两条并联后可德截面积为2×3.53=7.06mm2完全符合要求且裕度较大6环形变压器的结构计算 环形变压器的绕组是用绕线机的绕线环在铁心内作旋转运动而绕制的因此铁心内径的尺寸对加工过程十分重要结构计算的目的就是检验绕完全部绕组后内径尚余多少空间若经计算内径空间过小不符合绕制要求时可以修改铁心尺寸只要维持截面积不变电性能也基本不变 已知铁心内径Dno=55mm图7中各绝缘层厚度为to=1.5mmt1=t2=1mm
1计算绕完初级绕组及包绝缘后的内径Dn2 计算初级绕组每层绕的匝数n1 式中Dn1铁心包绝缘后的内径Dn1=Dno-2t0=55-(2×1.5)=52mm kp叠绕系数kp=1.15 则初级绕组的层数Q1为 初级绕组厚度δ1为
2计算次级绕组的厚度δ2 计算次级绕组每层绕的匝数n2考虑到次级绕组是用2×d2=2×2.21mm导线并绕则 可见绕完绕组后内径还有裕量所选铁芯尺寸是合适的
5性能测试编辑为检验设计方法的准确性对按设计参数制成的环形变压器样品进行了性能测试结果如下
71空载特性测试 测量电路如图8所示测得的数据列于表4按照表4的数据绘出图9所示的空载特性曲线 从变压器的空载特性看出设计符合要求在额定工作电压220V时工作点为A变压器的空载电流只有13.8mA即使电源电压上升到240V变压器工作在B点铁心还未饱和有较大的裕度
72电压调整率测量 变压器在空载时测得的次级空载电压U20=12.6V当通以额定电流I2=16.7A时次级输出电压为U2=11.8V按式2计算电压调整率为 变压器电压调整率达到ΔU<7%的指标
73温升试验 用电阻法对变压器绕组进行温升试验在通电4h变压器温升稳定后进行测试并按式12计算绕组平均温升Δτm 测量的数据及计算结果列于表5 从温升试验结果看出所设计的变压器已达到标准型温升标准即Δτm<40℃初次级绕组温升基本相等即两绕组功耗较均衡
74绝缘性能试验 1绝缘电阻 用500V摇表测试绝缘电阻初次级绕组之间的绝缘电阻在常态下均大于100MΩ 2抗电强度 变压器初级与次级绕组之间能承受50Hz4000V有效值电压1min而无击穿和飞弧限定漏电流为1mA此项试验证明变压器的抗电强度达到IEC标准
8结语 环形变压器以其优良的性能和有竞争力的性能价格比可以预期它会在较大领域内取代传统的叠片式变压器随着环形变压器技术性能进一步提高它将会在电子变压器领域中有更广阔的应用前景
6产品特点编辑环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片片厚一般为0.35mm以下无缝地卷制而成这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心环形变压器的线圈均匀地绕在铁心上线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合与叠片式相比激磁能量和铁心损耗将减小25%由此带来了下述一系列的优点
1电效率高铁心无气隙叠装系数可高达95%以上铁心磁导率可取1.5~1.8T叠片式铁心只能取1.2~1.4T电效率高达95%以上空载电流只有叠片式的10%
2外形尺寸小重量轻环形变压器比叠片式变压器重量可以减轻一半只要保持铁心截面积相等环形变压器容易改变铁心的长宽高比例可以设计出符合要求的外形尺寸
3磁干扰较小环形变压器铁心没有气隙绕组均匀地绕在环形的铁心上这种结构导致了漏磁小电磁辐射也小无需另加屏蔽都可以用到高灵敏度的电子设备上例如应用在低电平放大器和医疗设备上
4振动噪声较小铁心没有气隙能减少铁心
7产品分类编辑根据国外文献介绍环形变压器可分为标准型经济型及隔离型等三类各类的特点是[2] 
标准型电源变压器产品
系列容量8~1500VA有较小的电压调整率满载运行温升仅为40℃允许短时超载运行适合于要求高的使用场合初次级绕组间采用B级130℃的聚酯薄膜绝缘要求至少包三层绝缘带能经受交流4000V1min的耐压试验
经济型电源变压器产品
系列容量50~1500VA在保证性能的基础上力求降低造价适用于连续运行而不超载的使用场合运行温升为60℃绝缘材料等级为A级105℃当满负载时输出电压误差小于3%
隔离变压器产品
系列容量50~1000VA又可分为工业用和医疗设备用两系列隔离变压器着重是它的绝缘性能初级与次级间用B级绝缘的聚酯薄膜至少包扎4层击穿电压大于4000V所有初级必须引线采用双绝缘导线变压器最大温升低于45℃
医疗用的隔离变压器
医疗用的隔离变压器除符合上述的要求外还要符合UL544标准即初级和次级绕组应具有热保护绕组与接地铜屏蔽间隔距离应大于13mm

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