电源设计指南——变压器的要求和技术参数解析

铁心材料损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，涡流损耗与铁心材料电阻率有关。电阻率越大，涡流损耗越校MnZn软磁铁氧体电阻率为108— 109μΩcm，在高频中涡流损耗小，在电源中的高频变压器中应用占优势，铁基非晶合金电阻率为130——150μΩcm，硅钢电阻率为20— 40μΩcm，比MnZn软磁铁氧体小106—107倍，在高频中涡流大。如果要在电源中的高频变压器中应用，必须采取措施，例如减少金属铁心材料的厚度，现在各种工作频率的变压器使用的金属铁心材料的带材厚度一般是：工频50HZ—60HZ用0.50—0.23mm（500—230μm），中频 400HZ至1kHZ用0.20—0.08mm（200—80μm），1kHZ至20kHZ用0.10-0.025mm（100-25μm），中高频 20kHZ至100kHZ用0.05-0.015mm（50-15μm），高频100kHZ至1MHZ用 0.02-0.005mm（20-5μm），1MHZ以上用小于5μm。铁基非晶合金由于喷带设备原因，带厚一般为40—25μm，在工频50HZ至中频 400HZ—20kHZ时都可使用。用于中高频和高频的铁基纳米晶合金，带厚一般都小于18μm。以前人有认为：铁心的填充系数与金属铁心材料的带厚有关，并且提出一个计算的经验公式，把铁心材料的带厚作为决定铁心填充系数的唯一因数。现在看来，这个计算铁心填充系数的经验公式并不完全成立。因为，铁心填充系数并不只由铁心材料带厚一个因数决定，还受涂层厚度、带材平整度和带材均匀度等其他因数影响。按照经验公式计算，铁基非晶合金带厚25μm时，填充系数达不到0.80，而现在用25μm厚铁基非晶合金带材加工成的变压器铁心，填充系数一般都大于0.86，甚至还达到0.90。

　　电源中变压器线圈损耗是负载损耗的主要部份。线圈损耗决定于导电材料的电阻率。现在电源中变压器的导电材料绝大多数采用铜。而不用铝，原因就是铜的电阻率小，造成的线圈损耗小，在有些体积小的高频平面变压器和薄膜变压器中，导电材料还采用电阻率更小的金和银。这是因为变压器的体积小，散热面积小，要求线圈损耗更小，才能保证平面变压器和薄膜变压器的线圈温升不会超过规定的允许值。

　　2.4降低成本

　　降低成本是电源变压器作为商品的一个重要要求，有时甚至是决定性的要求。因为在商品竞争中性能价格比是产品的主要指标。不注意降低成本，不注意降低价格，往往会在商品竞争中被淘汰。

　　电源中变压器成本包括材料成本、制造成本和管理成本。材料成本在总成本中一般占有40%至60%，是最重要的部份。材料成本中铁心材料和导电材料成本又占 80%左右。因此铁心材料和导电材料的市场动向，价格变化情况对电源中变压器成本具有重大影响。降低材料成本，还与设计有关。在设计电源中变压器时，应当根据铁心材料和导电材料的价格，调整变压器的用铁心材料量与用导电材料量的比值（铜铁比），使材料成本在现有条件下达到最低。现在采用计算机设计电源中变压器时，追求成本最低，应当成为一个主要限制条件。

　　制造成本也与设计和工艺有关。设计电源中变压器时，不单要考虑铁心材料和导电材料的价格和用量，还要考虑铁心和线圈的结构以及变压器总体结构是否便于加工和装配？需用多少人工工时？需要多少设备和工模具？需要什么检测设备和仪器来控制质量？这些都是变压器设计者应当考虑的。

　　管理成本决定于人力和财力的利用是否充分。充分利用人力，是指提高工时利用率，减少管理人员和工人的比例等。充分利用财力，是指缩短生产周期，减少库存，加快资金流转等。这些主要由经营管理人员负责。但是与变压器设计者也有关系。如果设计的变压器便于加工和装配，可以缩短生产周期。所用的原材料和配件便于采购，可以减少库存。这些都有利于降低管理成本。

　　所以，一个好的电源中变压器设计者，除了了解变压器理论和设计方法而外，还要了解铁心材料、导电材料、绝缘材料、结构材料的价格和市场动向，还要了解铁心、线圈和变压器总体加工和装配工艺，还要了解实现质量控制的检测参数和仪器设备，还要了解生产管理知识和变压器市场动向等等。只有知识全面的变压器设计者，才能设计出性能好，价格合式的变压器产品。

　　3 变压器技术参数

　　下面分析变压器主要技术参数与铁心材料和导电材料之间的关系。

　　3.1变压器容量

　　变压器输入容量W1=U1I1，变压器输出容量W2=U2I2，W2=ηW1，η是变压器效率。

U1是输入电压，也是初级绕组上加的电压U1=2KufN1△BAcKc，Ku是电压波形系数，f是工作频