电源变压器设计

(三)变压器的铁心与绕组

为减小交变磁通在铁心中所引起的涡流损耗,铁心一般用厚为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一般取0.9-1.2T,钢片常冲成"III"形,叠装成铁心.绕组套在中间的铁心柱上. 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,所以铁心体积可以缩小.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.

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相互串联或并联.

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,由于原副边绕组紧挨在一起(间隙实际上很小,它等于原副边绕组之间绝缘纸的厚度)部分漏磁通在空气中的路径大受限制,因此漏磁通小.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经过,无空间限制,因此在同样的磁势下漏磁通就大.

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.因为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.为了使变压器副边电压比较稳定,总是设法减小变压器的漏抗.

如果把变压器的原副边绕组分开放置, 则漏抗将大大增加,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.

电源变压器简易设计(四)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利用,甚至损坏.变压器铭牌上的主要额定数据有:

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(一般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,所以副边额定输出电压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.

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,主磁通就逐渐趋向饱和.此时,如果再增加磁通, 即增加U1,则电流就会急剧增加,这样变压器就会因过热而马上烧毁.因此,在使用变压器时,必须注意变压器的额定电压和电源电压要一致.

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.由于铜耗,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.但如果实际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.

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.所以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.因为在变压器中,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. 如果乱用频率, 就有可能变压器损坏.例如一台设计用50Hz,220V电源的变压器,若用25Hz,220V电源,则磁通将要增加一倍,由于磁路饱和,激磁电流剧增,变压器马上烧毁.所以在降频使用时,电源电压必须与频率成正比地下降.另外,在维持磁通不变的条件下,也不能用到400Hz,1600V的电源上.此时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.因为铁耗与频率成1.5-2次方的关系.频率增大时, 铁耗增加很多. 由于这个原因, 一般对于铁心采用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一定的,低压变压器允许的工作电压不超过300-500V. 所以在升频使用时,电源电压不能与频率成正比的增加, 而只能适当地增加.