环形变压器及其应用

2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

图2变压器断续负载情况

图3环形变压器电压调整率与输出功率的关系曲线

图4环形变压器效率与负载率的关系曲线

图5自耦变压器电路图

图6环形变压器的温升与负载率的关系曲线

分数表示，如式（2）所示：ΔU=×100％（2）

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。

表2环形变压器电压调整率变压器功率/VA电压调调整率ΔU/％
（标准型）（经济型）（隔离型）
822
1520
3018
501320.620.6
801216.116.1
1201113.713.7
160811.211.2
22579.39.3
30069.39.3
50047.47.4
62546.76.7
75046.56.5
100045.55.5
150044.9
4．3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。η=（3）

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。

4．4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）。

4．5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

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环形变压器及其应用

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。

4．6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。

4．7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。

表3整流电路与变压器参数电路名称电路图变压器次级电压U2/V变压器次级电流I2/A
双整流电路0.8(Ud＋2)1.8Id
桥式整流电路0.8(Ud＋2)1.8Id
全波中心抽头1.7(Ud＋1)1.2Id
5环形变压器的设计计算

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I1P1===207VA(6)I1===0.94A

3）计算铁心截面积SS=K(cm2)(7)

式中：K——系数与变压器功率有关，K=0.6～0.8，取K=0.75；

PO——变压器平均功率，Po===202VA。则S=0.75=10.66cm2，取S=11cm2。

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。核算所选用的铁心的截面积S=H=×40×10－2=11cm2

4）计算初级绕组每伏匝数N10与匝数N1N10=（匝/V）（8）

式中：f——电源频率（Hz），f=50Hz；

B——磁通密度（T）,B=1.4T。代入得N10==2.9匝/V，取N10=3匝/V，则

N1=N10U1=3×220=660匝。

5）计算次级绕组每伏匝数N20与匝数N2N20=（匝/V）（9）代入得N20==3.23匝/V，则

N2=N