工頻試驗(yàn)變壓器工作原理解析

 工頻變壓器被大家稱為低頻變壓器,以示與開關(guān)電源用高頻變壓器有區(qū)別，工頻變壓器在過去傳統(tǒng)的電源中大量使用，而這些電源的穩(wěn)定方式又是采用線性調(diào)節(jié)的，所以那些傳統(tǒng)的電源又被稱為線性電源。

  工頻一般指市電的頻率,在我國是50Hz,其他國家也有60Hz的。而可以改變這個(gè)頻率交流電的電壓的變壓器,就是叫工頻變壓器了。

工頻變壓器的原理非常簡單，理論上推導(dǎo)出相關(guān)計(jì)算式也不復(fù)雜,所以大家形成了看法:太簡單了，就那三、四個(gè)計(jì)算公式,沒什么可研究的.設(shè)計(jì)時(shí)只要根據(jù)那些簡單的公式,立馬成功。

　　我認(rèn)為上面的認(rèn)識(shí)既有可取之處,也有值得研究的地方.可取之處:根據(jù)計(jì)算式,可以很快就計(jì)算出結(jié)果,解決了問題;值得研究的地方是:你是否了解自己設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品性能?設(shè)計(jì)合理嗎?設(shè)計(jì)優(yōu)化過嗎?經(jīng)濟(jì)性如何?

　　舉個(gè)例子吧,根據(jù)功率選鐵芯規(guī)格就是個(gè)很繁雜的問題,因?yàn)樯婕暗囊蛩乇容^多.有些書推薦采用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式去選取:

　　S = K·Sqrt（P） （1）

　　定下S后,然后進(jìn)行其它的計(jì)算.這確實(shí)是一種實(shí)用的方法,但也要認(rèn)識(shí)到,這也是一種簡化了的設(shè)計(jì)方法,大多數(shù)情況下存在著浪費(fèi).這種設(shè)計(jì)方法對(duì)業(yè)余愛好者來說用不著討論（只是偶爾設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器自己用）,但對(duì)企業(yè)來說,值得討論,產(chǎn)品中大批量采用這種設(shè)計(jì)時(shí),體現(xiàn)的是降低了經(jīng)濟(jì)效益。

工頻變壓器的設(shè)計(jì)選材

從節(jié)約能源及原材料的角度，可采取以下建議：

　　1、減少銅的用量，有兩個(gè)方面可以實(shí)現(xiàn)，一是減少線徑這就意味著銅阻增大，銅損損耗就會(huì)增大。二是減少圈數(shù)，就會(huì)使空載電流增大，同樣空載損耗就會(huì)加大，如果變壓器長時(shí)間的處于通電待機(jī)狀態(tài)，電力資源的浪費(fèi)是非常大的。每年我國因?yàn)榧矣秒娖鞯拈L期處于待機(jī)通電狀態(tài)造成的電力浪費(fèi)以數(shù)十億元計(jì)。

　　2、變壓器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使銅損和鐵損相等，這樣變壓器的損耗zui低，工作zui穩(wěn)定，如果一個(gè)變壓器設(shè)計(jì)完后，由于為節(jié)省銅線，而采取小號(hào)的線徑和減少圈數(shù)的方法，使得鐵心窗口還有很多的空間余量，這樣就說明鐵心的尺寸選擇的過大，造成了鐵心的浪費(fèi)，由于鐵心的規(guī)格大，繞線的平均周長也大，同樣會(huì)造成銅線的用量增加。根據(jù)現(xiàn)在的價(jià)格，鐵心的成本要高于銅線的成本。

　　所以在設(shè)計(jì)時(shí)，在保證性能滿足客戶的要求的情況下，應(yīng)盡量選擇小號(hào)的鐵心，能用41的，就絕不用48的。關(guān)于空載電流，從節(jié)省待機(jī)的損耗上考慮，還是盡量低的好。

　　工頻變壓器的設(shè)計(jì)繞制

　　各種家用電器中，工頻變壓器無論是自行設(shè)計(jì)繞制，還是修復(fù)燒壞的變壓器，都涉及到部分簡單的計(jì)算，教科書上的計(jì)算公式雖然嚴(yán)謹(jǐn)，但實(shí)際運(yùn)用時(shí)顯得復(fù)雜，不甚方便。本文介紹實(shí)用的變壓器計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式。

　　1.鐵芯的選擇

　　根據(jù)自己需要的功率選擇合適的鐵芯是繞制變壓器的*步。如果鐵芯（硅鋼片）選用過大，將導(dǎo)致變壓器體積增大，成本升高，但鐵芯過小，會(huì)增大變壓器的損耗，同時(shí)帶負(fù)載能力變差。

　　為了確定鐵芯尺寸，首先要算出變壓器次級(jí)的實(shí)際消耗功率，它等于變壓器次級(jí)各繞組電壓、負(fù)載電流的乘積之和。如果是全波整流變壓器，應(yīng)以變壓器次級(jí)電壓的1/2計(jì)算。次級(jí)繞組消耗功率加入變壓器本身損耗功率，即為變壓器初級(jí)視在功率。一般次級(jí)繞組功率在10w以下的變壓器，其本身損耗可達(dá)次級(jí)實(shí)際消耗功率的30～50%，其效率僅為50～70%。次級(jí)繞組功率在30W以下?lián)p耗約20～30%，50W以下?lián)p耗約15～20%，100w以下?lián)p耗約10～15%，100W以上損耗約10%以下，上述損耗參數(shù)是關(guān)于普通插片式變壓器的。如果按照R型變壓器、c型變壓器、環(huán)形變壓器的順序，損耗參數(shù)依次減小。

　　根據(jù)上述計(jì)算的變壓器初級(jí)總功率可以選定鐵芯。鐵芯面積S=a×b（cm2）.如附圖所示。變壓器視在功率與s的關(guān)系用下述經(jīng)驗(yàn)公式選用：s=K√P1

　　P1為變壓器初級(jí)總視在功率，單位為：VA（伏安），s為應(yīng)選鐵芯截面積，K為一系數(shù)，隨變壓器Pl大小不同選用不同的值。同時(shí)考慮到硅鋼片之間的絕緣漆、空隙的影響，K與P1關(guān)系為：

　　P1 K值

　　10VA以下 2～2.2

　　50VA以下 2～1.5

　　lOOVA以下 1.5～1.4

　　2.每伏匝數(shù)計(jì)算

　　選定鐵芯s以后。再確定每伏匝數(shù)，以使繞制的變壓器有臺(tái)理的激磁電流。常用的經(jīng)驗(yàn)公式為：N=（40～55）/S，N為每伏匝數(shù)。

　　根據(jù)不同質(zhì)量的硅鋼片選取系數(shù)40～55。比較的高硅鋼，用眼觀察表面有鱗片結(jié)晶.且極脆，只彎折1～2次即斷裂，斷處參差不齊，系數(shù)取為40。若硅鋼片表面光潔，彎折4～5次仍不易斷，斷面為整齊直線，系數(shù)取50以上。

　　求出每伏匝數(shù)后乘以220V即為初級(jí)匝數(shù)，乘以次級(jí)要求電壓數(shù)即為次級(jí)各繞組匝數(shù)。因?yàn)閷?dǎo)線有電阻，電流流過時(shí)會(huì)有電壓降，求出的次級(jí)匝數(shù)應(yīng)增加5～lO%（根據(jù)負(fù)載電流選擇，電流大者可增加較大比例）。

　　3.導(dǎo)線直徑的選擇

　　根據(jù)各繞組負(fù)載電流的大小，選擇不同直徑的漆包線。可用下列經(jīng)驗(yàn)公式求出：

　　d=O.8√I，

　　單位：l--A.d（導(dǎo)線直徑）--mm。

　　4.繞制方法及注意事項(xiàng)

　　由于現(xiàn)在的漆包線絕緣強(qiáng)度大幅度提高，因此對(duì)50W以下的小功率變壓器大多采用阻燃塑料骨架疊繞法，但必須選用高強(qiáng)度漆包線，且繞制時(shí)仍應(yīng)逐圈排線，嚴(yán)禁大幅度斜跨，以免增大導(dǎo)線間電位差。

　　對(duì)50W以上的變壓器，由于每伏匝數(shù)減少，導(dǎo)線間電壓差較高，采取每層墊絕緣紙（O.05mm厚的電纜紙、牛皮紙）的方法，在繞制中應(yīng)避免上層導(dǎo)線滑入下層。各繞組間絕緣應(yīng)視繞組電壓決定。初次級(jí)之間應(yīng)墊4層以上0.1mm的電纜紙，忌用不干膠膠帶。上述疊繞法的小功率變壓器，如果次級(jí)有兩組以上繞組，每組之間也應(yīng)用兩層電纜紙絕緣。如果變壓器是用在音響或視聽器材中.在多層繞制法中初次級(jí)之間應(yīng)墊入靜電屏蔽層。

　　繞好后.插硅鋼片也需注意、必須插緊，以避免產(chǎn)生電磁噪音。無論雙E形還是EI形，其端口要緊密接觸.宜交叉插，不能有空隙。zui后的4～5片可從中間插入，以免損壞線包。然后進(jìn)行烘干、浸漆。對(duì)50W以下的變壓器可采取內(nèi)熱法烘干。方法是：將變壓器所有次級(jí)繞組短路，與60～100W/220V燈泡串聯(lián)接入市電，使其自動(dòng)升溫。燈泡越大溫度越高，但在密閉狀態(tài)下，使其溫度在80度以下較安全。

　　工頻變壓器與高頻變壓器的區(qū)別

　　1、磁性材料的差別:

　　工頻變壓器采用硅鋼片作為磁芯材料的;高頻變壓器是采用鐵氧體磁芯材料。

　　2、工作頻率的差別：

　　工頻變壓器的工作頻率一般是指50HZ貨60HZ的電源頻率;高頻變壓器的工作頻率一般都在1KHZ以上，甚至幾十KHZ或者上百KHZ，應(yīng)用范圍不同頻率也不一樣。

　　3、應(yīng)用方面：

　　工頻變壓器一般多用于將220V或者110V工頻高壓變換成工頻低壓，供小家電的電路板供電使用（如豆?jié){機(jī)、抽油煙機(jī)、音響等等，應(yīng)用范圍比較廣泛;高頻變壓器用途就廣泛了（如;手機(jī)充電器，電子鎮(zhèn)流器，開關(guān)電源，彩電電源，電腦電源，液晶驅(qū)動(dòng)及電源等等許多場合都有使用）。