电磁装置设计原理
变压器设计
专业：
班级：
设计者：
学号：
华中科技大学电气与电子工程学院
一、变压器设计综述及其基本原理
变压器是一种静止电机，由绕在共同铁芯上的两个或者两个以上的绕组通过交变的磁场而联系着。用以把某一种等级的电压与电流转换成另外一种等级的电压与电流。其用途是多方面的，十分广泛的应用在国民经济的各个领域。在电力系统中，通常要将大功率的电能输送到很远的地方去，利用低电压大电流的传输是有困难的，一方面，电流大引起的输电线损耗很大；另一方面，电压的下降也会使电能无法传送出去。因此需要用升压变压器将发电机端电压升高，而经过高压传输线到达用户端所在城市后，再利用降压变压器将电压降低，方便用户使用。
二、设计步骤
1、根据设计仟务书确定各原始技术数据；
2、计算铁心柱直径、铁芯柱和铁轭截面；
3、绕组尺寸计算；
4、绕组的确定及相关计算；
5、绕组的绝缘设计；
6、绝缘半径计算；
7、铁芯重量计算；
8、性能计算；
9、温升计算；
10、主要部件价格计算。
三、设计内容
已知参数有：
额定容量 500n S kVA =；
额定电压 10kV/0.4kV （高压绕组5±％分接头）； 额定频率 f ＝50Hz ； Dy11连接模式；
高压侧：1110N N U U kV ?==；
128.8675()N I A =
=线电流；
116.6667()N I ?=
=相电流
低压侧：20.4()N U kV =线电压
2230.94()N U V ?=
=相电压
22721.6878N N I I A ?==
=
（1）技术条件 名称：变压器
绝缘材料耐热等级：H 级(145℃) 容量：500kVA
电压比：10±5%/0.4kV 频率：50Hz
硅钢片型号：DQ122G-30 导线材料: 铜导线 连接组：Dy11 短路阻抗：4%
负载损耗（145℃）：9350w
空载损耗：1500w 空载电流：1.8%
（2）铁心计算
铁心直径根据经验公式1/4
1/4
50060()2153
D K P mm =?
=?=柱（）可得。叠片系数选取0.97，硅钢片牌号DQ122G-30。 预取磁密为' 1.6m B T =，则
2'2N W ?=
=20.13匝
故取W 2=20匝，得实际磁密22'20.13
' 1.6 1.610620
m m W B B T T W ==?=
匝电势：2211.547N t U e V W ?=
==
高压绕组匝数：112220866N N U W W U ??=
==匝 分接头匝数：±5%×866=±43匝。
当磁密1.6106T 时，查表得铁心毛截面为A z =339.8 cm 2，净截面为A=322.81cm 2，角重G =112.18kg ，单位损耗为0.995W/kg ，励磁功率为1.28VA/kg ，单位励磁功率为0.219VA/ cm 2。 铁心重量：
心柱重：4437.651031010322.817.6510748.26kg Z w G H A --=??=????= 铁轭重：4447.65104465.6322.817.6510459.92e o G M A kg --=??=????=
角重112.18G kg ?=
总重1320.36Fe z e G G G G kg ?=++=
空载损耗 1.120.9951320.361471.411500o po o Fe P K p G W W ==??=< 空载电流：
无功分量：0.59%or I =
=
有功分量：1471.41
0.29%50010
oa I =
=?
空载电流：0.66%o I ===
<1.8%
（3）绕组计算 ①高压绕组 容量 ：500kVA 联结组：D
额定电压：1N U =10kV
额定电流：128.8675N A I =
=
=
相电流：
116.6667N I A ?=
=
绕组匝数：909/866/823匝
预取电密为'
22.62/J A mm =高，则
1'2
'
2
16.667 6.3612.62/N
I A S mm J n
A mm
?=
=
=高高 查表，选取线包扁铜线26.41S mm =高，知a=1.25mm,b=3.50mm 得实际电密：122
16.6667 2.600/6.41N I A
J A mm S n
mm
?=
=
=高高 采用N-0.33的Nomex R 纸纸包绝缘，所以导线线规是：1.25 5.30
1.58 5.63
??
绕组的形式采用连续式:
4832A ?= 3927B ?= 11010C ?= 7012840E ?=
所以高压绕组一共有78段，909匝。 幅向尺寸计算：
A 段的幅向尺寸为：(1.5882 4.32) 1.04520mm ?++?=（期中内
垫4.32mm 、统包2mm ）
B 段的幅向尺寸为：(1.589 4.74) 1.04520mm ?+?=（其中内垫
4.74mm ）
C 段的幅向尺寸为：(1.5810 3.16) 1.04520mm ?+?=（其中内垫3.16mm ）
E 段的幅向尺寸为：(1.5812) 1.04520mm ??= 轴向尺寸计算：
线段轴向：78 5.63439.14mm ?=
一共78段，462.54mm 垫块轴向：705350mm ?= 11212mm ?= 6848mm ?= 一共有77块，410mm
所以高压绕组轴向尺寸，即绕组高为439.144100.86850mm ++=
窗高为8501601010mm +=(w H )
②低压绕组 容量 ：500kVA 联结组：y
额定电压：20.4N U kV =
额定电流：2721.6878N A I =
=
= 相电流：22721.6878N N I I A ?== 绕组匝数：20匝
预取电密为'
22.16/J A mm =低，则
2'2
'
2
721.687841.762.16/8
N
I A S mm J n
A mm ?=
=
=?低低 查表，选取线包扁铜线241.85S mm =低,知a=2.65mm,b=16.00mm 得实际电密：222
721.6878 2.16/41.858
N I A
J A mm S n
mm ?=
=
=?低低 其中公式中的”8”表示绕组是轴向2根并联，幅向4根并联，因此每一匝由8根导线并绕而成。
采用N-0.33的Nomex R 纸纸包绝缘，所以导线线规是：2.6516.00
2.9816.33
??
绕组的形式采用双螺旋式，中间预留12mm 气道。 幅向尺寸计算：
气道一侧幅向尺寸为：2.982 1.16 6.9mm ??=
故低压绕组幅向尺寸为：6.912 6.925.8mm
++=
轴向尺寸计算：
??+?=（轴向2根并绕，共有20匝）
16.332(201) 1.035709.9mm
故低压绕组电抗高度为：709.9216.33677.24mm
-?=
为配合高压绕组，故低压绕组窗高为677.24332.761010mm
H)
+=(
w
（4）绝缘半径计算（单位mm）
107.5 （107.5：铁心直径/2）
15 （15+5：铁心到低压绕组距离，其中5mm是H级玻璃钢筒） 122.5
5
127.5 （低压绕组内半径）
25.8 (25.8mm:低压绕组辐向尺寸
a）
2
153.3 （127.5+12.9=140.4：低压绕组辐向半径
r）
2
23.5
176.8
4 (4mm：H级玻璃钢筒）
180.8 （153.3+19=172.3mm：高低压线圈间漏磁通道平均半径
r）
12
10.5 (23.5+4+10.5=38mm：高低压绕组之间的距离
a)
12
191.3
20 (20mm:高压绕组幅向尺寸
a)
1
r）
211.3 （191.3+10=201.3mm：高压绕组幅向半径
1
2
422.6
43 (43mm：2个铁心所属高压绕组之间的距离）
)
465.6 (M
（5）短路阻抗计算
(1.38-0.033)?14.04/3=6.3040 λ=13.8+38+20+12-0.33=83.47mm (3.8+0.033)?17.23=66.0426 (2.0-0.033)?20.13/3=13.1986 (1.2+0.033)?14.04/4=4.3278
漏磁面积：∑D=6.3049+66.0426+13.1986+4.3278=89.873 平均电抗高度: 850677.24
76.362210
k H cm +==?
洛氏系数：83.47
110.9653.1415763.62
k
H λρπ=-
=-
=?
电抗修正系数:K=1.03 电抗分量：26
49.62010P x t k f I D K
U e H ρ????∑??=
??
6
49.650721.68782089.8730.965 1.03
11.54776.36210
??????=
??
3.63%=
电阻分量: 7981.84
1.596%5000
a U =
= 短路阻抗:
3.965%k U ===
（6）损耗计算（145℃） ①高压绕组
平均匝长：122 3.14159201.31265 1.265l r mm m π==??==高 总长：11909 1.2651149.885l N l m ==?=高
导线重：338.92 6.411149.88510197.24G kg -=????=高 145℃电阻：66
234.51451149.885
0.017510 4.7750234.515 6.4110l R S ρ--+==??
?=Ω+?高高密度
高
电阻损耗：2213316.6667 4.77503979P p I R W ==??=高高
75℃下涡流损耗：2
(50866 1.25 6.410.965/850)3.80.0590%10000000
?????
= 折算到145℃：239790.0590% 1.5621.226W ?=
234.5145
1.226234.575
+=+ ②低压绕组
平均匝长：222 3.14159145.4913.570.9136l r mm m π==??==低 总长：22200.913618.272l N l m ==?=低
导线重：338.92841.8518.27210163.34G kg -=?????=低 145℃电阻：66
234.514518.272
0.017510234.515841.8510l R S ρ--+==???
+??低低密度
低 0.001453=Ω
电阻损耗：22233721.68780.0014532270.3P p I R W ==??=低低
75℃下涡流损耗：2
(5020 2.6541.8580.965/677.24)3.80.607%10000000
??????
= 折算到145℃：
22270.30.607%9.171.226W ?=
234.5145
1.226234.575
+=+ 负载损耗：(3979 1.5622270.39.17) 1.046510.43W +++?= 空载损耗：1471.41W
总损耗：6510.431471.417981.84W +=
（7）温升计算 低压绕组(400V)
内层散热面：(绕组绕在5mm 骨架筒上不计散热面) 10S =
绕组气道内层散热面: 62213(2134.41210)677.2410 1.4710S m π-=??-???= 绕组气道外层散热面：62223(2146.41210)677.2410 1.6241S m π-=??-???= 绕组外层散热面：6233(2153.3)677.2410 1.9560S m π-=????= 总散热面：21212230 1.4710 1.6241 1.9560 5.0511S S S S S m =+++=+++= 低压温升：0.8
2270.3(10.607%)0.6687.865.0511LV
T K ?+??
=?=????
高压绕组(10000V)
内层轴向气道修正系数： 1.61/4
10.50.56(
)0.2656850
α=?= 水平轴向气道修正系数：21/255
1.73{1[1()]}0.37932020
β=?+
-+= 里段：内层轴向有效散热高度（除去内垫8饼线匝）(788) 5.63394.1-?= 外段：外层轴向有效散热高度（除去统包2饼线匝）(782) 5.63427.88-?= S ：
内层有效散热面：623(2191.3818)394.10.2656100.3320m π-??-????= 水平有效散热面：623(2201.3840)207620.379310 3.2661m π-??-??????= 外层有效散热面：6232211.3427.8810 1.7033m π-????= 总有效散热面：0.3320 3.2661 1.7033 5.3014S =++= 高压温升：0.8
3979 1.000590.3()59.935.3014
HV T K ?=?=
（8）重量计算 铁心重1320.36kg =
电磁线重(197.24163.34)360.58kg =+=
总重(1320.36360.58) 1.151933.08kg =+?=
四、 总结
额定容量 500n S kVA =；
额定电压 10kV/0.4kV （高压绕组5±％分接头）； 额定频率 f ＝50Hz ； Dy11连接模式； 心柱直径 215D mm =； 中心距 440mm ； 窗高 1010mm ； 磁密 1.6106m B T =；
空载损耗 1471.411500o P W W =<； 空载电流 0.66%o I =<1.8%； 低压匝数 2W 20＝；
高压匝数 1W 866＝（主抽头）；1W 909＋＝(高压抽头)；1W 823-＝
（低压抽头）； 低压导线尺寸
2.6516.00
2.9816.33
??；
低压导线截面积 241.85S mm =低； 低压线圈高度 677.24mm ； 低压电密 22.16/J A mm =低； 高压导线尺寸
1.25 5.30
1.58 5.63??；
高压导线截面积 26.41S mm =高； 高压线圈高度 850mm ； 高压电密 22.600/J A mm =高； 负载损耗： 6510.43W ； 短路阻抗 3.965%；
低压绕组温升 87.86LV T K =； 高压绕组温升 59.93HV T K =； 铁心重 1320.36kg ； 电磁线重 360.58kg ；
主要部件价格：80360.58401320.3681660.8?+?= 元
华科大机械原理课后习题答案 第五、六、七章作业 5-2. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=28, z2=15, z2’=15, z3=35, z5’=1, z6=100,被切蜗轮的齿数为60,滚刀为单头.试确定齿数比z3’/z5和滚刀的旋向.(说明:用滚刀切制蜗轮相当于蜗杆蜗轮传动.) 解: 以1轮为主动轮,方向如图所示,可得蜗轮6的旋向,进而得滚刀的旋向. 依题意可得, i41 i46; 应有: 解之,得 5-5. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=60, z2=z2’=30, z3=z3’=40, z4=120, 轮1的转速n1=30r/min(转向如图所示).试求转臂H的转速n h.
解: 图中的周转齿轮系,其转化轮系的传动比的计算公式为 i H14 由此可解得: (负号表示与n 1反向) ; 5-8. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=20, z2=40, z3=20, z4=80, z4’=60, z5=50,z5’=55, z6=65, z6’=1, z7=60, 轮1、3的转速n1=n3=3000r/min(转向如图所示). 试求转速n7. 解: 依题意, n2 i34
对于周围齿轮系4’-5-5’-6; 此转化轮系的传动比计算公式为: i H 36 ; 由此解出 (负号表示与n 2反向); 进而 n 7= ; 在如图所示齿轮系中，已知各轮齿数1z =20，2z =40，3z =35，'3z =30，''3z =1， 4z =20，5z =75，'5z =80，6z =30，7z =90， 8z =30，9z =20，10z =50，轮1的转速1n =100r/min,试求轮10的 转速10n 。 解： 1n =100 则2n =2 1 1n =50r/min 在3-4-5-2 中，H n 35= 35 2523z z n n n n -=-- 在3’-5-5’-6-7中 ' 37 575'37'3z z n n n n n H -=--=
反激式开关电源变压器设计原理 (Flyback Transformer Design Theory) 第一节. 概述. 反激式(Flyback)转换器又称单端反激式或"Buck-Boost"转换器.因其输出端在原边绕组断开电源时获得能量故而得名.离线型反激式转换器原理图如图. 一、反激式转换器的优点有: 1. 电路简单,能高效提供多路直流输出,因此适合多组输出要求. 2. 转换效率高,损失小. 3. 变压器匝数比值较小. 4. 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可实现交流输入在 85~265V间.无需切换而达到稳定输出的要求. 二、反激式转换器的缺点有: 1. 输出电压中存在较大的纹波,负载调整精度不高,因此输出功率受到限制,通常应用于150W以下. 2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时,有较大的直流分量,易导致磁芯饱和,所以必须在磁路中加入气隙,从而造成变压器体积变大. 3. 变压器有直流电流成份,且同时会工作于CCM / DCM两种模式,故变压器在设计时较困难,反复调整次数较顺向式多,迭代过程较复杂. 第二节. 工作原理 在图1所示隔离反驰式转换器(The isolated flyback converter)中, 变压器" T "有隔离与扼流之双重作用.因此" T "又称为Transformer- choke.电路的工作原理如下: 当开关晶体管 Tr ton时,变压器初级Np有电流 Ip,并将能量储存于其中(E = LpIp / 2).由于Np与Ns极性相反,此时二极管D反向偏压而截止,无能量传送到负载.当开关Tr off 时,由楞次定律 : (e = -N△Φ/△T)可知,变压器原边绕组将产生一反向电势,此时二极管D正向导通,负载有电流IL流通.反激式转换器之稳态波形如图2. 由图可知,导通时间 ton的大小将决定Ip、Vce的幅值: Vce max = VIN / 1-Dmax VIN: 输入直流电压 ; Dmax : 最大工作周期 Dmax = ton / T 由此可知,想要得到低的集电极电压,必须保持低的Dmax,也就是Dmax＜0.5,在实际应用中通常取Dmax = 0.4,以限制Vcemax ≦ 2.2VIN. 开关管Tr on时的集电极工作电流Ie,也就是原边峰值电流Ip 为: Ic = Ip = IL / n. 因IL = Io,故当Io一定时,匝比 n的大小即决定了Ic 的大小,上式是按功率守恒原则,原副边安匝数相等 NpIp = NsIs而导出. Ip 亦可用下列方法表示: Ic = Ip = 2Po / (η*VIN*Dmax) η: 转换器的效率 公式导出如下: 输出功率 : Po = LIp2η / 2T
反激式变压器设计原理 绿色节能PWM控制器CR68XX CR6848低功耗的电流模PWM反激式控制芯片 成都启达科技有限公司联系人：陈金元TEL: 电话/传真：-218 电邮:； MSN: 概述：CR6848是一款高集成度、低功耗的电流模PWM控制芯片，适用于离线式AC-DC反激拓扑的小功率电源模块。 特点：电流模式PWM控制低启动电流低工作电流 极少的外围元件片内自带前沿消隐(300nS) 额定输出功率限制 欠压锁定(12.1V~16.1V) 内建同步斜坡补偿PWM工作频率可调 输出电压钳位(16.5V) 周期电流限制 软驱动2000V的ESD保护过载保护 过压保护（27V）60瓦以下的反激电源SOT23-6L、DIP8封装 应用领域：本芯片适用于：电池充电器、机顶盒电源、DVD 电源、小功率电源适配器等60 瓦以下(包括60 瓦)的反激电源模块。 兼容型号： SG6848/SG5701/SG5848/LD7535/LD7550/OB2262/OB2263。 原生产厂家现货热销！-218，。 CR6842兼容SG6842J/LD7552/OB2268/OB2269。 绿色节能PWM控制器AC-DC 产品型号功能描述封装形式兼容型号 CR6848 低成本小功率绿色SOT-26/DIP-8 SG6848/SG5701/SG5848 节能PWM控制器LD7535/LD7550 OB2262/OB2263 CR6850 新型低成本小功率绿色SG6848/SG5701/SG5848 节能PWM控制器SOT-26/DIP-8 LD7535/LD7550 SOP-8OB2262/OB2263 CR6851 具有频率抖动的低成本SOT-26/DIP-8 SG6848/SG5701/SG5848 绿色节能PWM控制器SOP-8 LD7535/LD755 OB2262/OB2263 CR6842 具有频率抖动的大功能DIP-8 兼容SG6842J/LD7552
北京电影学院2013～2014学年第一学期课程考试 一、选择题（每小题1分，共10分） 1、一般圆柱齿轮传动的接触强度是按啮合时的情况进行计算的。 A. 单对齿啮合的最高点 B. 齿顶 C. 节点 D. 啮合的极限点 2、渐开线花键通常采用的定心方式是。 A.齿侧定心 B. 外径定心 C. 内径定心 D.齿形定心 3、将齿轮的轮齿做成鼓形齿是为了减小。 A. 载荷沿接触线分布不均匀 B. 动载荷 C. 冲击 D. 齿间载荷分配不均 4、普通螺纹中同一公称直径按分为粗牙螺纹和细牙螺纹。 A. 升角的大小 B. 旋向 C. 牙型角的大小 D. 螺距的大小 5、当键联接强度不足时可采用双键。使用两个平键时要求键布置。 A.在同—直线上 B.相隔900 C．相隔1200 D相隔1800 6、在普通圆柱蜗杆中只有的轴向压力角为标准值（20 ）。 A. 阿基米德蜗杆 B. 法向直廓蜗杆 C. 渐开线蜗杆 D. 锥面包络蜗杆
7、45号钢经调质处理，在常温下工作的轴，当计算表明其刚度不够时，应采取的正确措施是。 A. 改用合金钢 B. 改变表面粗糙度 C. 增大轴的直径 D. 提高轴的表面硬度 8、下面的联轴器中在工作时具有缓冲减振作用的联轴器是。 A. 刚性联轴器 B. 十字滑块联轴器 C. 齿式联轴器 D. 弹性柱销联轴器 9、在各种基本类型的向心滚动轴承中_____ 不能承受轴向载荷。 A. 调心球轴承 B. 圆柱滚子轴承 C. 调心滚子轴承 D. 深沟球轴承 10、一般转速、一般载荷工作的正常润滑的滚动轴承其主要失效形式是_ __。 A. 滚动体碎裂 B. 滚动体与滚道产生疲劳点蚀 C. 滚道磨损 D. 滚道压坏 二、判断题（每小题1分，共10分） （）1、型号为7210的滚动轴承，表示其类型为角接触球轴承。 （）2、滚动轴承的基本额定寿命是指可靠度为90%的轴承寿命。 （）3、公称接触角的深沟球轴承，只能承受纯径向载荷。 （）4、角接触球轴承的派生轴向力是由其支承的轴上的轴向载荷引起的。 （）5、滚动轴承的基本额定动载荷是指在载荷作用下轴承工作转时，90%轴承的不发生疲劳点蚀 （）6、滚动轴承内座圈与轴颈的配合，通常采用基轴制。 （）7、当载荷较大时，可选用滚子轴承，对轻、中载荷应选用球轴承。 （）8、滚动轴承的失效形式有下列三种：磨粒磨损，过度塑性变形、疲劳点蚀，其中最常见的一种是磨粒磨
《机械工程专业英语》翻译李光布饶锡新主编华中科技大学出版社Lesson11 numerical control Introduction One of the most fundamental concepts in the area …………………… 数控就是用一个穿孔的纸带或存储的程序来控制机床，美国电子工业协会对数字控制所下的定义为：“一个各项工作都有在各点上直接插入的数字来控制的系统，该系统必须至少能够自动解释这些数字中的部分。”生产某个零件所需要的数据被称作这个零件程序数控比先前的手工操作生产更多的机械设备，数控机床能够自动的生产不同种类的零件，并且这些零件都有各种各样复杂的加工工艺过程，数字控制使得制造者们可以承担产品的加工，其产品的加工从经济的观点上看使用人工控制机床和加工过程是不太可行的的当一个孔被钻或冲出后，刀具向上撤回快速移动到下一个位置，重复这个步骤，路线沿着一个位置到另一个位置在某一方面是很重要的，他必须挑选一个是经过的时间减少、更有效（的路线）。点对点的系统主要用于钻床、冲床和连续的铣工序中 最近对DNC（现在表示分布式数字控制）的定义涵盖了“使用主计算机作为控制系统，来管理大量的带有机载微型计算机的独立的计算机数控机床”的含义。这种系统提供了更大的存储和计算机能力来灵活的克服直接数控的缺陷。 计算机数字控制是由控制微型计算机作为机器集成的部分或某种设备一部分的系统（如机载计算机）。零件程序由编程者事先准备好，该程序应结合由绘图软件包和加工仿真中获得的信息，从而确保零件没有程序缺陷。机器操控者可以很容易的通过手工对机载计算机进行控制，操作者能够直接对程序进行修改，并为不同的零件制定和存储程序 Lesson14 CAM TEXT 1.introduction Computer-aided manufacturing involves the use of …………………… 计算机辅佐制造的含义是：使用计算机和计算机技术来协助产品制造的所有环节，其中包括加工工艺和生产的辅助设计、加工、生产计划制定、管理和质量控制等！ 由CAD开发的数据库首先被存储，然后由CAM做进一步的处理，转化为对生产设备和材料处理设备进行操作和控制所必须的数据和命令，对产品的质量进行自动的检测和测试！ CAD\CAM的出现对制造业有很大的影响，标准化生产的发展和设计努力、试验和原型工作的减少。它已经较大的减少了消耗和提高生产效率成为可能。例如，波音777客机完全被用计算机（无纸的设计），在两千个工作站连接着8台计算机，这个飞机由CAD\CAM软件建造，没有原形或像以前的模型所要求的建立，这个开发的花费大约在60亿。 通过工业社会的历史，许多发明取得专利，并且整个新技术在发展，华特的零件互换性概念、瓦特的蒸汽机和福特的装配线是一部分发展却是最显著的在我们的工业时期，像我们知道的那样，这些发展的每一个都影响了制造业，并且赢得了他们个人应受认可在我们的历史课本中。或许数字计算机技术是唯一比以前技术更快、更大影响制造业的发展。 在计算机辅助设计或计算机辅助制造中交互式计算机制图起着重要的作用，通过使用交互式计算机制图，设计人员可开发被设计产品的图形图像，同时储存这些生成图形图像的电子数据，图像可以以二维三维的实体的形式表现出来，交互式计算机制图图像是由点、线、圆和曲线这些基本的几何元素构成的这些图像一旦创建他们可以通过放大缩小旋转和移动在内的各种各样的方式轻松的来编辑和操 交互式计算机制图系统的典型硬件结构包括计算机、显示器、软盘启动器、、硬盘或两者兼备以及输入设备、如键盘、绘图仪和打印机。这些设备伴随这些软件是现代设计人员用
连续电流模式反激变压器的设计 Design of Flyback Transformer with Continuing Current Model 作者：深圳市核达中远通电源技术有限公司- 万必明 摘要:本文首先介绍了反激变换器(Flyback Converter)的工作原理,然后重点介绍一种连续电流模式反激变压器的设计方法以及多路输出各次级电流有效值的计算. 关键词:连续电流模式(不完全能量传递方式)、不连续电流模式(完全能量传递方式)、有效值、峰值. Keywords: Continuing Current Model、Discontinuing Current Model、virtual value 、peak value. 一.序言 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.
二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理 1).反激式变换器的电路结构如图一. 2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b). 图一 图二(a)
华科大版机械原理课后习题 答案—第五六七章作业_ -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
华科大机械原理课后习题答案 第五、六、七章作业 5-2. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=28, z2=15, z2’=15, z3=35, z5’=1, z6=100,被切蜗轮的齿数为60,滚刀为单头.试确定齿数比z3’/z5和滚刀的旋向.(说明:用滚刀切制蜗轮相当于蜗杆蜗轮传动.) 解: 以1轮为主动轮,方向如图所示,可得蜗轮6的旋向,进而得滚刀的旋向. 依题意可得, i41 i46; 应有: 解之,得 5-5. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数z1=60, z2=z2’=30, z3=z3’=40, z4=120, 轮1的转速n1=30r/min(转向如图所示).试求转臂H的转速n h.
解: 图中的周转齿轮系,其转化轮系的传动比的计算公式为 i H14 由此可解得: (负号表示与n 1反向) ; 5-8. 在下图所示齿轮系中,已知各轮齿数 z1=20, z2=40, z3=20, z4=80, z4’=60, z5=50,z5’=55, z6=65, z6’=1, z7=60, 轮1、3的转速n1=n3=3000r/min(转向如图所示). 试求转速n7. 解: 依题意, n2
i 34 对于周围齿轮系4’-5-5’-6; 此转化轮系的传动比计算公式为: i H 36 ; 由此解出 (负号表示与 n 2反向); 进而 n 7= ; 5.12 在如图所示齿轮系中，已知各轮齿数1z =20，2z =40，3z =35，'3z =30，''3z =1， 4z =20，5z =75，'5z =80，6z =30， 7z =90， 8z =30，9z =20，10z =50，轮 1的转速1n =100r/min,试求轮10的 转速10n 。 解： 1n =100 则2n = 2 1 1n =50r/min 在3-4-5-2中，H n 35=3 5 2523z z n n n n -=--
第一章 变压器的结构与工作原理 一、填空：（每空1分） 1. ★★一台单相变压器额定电压为380V/220V ，额定频率为50HZ ，如果误将低压侧接到 380V 上，则此时Φm ,0I , Fe p 。（增加，减少或不变） 答：Φm 增大，0I 增大， Fe p 增大。 2. ★一台额定频率为60HZ 的电力变压器接于50HZ ，电压为此变压器的5/6倍额定电压 的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度 ，励磁电流 ，励磁电抗 ，漏电抗 。 答：饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗减小，漏电抗减小。 3. 三相变压器理想并联运行的条件是（1） ， （2） ，（3） 。 答：（1）空载时并联的变压器之间无环流；（2）负载时能按照各台变压器的容量合理地分担负载；（3）负载时各变压器分担的电流应为同相。 4. ★如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于E= ，U= ， 空载电流将 ，空载损耗将 。 答：E 近似等于U ，U 等于IR ，空载电流很大，空载损耗很大。 5. ★变压器空载运行时功率因数很低，其原因为 。 答：激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。 6. ★一台变压器，原设计的频率为50HZ ，现将它接到60HZ 的电网上运行，额定电压 不变，励磁电流将 ，铁耗将 。 答：减小，减小。 7. 变压器的副端是通过 对原端进行作用的。 答：电磁感应作用。 8. 引起变压器电压变化率变化的原因是 。 答：负载电流的变化。 9. ★如将额定电压为220/110V 的变压器的低压边误接到220V 电压，则激磁电流 将 ，变压器将 。 答：增大很多，烧毁。 二、选择填空（每题1分） 1. 三相电力变压器磁势平衡方程为 。 A ：原，副边磁势的代数和等于合成磁势 B ：原，副边磁势的时间向量和等于合成磁势 C ：原，副边磁势算术差等于合成磁势
第1章 变压器的基本知识和结构 1.1变压器的基本原理和分类 一、变压器的基本工作原理 变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。 变压器工作原理图 当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。原、副绕组的感应分别表示为 dt d N e Φ-=1 1 dt d N e Φ -=22 则 k N N e e u u ==≈2 12121 变比k ：表示原、副绕组的匝数比，也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的感应电势之比。 改变变压器的变比，就能改变输出电压。但应注意,变压器不能改变电能的频率。 二、电力变压器的分类 变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。 按用途分类：升压变压器、降压变压器； 按相数分类：单相变压器和三相变压器； 按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器； 按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； 按调压方式分类：无载（无励磁）调压变压器、有载调压变压器； 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等； 按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。
三相油浸式电力变压器的外形,见图1，铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身见图2，器身放在油箱内部。 1.2电力变压器的结构 一、铁心 1.铁心的材料 采用高磁导率的铁磁材料—0.35～0.5mm厚的硅钢片叠成。 为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。 2.铁心形式 铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构。 二、绕组 1.绕组的材料 铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。 2.形式 圆筒式、螺旋式、连续式、纠结式等结构。为了便于绝缘，低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面，两个绕组之间留有油道。变压器绕组外形如图所示。 三、油箱及其他附件
华中科技大学 2008—2009学年第一学期 《机械设计》试卷（A ） 闭卷 专业班级： 学号： 姓名： 总分 1．是非判断题（你认为命题正确的，请在题号后面括号中打√，否则画×；每题2分，共10分） （1）直齿圆柱齿轮传动中，节圆与分度圆永远相等。（ W ） （2）对于受轴向变载荷的紧螺栓联接, 在限定螺栓总拉力的条件下,提高螺栓疲劳强度的有效措施为同时增加螺栓和被联接件的刚度。( ) （3）旧自行车的后链轮（小链轮）比前链轮（大链轮）容易脱链。（ R ） （4）蜗杆传动的中间平面是指过蜗杆轴线且与蜗轮轴线垂直的平面。（R ） （5）同时承受弯矩和转矩的轴称为传动轴。( W ) 2．单项选择题（每小题2分，共10分，多选不得分） （1）一对标准圆柱齿轮传动，若大、小齿轮的材料和（或）热 处理方法不同，则工作时两齿轮间的应力关系属于下列第 种。 A 、σ 1 H ≠σ 2 H ， σ 1 F ≠ σ 2 F ， σ 1 HP = σ 2 HP ， σ 1 FP = σ 2 FP ； B 、 σ1 H =σ2 H ， σ1 F ≠ σ 2 F ， σ 1 HP ≠ σ 2 HP ， σ 1 FP ≠ σ 2 FP ； C 、 σ1 H ≠ σ 2 H ， σ 1 F = σ 2 F ， σ 1 HP ≠ σ 2 HP ， σ 1 FP ≠ σ 2 FP ； D 、σ 1 H = σ 2 H ， σ 1 F = σ 2 F ， σ 1 HP ≠ σ 2 HP ， σ 1 FP ≠ σ 2 FP ； （ σ H 、 σ F 、 σ HP 、 σ FP 分别表示为齿轮的接触应力、弯曲应力、许用接触 疲劳应力、许用弯曲疲劳应力） （2） 在蜗杆传动强度计算中，若蜗轮材料是铸铁或铝铁青铜，则其许用接触 应力与 有关。 A 、蜗轮铸造方法； B 、蜗轮是单向受载还是双向受载； C 、应力循环次数N ； D 、齿面间相对滑动速度。 装 订 线
反激变换器拓扑的电路设计 1．介绍反激变换器拓扑在5W到150W的小功率场合中得到广泛的应用。这个拓扑的重要优点是在变换器的输出端不需要滤波电感，从而节约了成本，减小了体积。在以往一些中文参考资料的叙述中，由于同时涉及电路和磁路的设计，容易造成设计过程中的混乱，反激变换器电路本身的一些特性却没有得到应有的体现。在文中，介绍了反激变换器的基本工作原理，对不连续模式反激变换器的设计过程，各参数之间的决定关系作了简练而准确的描述。由于电路设计和磁路设计分别介绍，对读者掌握反激变换器的设计有很好的帮助。 2．不连续模式反激变换器的基本原理反激变换器在开关管导通期间，变压器储能，负载电流由输出滤波电容提供。在开关管关断期间，储存在变压器中的能量转换到负载，提供负载电流，同时给输出滤波电容充电，并补偿开关管导通期间损失的能量。 图1a是反激变换器的基本拓扑。图中有两个输出电路，一个主输出和一个从输出。负反馈闭合环路采样主输出电压V om。V om的采样值与参考值比较，输出的误差信号放大信号控制Q1的导通时间脉冲，使得V om的采样值在电网和负载变化时等于参考电压，从而稳定输出电压。从输出跟随主输出得到相应的调节。 电路的工作过程如下：当Q1导通，所有线圈的同名端（带）相对于非同名端（不带）是负极性。输出整流二极管D1和D2反向偏置，输出负载电流由输出滤波电容C1和C2提供。 在Q1导通期间，Np上施加了一个固定的电压（Vdc-1）（这里假设开关管的导通压降是1V），并且流过以斜率dI/dt=（Vdc-1）Lp线性上升的电流，这里Lp是原边的磁化电感。在导通时间的最后，原边电流上升到Ip=（Vdc-1）Ton/Lp。这个电流代表电感上储存的能量为 （1） 这里E单位焦耳，Lp单位亨，Ip单位安培 当Q1关断，磁性电感上的电流强制使所有线圈上的极性反向。假设这时没有从次级绕组，
第1章 变压器的基本知识和结构 1.1变压器的基本原理和分类 一、变压器的基本工作原理 变压器是利用电磁感应定律把一种电压等级的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电能。 变压器工作原理图 当原边绕组接到交流电源时，绕组中便有交流电流流过，并在铁心中产生与外加电压频率相同的磁通，这个交变磁通同时交链着原边绕组和副边绕组。原、副绕组的感应分别表示为 则 k N N e e u u ==≈2 12121 变比k ：表示原、副绕组的匝数比，也等于原边一相绕组的感应电势与副边一相绕组的感应电势之比。 改变变压器的变比，就能改变输出电压。但应注意,变压器不能改变电能的频率。 二、电力变压器的分类 变压器的种类很多，可按其用途、相数、结构、调压方式、冷却方式等不同来进行分类。 按用途分类：升压变压器、降压变压器； 按相数分类：单相变压器和三相变压器； 按线圈数分类：双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器； 按铁心结构分类：心式变压器和壳式变压器； 按调压方式分类：无载（无励磁）调压变压器、有载调压变压器； 按冷却介质和冷却方式分类：油浸式变压器和干式变压器等； 按容量大小分类：小型变压器、中型变压器、大型变压器和特大型变压器。 三相油浸式电力变压器的外形,见图1，铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身见图2，器身放在油箱内部。
1.2电力变压器的结构 一、铁心 1.铁心的材料 采用高磁导率的铁磁材料—0.35～0.5mm厚的硅钢片叠成。 为了提高磁路的导磁性能，减小铁心中的磁滞、涡流损耗。变压器用的硅钢片其含硅量比较高。硅钢片的两面均涂以绝缘漆，这样可使叠装在一起的硅钢片相互之间绝缘。 2.铁心形式 铁心是变压器的主磁路，电力变压器的铁心主要采用心式结构 。 二、绕组 1.绕组的材料 铜或铝导线包绕绝缘纸以后绕制而成。 2.形式
干式铁心电抗器 一、基本原理 电抗器是一个电感元件，当电抗器线圈中通以交流电时，产生电抗（X L ）和电抗压降（U L =I L X L ）。 空心电抗器线圈中无铁心，以非导磁材料空气或变压器油等为介质，其导磁系数很小 （1≈μ） ，磁阻（C r ）很大，线圈电感（L ）、电抗（X L ）及电抗压降（U L ）均小； 铁心电抗器的线圈中放有导磁的硅钢片铁心材料，硅钢片导磁系数大，磁阻小，其电感（L ）、电抗（X L ）及电抗压降（U L ）均大。另外，铁心电抗器铁心柱上放有气隙（或油隙），改变气隙长度，会改变磁路磁阻，从而得到所需电感值（L ）、电抗（X L ）及电抗压降（U L ）。 铁心电抗器线圈通过交流电，产生磁通分两部分，如图所示。一部分是通过铁心之外的线圈及空道的漏磁通（q Φ），它产生线圈漏抗（X Lq ）及漏抗压降（U Lq = I L X Lq ）；另一部分是通过铁磁路（铁心及气隙）的主磁通（T Φ），它将在线圈中感应一个电势E ，其E ?可以 视为一个电压降，如忽略电阻电压降，此压降可认为是主电抗压降（U LT ） 。等值电路如图所示。 电抗压降（U L ）的通式： C C L C C L C L L L L L l A W fI l A W fI r W I L I X I U 28022 109.72?×==== =μμπωω （V） 式中： L I —通过电抗器线圈的电流（A） L X —电抗器电抗（Ω） L —电抗器电感（H） W —线圈匝数 C r —磁阻（H -1 ），C r =C C A l 0μμ μ—相对导磁系数，如空气或变压器油μ=1 0μ—绝对导磁系数，cm H /104.080?×=πμ C l —磁路长度（cm） C A —磁路面积（cm 2 ） 磁通与磁势图 U LT 等值电路图
倉9舉屮脅技必專 _ -一丿茹Urtivr 愉厨m Science & Tlechnologv 电磁装置设计原理 变压器设计 专业：— 班级：_______________ 设计者：_____________________ 学号：___________ 华中科技大学电气与电子工程学院
一、变压器设计综述及其基本原理 变压器是一种静止电机，由绕在共同铁芯上的两个或者两个以上的绕组通过交变的磁场而联系着。用以把某一种等级的电压与电流转换成另外一种等级的电压与电流。其用途是多方面的，十分广泛的应用在国民经济的各个领域。在电力系统中，通常要将大功率的电能输送到很远的地方去，利用低电压大电流的传输是有困难的，一方面，电流大引起的输电线损耗很大；另一方面，电压的下降也会使电能无法传送出去。因此需要用升压变压器将发电机端电压升高，而经过高压传输线到达用户端所在城市后，再利用降压变压器将电压降低，方便用户使用。 二、设计步骤 1、根据设计仟务书确定各原始技术数据； 2、计算铁心柱直径、铁芯柱和铁轭截面； 3、绕组尺寸计算； 4、绕组的确定及相关计算； 5、绕组的绝缘设计； 6、绝缘半径计算； 7、铁芯重量计算；
8性能计算; 9、 温升计算； 10、 主要部件价格计算 二、设计内容 已知参数有： 额定容量S n 500kVA ； 额定电压10kV/0.4kV （高压绕组 5%分接头）; 额定频率f = 50Hz Dy11连接模式； 高压侧：S N 5 N 10kV ； （1）技术条件 名称：变压器 绝缘材料耐热等级：H 级（145 C ） 容量：500kVA 电压比：10± 5%/0.4kV 1 1N 500 10 、3 28.8675A （线电流）； 1 1N 3 16.6667（相电流） 低压侧：U 2N 0.4kV （线电压） 1 2N U 2N 230.94V （相电压） 500 3 0.4 721.6878 A
反激变压器设计实例（一） 目录 1.导论 (1) 2.磁芯参数和气隙的影响 (1) 2.1 AC极化 (2) 2.2 AC条件中的气隙影响 (2) 2.3 DC条件中的气隙影响 (2) 3. 110W反激变压器设计例子 (3) 3.1 步骤1，选择磁芯尺寸 (3) 3.2 步骤2，选择导通时间 (5) 3.3 步骤3，变换器最小DC输入电压的计算 (5) 3.4 步骤4，选择工作便宜磁通密度 (5) 3.5 步骤5，计算最小原边匝数 (6) 3.6 步骤6，计算副边匝数 (6) 3.7 步骤7，计算附加匝数 (7) 3.8 步骤8，确定磁芯气隙尺寸 (7) 3.9 步骤9，磁芯气隙尺寸（实用方法） (8)
3.10 步骤10，计算气隙 (8) 3.11 步骤11，检验磁芯磁通密度和饱和裕度 (9) 4 反激变压器饱和及暂态影响 (10) 1.导论 由于反激变换器变压器综合了许多功能（储存能量、电隔离、限流电感），并且还常常支持相当大的直流电流成分，故比直接传递能量的正激推挽变压器的设计困难得多、以下变压器设计例子中没选择过程使用反复迭代方法，无论设计从哪里开始没开始时须有大量近似的计算。没有经验工程师的问题是要得到对控制因数的掌握。特别的，磁芯大小、原边电感的选择、气隙的作用、原边匝数的选择以及磁芯内交流和直流电流（磁通）成分的相互作用常常给反激变压器设计带来挑战。 为使设计者对控制因数有好的感觉，下面的设计由检查磁芯材料的特性和气隙的影响开始，然后检查交流和直流磁芯极化条件，最后给出100W变压器的完整设计。 2.磁芯参数和气隙的影响 图1表示一个铁氧体变压器在带有和不带气隙时典型的B/H（磁滞回归线）环。 注意到虽然B/H环的磁导率（斜率）随气隙的长度变化，但磁芯和气隙结合后的饱和磁通密度保持不变。进一步，在有气隙的情况下，磁场强度H越大，剩磁通密度B r越低。这些变化对反激变压器非常有用。
华中科技大学机械大类 机械原理考试试题 专业＿＿＿班号＿＿＿姓名＿＿＿＿＿＿ 一、（共18分）是非判断题（对的填T，错的填F）每小题一分 1.平面运动副按其接触特性,可分成转动副与高副;( F )。 2 平面四杆机构中，是否存在死点，取决于机架是否与连杆共线。(F) 3 一个K大于1的铰链四杆机构与K=1的对心曲柄滑块机构串联组合，该串联组 合而成的机构的行程变化系数K大于1。(T) 4．与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是可实现各种预期的运动规律。(T) 5．渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度是实际啮合线段与齿距的比值。(F) 6．渐开线直齿圆柱齿轮与齿条啮合时，其啮合角恒等于齿顶圆上的压力角。（F）7．斜齿圆柱齿轮的标准模数和标准压力角在法面上。（T 8、曲柄滑块机构中，当曲柄与机架处于两次互相垂直位置之一时，出现最小传动角。(T) 9.平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构中，其压力角等于零。 (T) 10．一对渐开线圆柱齿轮传动，其分度圆总是相切并作纯滚动，（F 11．一对平行轴外啮合斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件为摸数、压力角、螺旋角大小相等。（F） 12 机械零件和机构是组成机械系统的基本要素。（F） 13机电一体化系统由动力系统、传感系统、控制系统三个要素组成。（F） 14 机械设计有开发性设计、适应性设计、变型设计三类不同的设计。（T） 15 运动系数 反映了在一个运动循环中，槽轮的运动时间在一个间歇周期中所占的比例。（T） 16在齿轮运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线运动的齿轮系称为复合齿轮系。（F） 17采用不同的功能原理，能实现机器的同一使用要求或工艺要求。（T） 18表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称为机械运动循环图。（T） 二、（6分）试计算下列运动链的自由度数.(若有复合铰链,局部自由度或虚约束,必须明确指出)，打箭头的为原动件，判断该运动链是否成为机构.
摘要：阐述了高频开关电源热设计的一般原则，着重分析了开关电源散热器的热结构设计。 关键词：高频开关电源；热设计；散热器 1 引言 电子产品对工作温度一般均有严格的要求。电源设备内部过高的温升将会导致对温度敏感的半导体器件、电解电容等元器件的失效。当温度超过一定值时，失效率呈指数规律增加。有统计资料表明，电子元器件温度每升高2℃，可靠性下降10％；温升50℃时的寿命只有温升为25℃时的1/6。所以电子设备均会遇到控制整个机箱及内部元器件温升的要求，这就是电子设备的热设计。而高频开关电源这一类拥有大功率发热器件的设备，温度更是影响其可靠性的最重要的因素，为此对整体的热设计有严格要求。完整的热设计包括两方面：如何控制热源的发热量；如何将热源产生的热量散出去。最终目的是如何将达到热平衡后的电子设备温度控制在允许范围以内。 2 发热控制设计 开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管（如MOSFET、IGBT、GTR、SCR等），大功率二极管（如超快恢复二极管、肖特基二极管等），高频变压器、滤波电感等磁性元件以及假负载等。针对每一种发热元器件均有不同的控制发热量的方法。 2.1 减少功率开关的发热量 开关管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减少它的发热量，不仅可以提高开关管自身的可靠性，而且也可以降低整机温度，提高整机效率和平均无故障时间（MTBF）。开关管在正常工作时，呈开通、关断两种状态，所产生的损耗可细分成两种临界状态产生的损耗和导通状态产生的损耗。其中导通状态的损耗由开关管本身的通态电阻决定。可以通过选择低通态电阻的开关管来减少这种损耗。MOSFET的通态电阻较IGBT的大，但它的工作频率高，因此仍是开关电源设计的首选器件。现在IR公司新推出的IRL3713系列HEXFET(六角形场效应晶体管)功率MOSFET已将通态电阻做到3mΩ，从而使这些器件具有更低的传导损失、栅电荷和开关损耗。美国APT公司也有类似的产品。开通和关断两种临界状态的损耗也可通过选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。但更为重要的则是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减少损耗，这种方法在开关频率越高时越能体现出优势来。如各种软开关技术，能让开关管在零电压、零电流状态下开通或关断，从而大大减少了这两种状态产生的损耗。而一些生产厂家从成本上考虑仍采用硬开关技术，则可以通过各种类型的缓冲技术来减少开关管的损耗，提高其可靠性。 2.2 减少功率二极管的发热量 高频开关电源中，功率二极管的应用有多处，所选用的种类也不同。对于将输入50Hz交流电整流成直流电的功率二极管以及缓冲电路中的快恢复二极管，一般情况下均不会有更优的控制技术来减少损耗，只能通过选择高品质的器件，如采用导通压降更低的肖特基二极管或关断速度更快且软恢复的超快恢复二极管，来减少损耗，降低发热量。高频变压器二次侧的整流电路还可以采用同步整流方式，进一步减少整流压降损耗和发热量，但它们均会增加成本。所以生产厂家如何掌握性能与成本之间的平衡，达到性价比最高是个很值得研究的问题。 2.3 减少高频变压器与滤波电感等磁性元件的发热
反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计. 二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理 1).反激式变换器的电路结构如图一. 2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b).
当Q1导通,T1之初级线圈渐渐地会有初级电流流过,能量就会储存在其中.由于变压器初级与次级侧之线圈极性是相反的,因此二极管D1不会导通,输出功率则由Co来提供.此时变压器相当于一个串联电感Lp,初级线圈电流Ip可以表示为: Vdc=Lp*dip/dt 此时变压器磁芯之磁通密度会从剩磁Br增加到工作峰值Bw. 3.当Q1截止时, 其等效电路如图三(a)及在截止时次级电流波形,磁化曲线如图三(b).
当Q1截止时,变压器之安匝数(Ampere-Turns NI)不会改变,因为?B并没有相对的改变.当?B向负的方向改变时(即从Bw降低到Br),在变压器所有线圈之电压极性将会反转,并使D1导通,也就是说储存在变压器中的能量会经D1,传递到Co和负载上. 此时次级线圈两端电压为:Vs(t)=Vo+Vf (Vf为二极管D1的压降). 次级线圈电流: Lp=(Np/Ns)2*Ls (Ls为次级线圈电感量) 由于变压器能量没有完全转移,在下一次导通时,还有能量储存在变压器中,次级电流并没有降低到0值,因此称为连续电流模式或不完全能量传递模式(CCM). 三.CCM模式下反激变压器设计的步骤 1. 确定电源规格. 1. .输入电压范围Vin=85—265Vac; 2. .输出电压/负载电流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A; 3. .变压器的效率?=0.90
85W反激变压器设计的详细步骤 1. 确定电源规格. 1).输入电压范围Vin=90—265Vac; 2).输出电压/负载电流:Vout1=42V/2A, Pout=84W 3).转换的效率?=0.80 Pin=84/0.8=105W 2. 工作频率，匝比, 最低输入电压和最大占空比确定. Ｖmos*0.8>Vinmax+n(Vo+Vf) 600*0.8>373+n(42+1) 得n<2.5 Vd*0.8>Vinmax/n+Vo 400*0.8>373/n+42 得n>1.34 所以n取1.6 最低输入电压 Vinmin=√[(Vacmin√2)* (Vacmin√2)-2Pin(T/2-tc)/Cin =(90√2*90√2-2*105*(20/2-3)/0.00015=80V 取:工作频率fosc=60KHz, 最大占空比Dmax=n(Vo+Vf)/[n(Vo+Vf)+Vinmin]= 1.6(42+1)/[1.6(42+1)+80]=0.45 Ton(max)=1/f*Dmax=0.45/60000=7.5us
3. 变压器初级峰值电流的计算. Iin-avg=1/3Pin/Vinmin=1/3*105/80=0.4A ΔIp1=2Iin-avg/D=2*0.4/0.45=1.78A Ipk1=Pout/?/Vinmin*D+ΔIp1=84/0.8/80/0.45=2.79A 4. 变压器初级电感量的计算. 由式子Vdc=Lp*dip/dt,得: Lp= Vinmin*T on(max)/ΔIp1 =80*0.0000075/1.78 =337uH 取Lp=337 uH 5.变压器铁芯的选择. 根据式子Aw*Ae=Pt*1000000/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?],其中: Pt(标称输出功率)= Pout=84W Ko(窗口的铜填充系数)=0.4 Kc(磁芯填充系数)=1(对于铁氧体), 变压器磁通密度Bm=1500 Gs j(电流密度): j=4A/mm2; Aw*Ae=84*1000000/[2*0.4*1*60*103*1500Gs*4*0.80] =0.7cm4 考虑到绕线空间,选择窗口面积大的磁芯,查表: ER40/45铁氧体磁芯的有效截面积Ae=1.51cm2
2005年机械大类 机械原理考试试题 专业＿＿＿班号＿＿＿姓名＿＿＿＿＿＿ 一、（共18分）是非判断题（对的填T，错的填F）每小题一分 1.平面运动副按其接触特性,可分成转动副与高副;( F )。 2 平面四杆机构中，是否存在死点，取决于机架是否与连杆共线。(F) 3 一个K大于1的铰链四杆机构与K=1的对心曲柄滑块机构串联组合，该串联组 合而成的机构的行程变化系数K大于1。(T) 4．与其他机构相比，凸轮机构最大的优点是可实现各种预期的运动规律。(T) 5．渐开线直齿圆柱齿轮传动的重合度是实际啮合线段与齿距的比值。(F) 6．渐开线直齿圆柱齿轮与齿条啮合时，其啮合角恒等于齿顶圆上的压力角。（F）7．斜齿圆柱齿轮的标准模数和标准压力角在法面上。（T 8、曲柄滑块机构中，当曲柄与机架处于两次互相垂直位置之一时，出现最小传动角。(T) 9.平底垂直于导路的直动推杆盘形凸轮机构中，其压力角等于零。 (T) 10．一对渐开线圆柱齿轮传动，其分度圆总是相切并作纯滚动，（F 11．一对平行轴外啮合斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件为摸数、压力角、螺旋角大小相等。（F） 12 机械零件和机构是组成机械系统的基本要素。（F） 13机电一体化系统由动力系统、传感系统、控制系统三个要素组成。（F） 14 机械设计有开发性设计、适应性设计、变型设计三类不同的设计。（T） 15 运动系数 反映了在一个运动循环中，槽轮的运动时间在一个间歇周期中所占的比例。（T） 16在齿轮运转时，其中至少有一个齿轮的几何轴线绕另一齿轮的几何轴线运动的齿轮系称为复合齿轮系。（F） 17采用不同的功能原理，能实现机器的同一使用要求或工艺要求。（T） 18表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明确图，称为机械运动循环图。（T）