工频变压器设计的计算

《纯正弦波逆变器制作学习资料工频篇》，由发烧电子DIY 空间提供！绕制工频变压器铁心匝数计算法变压器功率铁芯的选用按公式预计算：S＝1.25×根号P，(S是套着线圈部位铁芯的截面积，怎么算下面再讲，单位：CM，P为功率：W) 1.计算每伏需要绕多少匝(圈数)可按公式N ：线圈匝数B--硅钢片的磁通密度(T)，一般高硅钢片可达1.2-1.4T，中等的约1-1.2T，低等的约0.7-1T，最差的约0.5-0.7T。

S:铁心面积S=0.9ab /平方cmf: 频率50Hz（我国）B--为磁通密度(T)小知识：B值根据铁芯材料不同,A2和A3黑铁皮选0.8T;D11和D12(低硅片)选1.1T到1.2T;D21和D22(中硅片)选1.2T到1.4T;D41和D42(高硅片)选1.4T到1.6T;D310和D320(冷轧片)选1.6T到1.8T; 磁感应强度有一个过时的单位：高斯，其符号为G：1 T = 10000 G。

穿过一块面积的磁力线数目，称做磁磁通量，简称磁通，用Φ示。

磁通量的单位是韦伯，用Wb表示，以前还有麦克斯韦用Mx表示。

如果磁场中某处的磁感应强度为Ｂ，在该处有一块与磁通垂直的面，它的面积为Ｓ，则穿过它的磁通量就是Φ= BS公式：Φ=BS，适用条件是B与S平面垂直。

当B与S存在夹角θ时，Φ=B*S*cosθ。

Φ读“fai”四声。

单位：在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，符号是Wb，1Wb=1T*m^2;=1V*S，是标量，但有正负，正负仅代表穿向，磁感应强度Ｂ的单位是高斯（Ｇs），1 T = 10000 G；面积Ｓ的单位是平方厘米；磁通量的单位是麦克斯韦（Mx)。

当B与S存在夹角θ时，Φ=B*S*cosθ。

Φ读“fai”四声。

在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，符号是Wb，1Wb=1T*m2;=1V * S，是标量，但有正负，正负仅代表穿向。

S--为铁芯有效面积（单位为平方厘米）S =0.9aba为铁芯中心柱的长b为厚度，（看你叠多少了）0.9是叠片系数（看你叠的紧密不紧密了），2.总匝数知道变压器线圈每伏匝数后,既可求出各绕组总匝数了即：W=UW0式中:W为某绕组总匝数(匝)U为该绕组电压注意！补偿带负载后绕组阻抗引起的次级电压降落,次级匝数应5%到20%(容量小的变压器取计算出初级线圈以10匝1V计算N1=220╳10=2200匝2次级线圈N2=8╳10╳1.05=84次级线圈匝数计算中的1.05是考虑有负荷时的压降3.求导线直径如：要求输出8伏的电流是多少安？这里我假定为2安。

变压器的输出容量=8╳2=16伏安变压器的输入容量=变压器的输出容量/0.8=20伏安初级线圈电流I1=20/220=0.09安导线直径d=0.8√I初级线圈导线直径d1=0.8√I1=0.8√0.09=0.24毫米次级线圈导线直径d2=0.8√I2=0.8√2=1.13毫米经桥式整流电容滤波后后得到的直流电压也就是AC转换成了DC，不会算的朋友注意了，在单项中电压是原变压器次级电压的1.4倍。

这就是我们的220V市电经过整流滤波后得到了311V的原因，环形变压器的设计计算通过设计一台50Hz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P2P2=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I1式中：K——系数与变压器功率有关，K=0.6～0.8，取K=0.75；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。

式中：f——电源频率（Hz），f=50Hz；B——磁通密度（T）,B=1.4T。

N2=N20·U2=3.23×11.8=38.1匝，取N2=38匝。

6）选择导线线径绕组导线线径d按式(10)计算式中：I——通过导线的电流（A）；j——电流密度，j=2.5～3A/mm2。

当取j=2.5A/mm2时代入式(10)得用两条d=2.12mm（考虑绝缘漆最大外径为2。

21mm）导线并绕。

因为Φ2.94导线的截面积Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm导线的截面积为3.53mm2两条并联后可得截面积为：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度较大。

6环形变压器的结构计算环形变压器的绕组是用绕线机的绕线环在铁心内作旋转运动而绕制的，因此铁心内径的尺寸对加工过程十分重要，结构计算的目的就是检验绕完全部绕组后，内径尚余多少空间。

若经计算内径空间过小不符合绕制要求时，可以修改铁心尺寸，只要维持截面积不变，电性能也基本不变。

已知铁心内径Dno=55mm，图7中各绝缘层厚度为to=1.5mm，t1=t2=1mm。

1）计算绕完初级绕组及包绝缘后的内径Dn2计算初级绕组每层绕的匝数n1式中：Dn1——铁心包绝缘后的内径，Dn1=Dno－2t0=55－(2×1.5)=52mm；kp——叠绕系数，kp=1.15。

则初级绕组的层数Q1为初级绕组厚度δ1为2）计算次级绕组的厚度δ2计算次级绕组每层绕的匝数n2，考虑到次级绕组是用2×d2=2×2.21mm导线并绕，则可见绕完绕组后，内径还有裕量，所选铁芯尺寸是合适的。

7环形变压器样品的性能测试为检验设计方法的准确性，对按设计参数制成的环形变压器样品进行了性能测试，结果如下。

7．1空载特性测试测量电路如图8所示。

测得的数据列于表4，按照表4的数据，绘出图9所示的空载特性曲线。

从变压器的空载特性看出设计符合要求，在额定工作电压220V时（工作点为A），变压器的空载电流只有13.8mA，即使电源电压上升到240V变压器工作在B点铁心还未饱和，有较大的裕度。

7．2电压调整率测量变压器在空载时测得的次级空载电压U20=12.6V，当通以额定电流I2=16.7A 时，次级输出电压为U2=11.8V，按式（2）计算电压调整率为变压器电压调整率达到ΔU<7％的指标。

7．3温升试验用电阻法对变压器绕组进行温升试验，在通电4h变压器温升稳定后进行测试，并按式（12）计算绕组平均温升Δτm。

测量的数据及计算结果列于表5从温升试验结果看出所设计的变压器已达到标准型温升标准，即Δτm<40℃，初次级绕组温升基本相等，即两绕组功耗较均衡。

7．4绝缘性能试验1）绝缘电阻用500V摇表测试绝缘电阻，初次级绕组之间的绝缘电阻在常态下均大于100MΩ。

2）抗电强度变压器初级与次级绕组之间能承受50Hz，4000V（有效值）电压1min，而无击穿和飞弧。

限定漏电流为1mA，此项试验证明变压器的抗电强度达到IEC标准。

小型变压器的设计原则与技巧小型变压器是指2kva以下的电源变压器及音频变压器。

下面谈谈小型变压器设计原则与技巧。

1.变压器截面积的确定，铁芯截面积a是根据变压器总功率p确定的。

设计时，若按负载基本恒定不变，铁芯截面积相应可取通常计算的理论值即a=1.25 。

如果负载变化较大，例如一些设备、某些音频、功放电源等，此时变压器的截面积应适当大于普通理论计算值，这样才能保证有足够的功率输出能力。

2.每伏匝数的确定变压器的匝数主要是根据铁芯截面积和硅钢片的质量而定的。

实验证明每伏匝数的取值应比书本给出的计数公式取值降低10％～15％。

例如一只35w电源变压器，通常计算(中夕片取8500高斯)每伏应绕7.2匝，而实际只需每伏6匝就可以了，这样绕制后的变压器空载电流在25ma左右。

通常适当减少匝数后，绕制出来的变压器不但可以降低内阻，而且避免因普通规格的硅钢片经常发生绕不下的麻烦，还节省了成本，从而提高了性价比。

3.漆包线的线径确定线径应根据负载电流确定，由于漆包线在不同环境下电流差距较大，因此确定线径的幅度也较大。

一般散热条件不太理想、环境温度比较高时，其漆包线的电流密度应取2a/mm2(线径)。

如果变压器连续工作负载电流基本不变，但本身散热条件较好，再加上环境温度又不高，这样的漆包线取电流密度2?5a/mm2(线径)，若变压器工作电流只有最大工作电流的1/2，这样的漆包线取电流密度3～3.5a/mm2(线径)。

音频变压器的漆包线电流密度可取3?5～4a/mm2(线径)。

这样因时制宜取材既可保证质量又可大大降低成本。

综上所述要想设计出性价比较高的变压器，铁芯的截面积只能大不能小；适当减少每伏的匝数；详细分析负载情况；合理选用漆包线的规格。

只有通过反复实践细心推敲，才能真正掌握变压器的设计原则与技巧。

对于感性负荷，无功功率等于视在功率的平方与有功功率的平方差的平方根，即：Q= ；功率因数等于有功功率与视在功率之比，即：Cos =P／S。

如一台300VA 的调压器，带动一台80W的彩电，经计算，消耗网上的无功功率为289．14var；功率因数为0．27。

再如一台500VA的调压器，带动一台200W冰箱，经计算，消耗网上的无功功率为458．26var；功率因数为0．4。

由此说明，对于感性负载，在有功功率一定时，视在功率越大，容量越大，消耗网上的无功功率越大，功率因数越低，设备利用率越低，很不经济。

如何确定变压器线圈导线的电流密度1kva以下变压器电流密度的取值:连续使用的变压器可取3.7到4.7a/mm2;间歇或短时工作的变压器可取5到6安培每平方厘米。

10kva以下空气自冷式单相变压器电流密度的取值:对于内绕组取3到4a/mm2;外绕组散热条件较好,可取4到4.5安培每平方厘米.选取变压器电流密度取值时,通风条件好及容量大者取大值.当使用铝线绕制时,其电流密度可安铜线的60%计算。

如何减小变压器的空载电流变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。

空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。

空载电流的作用是建立工作磁场，又称励磁电流。

当变压器二次侧开路，在一次侧加电压u1e时，一次侧要产生电流io——空载电流。

io=u1e/（z1+zm）z1——变压器一次阻抗zm——变压器激磁阻抗为了减少空载电流，主要就是从变压器的铁芯入手。

1、提高铁芯(如硅钢片)质量。

2、改进铁芯结构。

其他知识交流三相变压器线圈的接法三相电压的变换可以用三只单相变压器或如图所示的三相变压器来完成.三相变压器原理和单相变压器原理相同。

在三相变压器中,每一芯柱均绕有原绕组和副绕组,相当于一只单相变压器.三相变压器高压绕组的始端常用a,b,c,末端用x,y,z来表示.低压绕组则用a,b,c和x,y,z来表示。

高低压绕组分别可以接成星形或三角行.在低压绕组输出为低电压,大电流的三相变压器中(例如电镀变压器),为了减少低压绕组的导线面积,低压绕组亦有采用六相星行或六相反星行接法。