变压器设计方法与技巧汇总Word文档格式.docx
- 文档编号:20390346
- 上传时间:2023-01-22
- 格式:DOCX
- 页数:88
- 大小:3.45MB
变压器设计方法与技巧汇总Word文档格式.docx
《变压器设计方法与技巧汇总Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变压器设计方法与技巧汇总Word文档格式.docx(88页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
●多次级的变压器:
这类变压器的次级多数在七八组以上.电流大小不等,但每组不一定同时接负载,所以计算功率不一定全部算进去,只要将同时带负载的次级绕组计算出来即可。
同样应选窗口较大的硅钢片,初级线圈的线径应根据次级各组同时使用的实际功率确定。
采用以上的方法设计。
既能保证性能又可以降低生产的成本。
变压器设计心得
----------
变压器原理
当我们把导线插入220V电源插座,就会发生短路现象,可是插入变压器就不会,区别就在于变压器原边的线圈导线是绕在铁芯上的,难道仅仅因为多了个铁芯,导线就失去短路作用了吗?
是的,导线插入铁芯后就变成了电感线圈,根据楞次定律:
感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,(注意:
“阻碍”不是“相反”,原磁通量增大时方向相反,原磁通量减小时方向相同;
“阻碍”也不是阻止,电路中的磁通量还是变化的。
)变压器原边将产生一个大小相等,方向相反的反向电动势抵消输入的220V电压,导线中仅有微弱的励磁电流流过(维持磁场需要有一个电流),所以,导线失去了短路作用。
如果真是这样,那么在铁钉上绕几圈漆包线,再把导线插入220V电源插座,是不是就不会短路了?
肯定会短路的。
原因就是铁芯磁饱和了,无法产生反向电动势抵消输入电压,此时,导线还是相当于短路线。
拆开变压器,可以看到,线圈匝数很多,额定功率越大的变压器,铁芯体积越大,其中的原因就是为了让变压器工作在变压器状态,而不是进入磁饱和状态。
也就是说,我们实际中使用的变压器都是非理想的,有可能进入磁饱和状态,从而失去变压器功能。
我们设计变压器的目的就是保证在额定电压,额定功率下,变压器正常工作。
如果真的存在理想变压器就不需要我们设计了。
变压器设计
除了满足正常工作的要求外,变压器设计还要满足:
体积、重量、温度、成本等要求,所以,实际变压器的设计可不是一件容易的事情。
书本上的理论分析全都是用的理想变压器,书上说变压器可以实现变压、阻抗匹配、隔离等等功能,但是隐含前提是变压器工作在变压器状态,如果饱和了,那就没有这些功能了。
一个实际变压器还存在导线电阻、漏感、分布电容、分布电感、温升(铜损、铁损)等等问题,根据不同的变压器类型,有些参数不能忽略。
制作变压器我们需要知道以下信息:
1、磁芯规格(磁芯形状、磁芯大小、磁芯材料)
2、匝数与导线规格(原副边匝数、导线直径)
3、损耗与温升
4、导线结构:
多股线或扁平线
5、绕组结构:
多层或分段饶制
6、端空设计:
按绝缘电位设计端空
磁芯规格其实就是要确定横截面积和工作点。
一般功率决定横截面积大小,功率越大,横截面积越大。
有经验公式可以快速根据功率确定横截面积,也可以直接查表。
磁芯材料确定后,根据其特性曲线,我们要选择合适的工作点B0。
B0太大会导致磁饱和,太小又会使得体积庞大、重量沉、功耗大、成本高。
当电源频率、工作点B0、横截面积都确定后,就可以计算出每伏匝数,用输入电压除以每伏匝数就可以得到原边匝数。
进而可以求得副边匝数。
导线直径取决于电流密度,而电流密度又取决于电压调整率或温升,受二者共同约束,哪个约束条件算出来的J值小,就选择哪个J值。
J值小肯定不会有温升/电压调整率问题,但也不是越小越好,J小的话,导线直径太粗,铜重量大、体积大、成本高,有时线包厚度可能超过铁芯窗口尺寸,根本无法绕制。
电流密度J和温升有什么关系呢?
很多初学者可能想到去查书,其实,变压器设计是一项实践性很强的工作,理论派这时已经玩不转了,此时需要大量实践经验。
也有人可能会抱怨资料不足,这不是问题,没有资料可以做实验得到。
就象没有DIP器件封装数据,你完全可以直接用尺子量出引脚间距来。
不知道程序出错原因,完全可以通过调试找到。
温升和铜损铁损有关,和散热条件有关,带散热片的温度就低,散热片上有风扇的温度更低,风扇转速快的肯定温度又要降低了。
此外,还和外部环境温度有关,在南极零下50度,温升就不是问题,在赤道沙漠里,温升可能导致铁芯磁特性曲线飘移,进而磁饱和,失去变压器功能。
总之决定温升的因素很复杂:
管芯到封装的热阻、接触面积、接触面光滑度、导热硅脂、散热器材料体积、表面积、鳍形、涂层材料、颜色、空气密度、流速等共同决定温升。
因此,电流密度J和温升的关系只能凭经验确定了。
一般通过经验公式确定。
所谓经验公式是指:
通过一系列结果可重复的实验,得到数据曲线,使用数值分析方法多项式拟合,得到经验公式。
此公式在我们的经验范围内正确,可以准确预测结果,可以重复验证。
注意:
经验公式存在局限性,如果预测结果不对,就需要再次修正经验公式,增加我们的经验。
由此可知,经验越多,越不容易出错,想要设计好变压器需要积累大量经验。
毕竟,变压器是一种商品,我们没有必要每次都从头设计,那样太浪费时间。
此时,利用表格、EXECL电子表格、经验值可以大大加快设计速度。
比如:
可以规定电流密度J选2.5A/平方毫米,内绕组J适当降低,外绕组J适当提高,散热好的甚至可以达到10A/平方毫米,这样就不用详细计算了。
变压器类型
电源(工频)变压器
最常见的变压器,输入220VAC50HZ,输出各种直流电压。
因为频率低,基本不考虑分布参数,可以乱绕。
----------------------------------------------------------------------------------------------------
隔离变压器
变比一般为1:
1,主要目的是隔离。
因为市电零线接大地,人碰到热底板上的零线相对还算安全,一旦碰到火线,就会和大地形成回路,导致触电。
经过变压器隔离后,人单独碰到任何一根线都不会触电,两根线对地浮空,都不会和大地形成回路,电压只存在于两根线之间,所以安全。
音频变压器
输入变压器
级间变压器
输出变压器
线间变压器
匹配变压器
调幅变压器
电子管/晶体管收音机/音响中,需要在各级放大电路之间增加变压器进行阻抗匹配和谐振,使得后级获得最大输出功率。
收音机里的变压器俗称中周。
音频变压器中的频率较高,不能忽略分布参数,而且,要把晶体管输入输出电阻折算到变压器中。
一般先抽象出一个等效电路,再简化,然后根据分布参数约束条件获得等效电路各参数值。
有了这些信息,就可以计算出功率,进而得到横截面积,线圈匝数,导线直径等等变压器绕制参数。
这样我们就可以得到满足分布参数要求,能够工作在变压器状态(不饱和),具有正确阻抗变换功能的变压器了。
为什么三极管集电极接在中周的中间点?
这种部分接入的主要目的是减小三极管输出电阻rce对谐振阻抗及Q值的影响。
设中周的中间点到直流电源点的圈数为n1,中周初级线圈总圈数为n2,变比n=n2/n1,当rce并连到n1线圈时,折算到n2线圈将是rce的n方倍,使谐振阻抗及Q值只有少量下降,保证了足够的电压放大倍数和选择性指标。
早期的电子管收音机中,由于电子管的输出阻抗极大,根本不用考虑这个问题,所以在电子管电路中就不存在“接中周中间点”的接法。
大部分人做过收音机,但是很少人自己设计绕制中周和输入输出变压器,现在学习了音频变压器设计,你就可以自己绕了,再不用担心买不到合适的中周变压器了,哈哈。
音频变压器对工艺要求较高,不太容易成功。
另外,玩胆机(电子管)音响的朋友更是需要自己绕变压器了,尽管电子管和晶体管有点差别,但是学习了以上内容,自制变压器就不是难事了。
脉冲变压器
我们在8019网卡芯片中就用到了脉冲变压器,起隔离作用,变比1:
1。
想不想知道这种变压器是怎么设计的呢?
想不想自己绕一个呢?
其实脉冲变压器也是变压器的一种,只不过脉冲波含有大量频率分量,不能忽略分布参数影响,绕制工艺要求高,一般也要先抽象出一个等效电路,再简化,然后根据分布参数约束条件获得等效电路各参数值。
与音频变压器不同的是,其约束条件参数不一样。
脉冲波形参数约束条件有:
峰值脉冲幅度、脉冲持续时间、脉冲上升时间、脉冲下降时间、顶降、脉冲顶峰、过冲、反摆、回摆、恢复时间。
根据这些信息,就可以计算出功率,进而得到横截面积,线圈匝数,导线直径等等变压器绕制参数。
这样我们就可以得到满足分布参数要求,满足脉冲波形参数约束条件要求,能够工作在变压器状态(不饱和),能够正确传递脉冲能量(脉冲波形变化符合要求)的变压器了。
----------------------------------------------------------------------------------------------------
开关电源变压器
特种变压器
稳压变压器
霓虹灯变压器
微波炉变压器
机场助行航灯光用变压器
超隔离变压器
传输线变压器
铁芯电感器
电源滤波扼流圈
交流扼流圈
电感线圈
镇流器
超声换能器用匹配电感
铁氧体磁芯电感
工频变压器设计,用于电子管音响,
工频变压器是最简单的变压器,基本不用考虑分布电感、分布电容、信号源内阻、等效电路各种指标等复杂因素,直接按标准化步骤操作即可,所以用工频变压器来进行变压器设计入门是最好不过了。
简单说就是根据功率选择铁心,然后计算匝数,再看能否绕下。
不同的人设计标准不同,可能和下面计算有偏差,但是本质思想都是一样的。
有时算到后面需要重新再来,其实相当于一个迭代设计过程,反复设计直至满足要求为止。
理论计算完成后还需要实际测试效果进行验证,因为铁心参数,制作工艺可能和我们假设的不一样,所以设计完成后基本都需要再根据实测结果进行调整。
要求:
高压输出:
260V,150ma;
灯丝1:
5V,3A;
灯丝2:
6.3v,3A中心处抽头;
初、次级间应加有屏蔽层。
根据要求铁芯型号采用“GEIB一35”。
计算如下:
(1)计算变压器功率容量(输入视在功率):
P=(1.4×
高压交流电压×
电流+灯丝1电压×
电流+灯丝2电压×
电流)/效率
=(1.4×
260×
0.15+5×
3+6.3×
3)/0.9
=(54.6+15+18.9)/0.9
=98.33VA
(2)计算原边电流
I1=1.05×
P/220=0.469A
(3)按照选定的电流密度(由计划的连续时间决定),选取漆包线直径。
如按照3A/mm2计算:
D=0.65×
√I(0.65×
电流的开方)
并规整为产品规格里有的线径(可查资料):
选定:
原边直径D1=0.45mm
高压绕组直径D2=0.25mm
灯丝绕组直径D3=D4=1.12mm
(4)铁心截面面积
S0=1.25√(P)=1.25×
√98=12.5CM2
(5)铁心叠厚:
根据他的要求铁芯型号采用“GEIB一35”,
查到:
舌宽=35MM=3.5CM
则:
叠厚=12.5/3.5=3.6CM
一般地(叠厚/舌宽)在1-2之间是比较合适的。
(6)铁心有效截面积:
S1=舌宽×
叠厚/1.1=11.454CM2
(7)计算每伏匝数
计算式:
每伏匝数n=(45000)/(B×
S1)
其中
B=10000-12000(中等质量硅钢片,如原先上海无线电27厂产品铁心)
或15000(Z11等高质量硅硅片)
或8000(电动机用硅钢片)。
S1:
铁心有效截面积,等于(舌宽×
叠厚)/1.1
假定是中等质量铁心,并且保守点,取B=10000
n=450000/B×
S1
=450000/(10000×
11.454)
=3.93(T/V)
(8)计算每组匝数
原边圈数:
N1=220n=220×
3.93×
0.95=822(T)
副边高压:
N2=260×
1.05×
n=1073(T)--这是一半,还要再×
2=2146T。
灯丝1(5V):
N3=5×
n=21(T)
灯丝2(6.3V):
N3=6.3×
n=26(T)
(10)计算每层可绕圈数(窗口高度两端要留下3MM):
查得该铁心窗口高度h=61.5mm,
查表得知:
选用的漆包线带漆皮最大外径
D1Max=0.51mm
D2Max=0.30mm
D3Max=1.23mm
D4Max=1.23mm
按照每层可绕:
N=(h-0.5-2×
3)/(K×
DMax)计算
(分子的含义是:
由h=61.5mm==》可绕线宽度为61.5-0.5-2×
3=55mm)
(分母是排线系数K×
最大外径DMax,对于初学者,小于0.3的线K=1.20,0.3-0.8的线K=1.15,大于0.8的线K=1.10。
。
如您已经有较好的绕线经验,K可以=105~102)
代入上述数据得到:
原边每层可绕:
94圈
高压每层可绕:
154圈
灯丝每层可绕:
39圈(最后有讨论)。
(也可以直接查“每厘米可绕圈数表”得到)
(11)各绕组的层数
前面已经算出各组圈数则,则各绕组的层数:
原边=822/94=8.74,取9层
高压=2146/154=13.94,取14层
1层,
1层。
(12)绝缘设计
骨架,用1MM厚红钢纸,外加0.15MM覆膜青壳纸1层+0.08MM电缆纸1层;
原边绕组垫纸用0.08MM电缆纸;
副边高压绕组垫纸用0.05MM电缆纸;
组间绝缘用0.08MM电缆纸1层+0.15MM覆膜青壳纸2层+0.08MM电缆纸1层;
(绕组外绝缘同组间绝缘)
(13)计算线包(压实的)厚度:
=(1+0.15+0.08)(骨架及内层绝缘)
+(9×
0.51+8×
0.08)(原边绕组)
+(0.08×
2+0.15×
2)(组间绝缘1)
+(隔离层,如可能用0.05铜箔,如无,就用与高压绕组同直径的线绕一层代)
2)(组间绝缘2)
+(14×
0.30+13×
0.05)(高压绕组)
2)(组间绝缘3)
+(1.23)(灯丝1)
2)(组间绝缘4)
+(1.23)(灯丝2)
2)(线包外间绝缘)
=1.23+5.23+0.46+0.30+0.46+4.85+0.46+1.23+0.46+1.23+0.46
=16.37mm
(14)检验“蓬松系数”
蓬松系数=铁片窗口宽度/线包(压实的)厚度
“蓬松系数”一般可以在1.2-1.3间,蓬松系数小者要注意绕的十分紧才行,蓬松系数过大说明选的铁心规格大了,要重选重算。
对于经验不多的初学者,不妨以1.3-1.35进行检验。
不然可能绕完了发现装不进铁片。
检验:
蓬松系数=22/16.37=1.34
很合适的呀。
(15)修正方案:
:
灯丝绕组可以选用0.8nn直径漆包线2根并绕(0.80线最大外径0.89,每层可绕54圈,6.3V绕组26×
2,刚好可以绕下)。
这样导线可以分布开来不至于只有半边,绕出来的线包就比较平整。
还可以减小绕组厚度。
这时,
计算线包(压实的)厚度:
=1.23+5.23+0.46+0.30+0.46+4.85+0.46+0.89+0.46+0.89+0.46
=15.69mm
蓬松系数=22/15.69=1.41
这就非常之宽松了,说明选的铁心规格大了,利用手头现有铁心当然可以。
保证可以成功。
计算完毕
65W-105W具有过流保护的电子变压器
65W-105W具有过流保护的电子变压器,65-105WPowerConverter
关键字:
电子变压器电路图
(1)该电路的核心是由C2、C3、T3、L3加上触发电路R2、C4、D7、L2两者组成的双端半桥自激式开关变换电路,其中DB1是一种双向触发二极管,触发电压为30V;
T-L1-3是在小的高频磁环(直径7mm×
29mm×
12mm),初级用直径0.50mm规格的漆包线绕制48圈,电感量为9.5mH,次级用30根直径0.23mm规格的漆包线绕制5圈而成,初次级间用合适尼龙套绝缘,可达到CE安全标准要求。
(2)Q1、C4、C5、R3、R4、D8、R8组成过流保护电路,当输出级短路或过载时,电阻R2上的电压会大增,经过D3、R3、R7、C8积分分压后触发三极管Q1导通,从而使开关管不能被触发导通而起到保护作用,C4在保护电路中起状态保持作用。
(3)C1、L1组成LC式单臂滤波器,发滤除开关电路产生的尖锋脉冲。
L1用直径0.37mm规格漆包线在EE-20型式的高频磁芯上绕制200圈而成。
高频磁芯间需预留一间隙,以防止磁芯饱和,绕好后的L1电感量应为6.9mH左右。
(4)F1是800mA的快熔型保险管,R1是压敏电阻,F2是热敏保险,安装时应和开关管T2、T3的散热器连在一起。
以上元件可在输入电路过流、过压及三极管过热时起到保护作用。
(5)D5、D6、D8、D9、C6、C7都是起泄放输出变压器L3的反峰电压作用。
适合初学者制作的TOP22X系列开关电源(带变压器数据,参数精确)
TOP22X系列虽然出来得比较早,但外围简单、高效,适合初学者制作。
图下面的是量产的真实数据。
变压器都是PC40材质。
同样适合100KHZ的其它芯片驱动的单端反激式开关电源!
1.12V/1A,12W电源。
IC用TOP223Y,100KHz。
磁芯:
EE19,气息:
0.15mm,初级电感:
950uH,
初级:
直径0.21单线饶110T,次级:
0.41*2绕11T,反馈:
8T
2.12V/1.5A,18W电源。
EE22,气息:
0.2mm,初级电感:
900uH,
直径0.26单线饶85T,次级:
0.47*3绕10T,反馈:
3.12V/2A,24W电源。
EE25,气息:
0.25mm,初级电感:
850uH,
直径0.33单线饶85T次级:
0.47*4绕10T,反馈:
4.12V/2.5A,30W电源。
PQ2020,气息:
800uH,
直径0.33单线饶75T,次级:
0.47*5绕9T,反馈:
6T
5.12V/3A,36W电源。
IC用TOP224Y,100KHz。
EC28,气息:
730uH,
直径0.33单线饶60T,次级:
0.47*5绕8T,反馈:
5T
6.12V/4.2A,50W电源。
PQ2620,气息:
700uH,
直径0.33单线饶50T,次级:
0.47*8绕6T,反馈:
4T
7.12V/5A,75W电源。
IC用TOP225Y,100KHz。
PQ2625,气息:
0.3mm,初级电感:
600uH,
直径0.41单线饶48T,次级:
8.12V/8.1A,100W电源。
IC用TOP227Y,100KHz。
EC35,气息:
0.35mm,初级电感:
550uH,
直径0.41*2饶45T,次级:
0.47*15绕6T,反馈:
9.12V/10A,120W电源。
PQ
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变压器 设计 方法 技巧 汇总
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)