工頻一般指市電的頻率,在我國(guó)是50Hz,其他國(guó)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。

　　工頻變壓器被大家稱為低頻變壓器,以示與開(kāi)關(guān)電源用高頻變壓器有區(qū)別，工頻變壓器在過(guò)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。

　　工頻變壓器的原理非常簡(jiǎn)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(jiǎn)單了，就那三、四個(gè)計(jì)算公式,沒(méi)什么可研究的.設(shè)計(jì)時(shí)只要根據(jù)那些簡(jiǎn)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(wèn)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(guò)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(wèn)題,因?yàn)樯婕暗囊蛩乇容^多.有些書(shū)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(jiǎn)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(ài)好者來(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō),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(zhǎng)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(guó)因?yàn)榧矣秒娖鞯拈L(zhǎng)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，這樣變壓器的損耗最低，工作最穩(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(shuō)明鐵心的尺寸選擇的過(guò)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(zhǎng)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(wú)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(jiǎn)單的計(jì)算，教科書(shū)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第一步。如果鐵芯(硅鋼片)選用過(guò)大，將導(dǎo)致變壓器體積增大，成本升高，但鐵芯過(guò)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?yè)p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?yè)p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。比較高級(jí)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(guò)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，最好采取每層墊絕緣紙(O.05mm厚的電纜紙、牛皮紙)的方法，在繞制中應(yīng)絕對(duì)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(tīng)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(wú)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。最后的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(kāi)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(chǎng)合都有使用)。

　　工頻變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算

　　理論計(jì)算完成后還需要實(shí)際測(cè)試效果進(jìn)行驗(yàn)證，因?yàn)殍F心參數(shù)，制作工藝可能和我們假設(shè)的不一樣，所以設(shè)計(jì)完成后基本都需要再根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

　　要求：

　　高壓輸出：260V，150ma ;

　　燈絲1：5V，3A;

　　燈絲2：6.3v，3A 中心處抽頭;

　　初、次級(jí)間應(yīng)加有屏蔽層。

　　根據(jù)要求鐵芯型號(hào)采用“GEIB一35”。

　　計(jì)算如下：

　　(1)計(jì)算變壓器功率容量(輸入視在功率)：

　　P =(1.4×高壓交流電壓×電流+燈絲1電壓×電流+燈絲2電壓×電流)/ 效率

　　=(1.4×260×0.15+5×3+6.3×3)/ 0.9

　　=(54.6+15+18.9)/ 0.9

　　= 98.33VA

　　(2)計(jì)算原邊電流

　　I1=1.05×P / 220=0.469A

　　(3) 按照選定的電流密度(由計(jì)劃的連續(xù)時(shí)間決定)，選取漆包線直徑。

　　如按照3A/mm2計(jì)算：D=0.65×√I (0.65×電流的開(kāi)方)

　　并規(guī)整為產(chǎn)品規(guī)格里有的線徑(可查資料)：

　　選定：

　　原邊直徑D1=0.45mm

　　高壓繞組直徑D2=0.25mm

　　燈絲繞組直徑D3=D4=1.12mm

　　(4) 鐵心截面面積

　　S0=1.25√(P)=1.25×√98=12.5CM2

　　(5)鐵心疊厚：

　　根據(jù)他的要求鐵芯型號(hào)采用“GEIB一35”，

　　查到：舌寬=35MM=3.5CM

　　則：疊厚=12.5 / 3.5 =3.6CM

　　一般地(疊厚/舌寬)在1-2之間是比較合適的。

　　(6)鐵心有效截面積：

　　S1=舌寬×疊厚 / 1.1 = 11.454 CM2

　　(7) 計(jì)算每伏匝數(shù)

　　計(jì)算式：每伏匝數(shù)n=(45000)/(B×S1)

　　其中

　　B=10000-12000(中等質(zhì)量硅鋼片，如原先上海無(wú)線電27廠產(chǎn)品鐵心)

　　或15000(Z11等高質(zhì)量硅硅片)

　　或8000(電動(dòng)機(jī)用硅鋼片)。

　　S1：鐵心有效截面積，等于(舌寬×疊厚)/1.1

　　假定是中等質(zhì)量鐵心，并且保守點(diǎn)，取B=10000

　　則：

　　n=450000 / B×S1

　　= 450000 /(10000×11.454)

　　=3.93 (T / V )

　　(8)計(jì)算每組匝數(shù)

　　原邊圈數(shù)：N1=220n=220×3.93×0.95=822(T)

　　副邊高壓：N2=260×1.05×n=1073(T)--這是一半，還要再×2=2146T。

　　燈絲1(5V)： N3=5×1.05×n=21(T)

　　燈絲2(6.3V)：N3=6.3×1.05×n =26(T)

　　(10)計(jì)算每層可繞圈數(shù)(窗口高度兩端要留下3MM)：

　　查得該鐵心窗口高度h=61.5mm，

　　查表得知：選用的漆包線帶漆皮最大外徑

　　D1Max=0.51mm

　　D2Max=0.30mm

　　D3Max=1.23mm

　　D4Max=1.23mm

　　按照 每層可繞：N =(h-0.5-2×3)/(K×DMax)計(jì)算

　　(分子的含義是：由h=61.5mm==》可繞線寬度為61.5-0.5-2×3=55mm)

　　(分母是排線系數(shù)K×最大外徑DMax，對(duì)于初學(xué)者，小于0.3的線K=1.20，0.3-0.8的線K=1.15，大于0.8的線K=1.10。。如您已經(jīng)有較好的繞線經(jīng)驗(yàn)，K可以=105～102)

　　代入上述數(shù)據(jù)得到：

　　原邊每層可繞：94圈

　　高壓每層可繞：154圈

　　燈絲每層可繞：39圈(最后有討論)。

　　(也可以直接查“每厘米可繞圈數(shù)表”得到)

　　(11)各繞組的層數(shù)

　　前面已經(jīng)算出各組圈數(shù)則，則各繞組的層數(shù)：

　　原邊=822/ 94=8.74，取9層

　　高壓=2146/154=13.94，取14層

　　燈絲1：1層，

　　燈絲2：1層。

　　(12)絕緣設(shè)計(jì)

　　骨架，用1MM厚紅鋼紙，外加0.15MM覆膜青殼紙1層+0.08MM電纜紙1層;

　　原邊繞組墊紙用0.08MM電纜紙;

　　副邊高壓繞組墊紙用0.05MM電纜紙;

　　組間絕緣用0.08MM電纜紙1層+0.15MM覆膜青殼紙2層+0.08MM電纜紙1層;

　　(繞組外絕緣同組間絕緣)

　　(13)計(jì)算線包(壓實(shí)的)厚度：

　　=(1+0.15+0.08) (骨架及內(nèi)層絕緣)

　　+(9×0.51+8×0.08) (原邊繞組)

　　+(0.08×2+0.15×2) (組間絕緣1)

　　+(隔離層，如可能用0.05銅箔，如無(wú)，就用與高壓繞組同直徑的線繞一層代)

　　+(0.08×2+0.15×2) (組間絕緣2)

　　+(14×0.30+13×0.05)(高壓繞組)

　　+(0.08×2+0.15×2) (組間絕緣3)

　　+(1.23) (燈絲1)

　　+(0.08×2+0.15×2) (組間絕緣4)

　　+(1.23) (燈絲2)

　　+(0.08×2+0.15×2) (線包外間絕緣)

　　=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)檢驗(yàn)“蓬松系數(shù)”

　　蓬松系數(shù)=鐵片窗口寬度 / 線包(壓實(shí)的)厚度

　　“蓬松系數(shù)”一般可以在1.2-1.3間，蓬松系數(shù)小者要注意繞的十分緊才行，蓬松系數(shù)過(guò)大說(shuō)明選的鐵心規(guī)格大了，要重選重算。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不多的初學(xué)者，不妨以1.3-1.35進(jìn)行檢驗(yàn)。不然可能繞完了發(fā)現(xiàn)裝不進(jìn)鐵片。

　　檢驗(yàn)：

　　蓬松系數(shù)=22 / 16.37 = 1.34

　　很合適的呀。

　　(15)修正方案：：

　　燈絲繞組可以選用0.8nn直徑漆包線2根并繞(0.80線最大外徑0.89，每層可繞54圈，6.3V繞組26×2，剛好可以繞下)。這樣導(dǎo)線可以分布開(kāi)來(lái)不至于只有半邊，繞出來(lái)的線包就比較平整。還可以減小繞組厚度。

　　這時(shí)，

　　計(jì)算線包(壓實(shí)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

　　蓬松系數(shù)=22 / 15.69 =1.41

　　這就非常之寬松了，說(shuō)明選的鐵心規(guī)格大了，利用手頭現(xiàn)有鐵心當(dāng)然可以。保證可以成功。

　　計(jì)算完畢。