传输线变压器设计
设计要求
传输线变压器和其他元器件一样,其设计的依据是用户提出的技术要求,然而,如果用户对传输线变压器缺乏一定的了解,那么要提出合理的技术要求是困难的.为此,在介绍设计方法之前有必要先对变压器的技术要求作一些说明.
在一般情况下,电子变压器的技术要求应包含这样一些内容:输入和输出阻抗的大小,馈电方式,与讯号有关的内容(例如频率范围,功率容量,脉冲波还是连续波)负载的特点,允许的波形或幅度和相位的变化程度以及允许的失配程度等.现分述如下:
输入和输出阻抗
在变压器的技术要求中,如果仅仅提阻抗比的要求是不够的,必须具体指明输入阻抗和输出阻抗的大小.因为对于一定的阻抗比,例如1:4,可以是50欧姆与200欧姆之比,等等.而在传输线变压器中,所用传输线最佳特性阻抗与具体的阻抗变换有关,即与输入阻抗和输出阻抗的大小有关.对于50欧姆的1:4双线传输线变压器,传输线最佳特性阻抗为100欧姆的1:4双线传输线变压器,传输线最佳的特性阻抗为100欧姆.而对于75欧姆与300欧姆的变换,传输线最佳阻抗为150欧姆.另外,为了确定变压器磁化电感的大小,还必须知道输入阻抗或输出阻抗,国在磁化电感的大小是与输入阻抗或输阻抗成正比的.例如,有两个变压器,在其它的条件相同的情况下,一个变压器的阻抗比为12.5欧姆/50欧姆,另一个变压器的阻抗比为125欧姆/500欧姆,虽然都是1:4的阻抗变压器,然而它们所要求的磁化电感却有很大的差别,后都是前都的10倍.一个变变压器性能的好坏在很大程度上取决于所要求的磁化电感的大小,传输线特性阻抗与最佳特性阻抗之比,因此,设计变压器的大小,首先要明确阻抗变换是从多少欧姆变到多少欧姆,例如,在晶体管电路中用于级间耦合的变压器,必须知道前级的输出阻抗和后一级的输入阻抗,短波通讯中的发射机与天线之间的匹配变压器,就应当知道发射机的输出阻抗和天线(或馈线)的输入阻抗.
极性变换
极性变换本身可看作是广义的阻抗变换,因为它也是使两个不同的网络间匹配的一种手段.变压器极性变换一般有四种:全相变换,不平衡-不平衡变换,不平衡-平衡变换以及平衡-平衡变换.对于一定的阻抗变换,当所要求的极性变换形式不同时,刚变换电路和传输线的最佳特性阻抗就不完全相同.例如,1:4不平衡-不平衡变换,一般采用双线传输线变换电路,而1:4不平衡-平衡变换,一般采用成对双线传输线变换电路或三线传输线1:4变换电路.因此,在变压器的技术要求中除说明输入端和输出端的阻抗以外,还应指明输入和输出端的极性(即馈电方式).
负载的特点
当涉及不平衡-平衡变换时,在技术要求中应说明平衡端负载是否允许有实在的接地点.因为有实在接地点的变换电路可以有较大的差别.例如1:1不平衡-平衡变换,如果平衡负载中心(或平衡电源中心)允许有实在接地点,则用简单的双线传输线变压器就可以完成,否则还要附加平衡绕组或都采用三线传输线变压器电路.因此,在技术要求中指明平衡负载中心是否允许有实在接地点,这可以使变压器设计师获得更多的自由,从而有助于提高设计质量.
直流的影响
在电子线路中常常是交,真流混杂的,因此变压器就应注意是否有隔离直流的要求,当有直流存在进,不仅变压器变换电路形式不同,而且在设计进还应该注意因直流引起的饱和问题.在第二章曾指出,磁芯饱和的问题---磁导率随直流场变化,与工作频率的高低有关,在一般情况下,工作频率越低,磁芯饱和的问题就越严重.因此,对于低频变压器,直流的大小要特别引起注意.
功率容量
习惯上,如果未指明功率容量的要求都是指低功率.如果有功率容量的要求(对于短波为瓦级以上)应具体指明容量的大小.变压器的设计,特别是磁芯材料厂,尺寸的选择以及传输线材料,尺寸的选择与功率容量的大小有密切的关系.
传输参数
变压器的功能可以归结为能在电源和负载之间提供匹配级联.而且为了衡量匹配的程度,由它引起的损耗大小和相位的变化,需要引入一些参数,这些参数是
传输损耗(有效损耗)
（分贝）
式中T为传输参数.
插入损耗
（分贝）
对比以上两式不难看出,当电源输出阻抗与负载电阻相同时,插入损耗和传输损耗的意义不同.变压器是用来做阻抗变换的,在一般情况下变比或阻抗比不等于一,此时,若仍用插入损耗来衡量变压器的损耗,那么变压器的损耗(用分贝表示)可能出现负载(既有增益).变压器是无源网络,不可能有功率增益,因此,在衡量变压器损耗时用传输损耗比较合理,而用插入损耗表示则容易产生混淆.
反射损耗(回归损耗)
式中电压反射系数
其中Z 和Z为在网络某处分别向电源和负载端看的输入阻抗,若用电压驻波系数ρ表示,则反射损耗
反射损耗、电压驻波系数和电压反射系数都是表征失配程度的参数，因为这些参数相互间都有一定的关系，故在一般技术要求中只给出其中一个就可以了。
在一般的设计手册中给出的电压驻波系数、电压反射系数和传输损耗的列线图，传输损耗仅指由于反射引起的损耗，不包括因传输网络内存在的有功损耗元件所引起的损耗。所以用户在给出传输线变压器的技术指标时应注意其合理性。
相移是指信号通过变压器网络后相位的变化。射初始信号相位为零，则通过变压器网络后相移角φ由下式确定：
在不平衡-平衡变换中还有相位平衡度和幅度平衡度的要求。幅度平衡度
相位平衡度一般不用分贝表示，而直接用平衡端相移角差表示。
以上所讨论的变压器的四种主要参数，即传输损耗（或插入损耗），反射损耗（或电压反射系数、或电压驻波系数），相移以及平衡度，在变压器的使用过程中，有的对这四个参数都有所要求，有的只对其中的几个有要求。如果不是必要，不必对所以的参数都提要求，否则有可能会使主要指标的水平降低。
变换电路的选择
设计传输线变压器，首先要根据设计要求选择变换电路。表3-1是十几种可供使用的变换电路汇集。每一种变换电路都有各自的特点。现就各种电路的特点分别加以说明。
表1 基本变换电路汇集
实际传输线变压器的传输损耗主要由两部分组成，变换电路本身的传输损耗和由于并联电感（磁化电感）不等于无穷大所引起的损耗。所谓变换电路本身的传输损耗是指没有电损耗和磁损耗时，由变压器电路的频率特性所造成的损耗。实际应用中的传输线变压器，要求传输损耗比较小，也即变换电路本身的传输损耗和并联电感损耗都必须较小，这种情况下实际变压器的传输系数和传输损耗可分别表示为：
T = T
1T
2
(4-8)
A
T = 10lgT
1
+ 10lgT
2
（4-9）
式中 T
1
-----并联电感传输系数
T
2
-----变换电路本身的传输系数
几种变换电路的T
1值和T
2
值列在表3-1中。
表3-1中序号1是1：1隔直变换，传输线的最佳特性阻抗为，由于该变换的初级或次级绕组内有直流通过，直流产生的磁场有可能使磁芯的可逆磁导率下降，因而有可能使电感值下降。
序号2是1：-1（倒相）变换，其中上图为传输线（扭绞双线或同轴线）绕在磁芯上的结构形式，下图为磁环套在同轴线上的结构形式。相对而言，后一种形式适用于高的频率，如几百兆的连续波、毫微秒量级的脉冲波。
序号3有两种变换电路，其上图多半是作不平衡-平衡的变换，负载中心不一定要有实在的接地点。例如，不平衡电源输出与平衡天线之间的匹配，因平衡天线中心没有实在的接地点，所以可以用这种电路来完成匹配。下图一般是用来作平衡—不平衡的变换，例如平衡接收天线与不平衡接收机之间的匹配就可由它来完成。
序号5和6都是双线1：4变换，它们在结构上的差别仅仅是接地点不同。但当作不平衡—平衡变换时，其平衡度不如三线的和成对的1：4不平衡-平衡变换好，它的优点是结构简单，制作方便，尺寸小。双线1：4变换多半用来作不平衡电路的级间耦合。
序号7和8都是成对双线的1：4平衡-平衡变换，其中7是传输线绕在同一磁芯上（只用一个磁芯），序号8是磁芯分别套在两根同轴线上的结构形式。
序号9也是成对双线1：4变换，与序号7比较多了一接地点，并且是由两根传输线分别绕在两个磁芯（或双孔磁芯）上组成的，其并联电感为序号7的1/4。因此在其他条件相同的情况下，序号9的低频响应和并联电感损耗不如序号7，但是序号7只能用来做平衡-平衡变换，而不能作不平衡-平衡变换，调整序号9的接地点，则可以用来做各种极性的1：4
变换。它的主要优点是在作不平衡-平衡变换时有较好的平衡度。
序号10、12和序号4、11、13、15都是三线传输线变压器，其中序号10和12为偶模变换，其余四种为奇模变换。它们中的某些变换，其功能与双线传输线变压器的相同，但这些相同功能的变换之间仍是有差别的，主要表现在以下几个方面：
在磁芯和传输线相同的情况下，并联电感不同，因而并联电感的传输系数。
最佳传输条件不同。
传输线长度的限制不同。例如序号14和15都是1：9不平衡-不平衡变换，前者允许用较长的传输线，而后者允许使用的传输线较短。或者说，当传输线的长度相同时，前者的上限频率较高，后者的上限频率较低。但序号14要用两个磁芯，而序号15只需用一个磁芯。
表3-1中还有的是将磁环套在传输线上的结构形式，也有是传输线绕在磁环上的结构形式。这两种结构在本质上没有太大的差别，因为磁环套在传输线上可看成是传输线在磁环上绕一
匝的结构形式。当然它们之间还有一定的差别，例如将磁环套在传输线上的结构形式，传输线绕组的分布电容小，而传输线绕在磁环上，由于传输线形成了线圈因而绕组的分布电容大。分布电容小是获得较高上限频率的重要条件，因此，将磁环套在传输线上的结构形式适用于作较高频率的阻抗变换，但是由于较难获得较大的并联电感，因而不适于低频应用。
以上列举了传输线变压器的各种变换电路以及主要的差别，具体的不同参考《射频铁氧体宽带器件》【1】读者可根据具体的设计要求做出选择。
传输线特性阻抗的计算
概述
为了达到宽频带的目的，绕制变压器用的传输线的特性阻抗应尽可能地满足最佳值的要求，如果偏离最佳值，那么各种传输线变压器将受传输线的长度或工作频率的限制，偏离越大则限制越厉害。因此，设计传输线变压器的关键是选择或设计合适的传输线。
绕制传输线变压器的传输线主要有同轴电缆、扭绞双线、平行双线、带状线，他们都是双线传输线。还有一种是多股扭绞线，如由三根单线扭绞成的三线传输线，这类线称为耦合传输线。
a.无损耗同轴电缆的特性阻抗
式中，D，d分别是同轴电缆外导体内径、内导体外径；为内外导体间介质相对磁导率；是介质的相对介电常数。
b.带状传输线的阻抗
式中，h-带状线支撑介质的厚度，b-带状线宽度
c.扭绞双线的特性阻抗
式中，D-单线直径； d-单线导体直径
下表给出了常用扭绞双线的一些基本参数：
磁芯的选择
由上一章传输线变压器原理可知，由磁芯引起的传输损耗总是随频率的上升而下降，最后趋于仅与斯诺克常数有关的恒定值。因而，如果在频带的低端能满足传输损耗的要求，那么在高于这一下限频率下传输损耗也一定能满足要求。由此得出的对磁芯的基本要求是初始磁导率高，也高。为便于工程设计，本节将给出不同的指标对材料技术要求的差别，以便根据不同的应用、不同的要求去合理地选择需要的铁氧体材料。本节另一个内容，是根据变压器设计要求及既定的材料参数（和）μ来确定磁化电感的大小，并给出一些设计参考图表，最后将对宽带变压器磁芯的最佳尺寸做一简要介绍。
磁芯材料的选择
对磁芯材料的要求主要取决于变压器的容量，同时考虑其相关的传输损耗、反射损耗、相移及磁芯材料的磁导率和、损耗角正切 ( / )。
宽带变压器的传输损耗为：
式中，—电源内阻；L
—空心线圈电感；
式中，N--匝数；h--磁环高度；d
1、d
2
—磁环内、外径尺寸（cm）
宽带变压器的反射损耗为：
3．宽带变压器的相移为：
（弧度）
需要说明的三点：
其一，提高磁芯磁导率对于改善传输损耗、反射损耗和相移都是有宜的。
其二，对磁芯材料的以上讨论仅仅适用于低功率，对高功率不完全适用。
其三，同时满足传输损耗、反射损耗和相移技术要求的最佳材料是损耗很大（）的材料而不是低损耗（）材料，因为传输损耗在工程应用中，相差几十倍是可以接受的，然而在匹配和相移有要求的应用中，损耗小的材料明显比损耗大的材料差，后者足以满足应用要求，而前者是勉强的，甚至无法使用。
因此，在传输损耗、反射损耗和相移同时有要求时，最优的变压器磁芯材料是的材料。
磁芯尺寸的选择
在下列情况下，传输线变压器的磁芯尺寸有一定的要求：
1.频带特别宽，例如相对带宽为10倍频程以上；
2.功率容量较大时，例如在短波段连续波功率为1千瓦以上；
3.上限工作频率较高，在几百兆以上，或者脉冲很窄，为毫微秒量级；
4.实际传输线特性阻抗偏离要求的最佳值要求较远。
在以上章节指出，传输线变压器带通的上限频率受传输线长度l的限制，这种限制可表示为：下限频率受并联电感的限制，表示为
带宽系数
/
上式表示变压器带宽系数的大小与绕组单位线电感的大小成比例。当绕组线长和磁芯材料一定时，以电感量最大的磁芯尺寸为最好，当材料一定时，以达到相同电感量的最短线的磁芯尺寸为最好。这是检验设计、比较磁芯好坏的一个重要标准。
磁芯磁路中的气隙将使磁导率（和）下降，尤其是高磁导率材料下降得更厉害。因此，从宽频带考虑宜采用无气隙的闭磁路磁芯。常用的是矩形截面的环形（单孔）磁芯和双孔磁芯，下面就这两种磁芯的最佳尺寸作下介绍。
矩形截面环形磁芯的电感
式中d
2、d
1
和h分别为磁环的外径、内径和高度，μ为磁导率，N为匝数。绕一匝的线长为
设绕组线长为l，则这种磁芯的电感为将上式代入式
/ 可以看出，当d
1
趋于零时，带宽系数 / 趋于无穷大，但这是不可能的，因此磁
芯必须穿线。故磁芯内径d
1要有一定的大小。如果(d
2
/d
1
)是一定的，则由上式可得 / 取极
大值的条件为
这表示当磁环内外径一定时，若磁环的高是可以调整的，那么以环高等于环壁厚度时的尺寸为最佳，也即单位线长电感最大。这是因为当环高等于壁厚时，磁路截面是正方形，在矩形截面中以正方形的单位周长面积最大，而电感的大小是与磁路截面大小成正比的。
双孔磁芯的电感为
式中N 为绕在双孔磁芯中心臂上的绕组的匝数。绕一匝的线长
不难看出，在尺寸相同的条件下，双孔磁芯的电感两量比单孔磁芯的大一倍，而绕一匝的线长增加不到一倍。因此双孔磁芯单位线长电感量要比单孔的大，因而在理论上双孔磁芯变压器有可能获得更大的带宽。
在理论上双孔磁芯具有单位长电感量大的优点，或者说，满足既定电感量要求的线长可短些。这意味着，对于一定的下限频率，双孔磁芯变压器的上限频率可以做的更高些。但是在实际选用双孔磁芯时要注意一个问题，变压器绕组只有绕在双孔磁芯的公共臂上才具有上述优点，而公共臂尺寸是很小的，所能绕的匝数也不多，电感量上不去，因此，双孔磁芯一般只适宜作下限频率较高的宽带变压器磁芯。应当指出的是，在有的场合采用双孔磁芯并不是利用它单位线长电感大的优点，而是把它当作两个磁芯用，其目的是为了节省空间和便于固定，以及保证两个磁芯性能一致。
实际设计制作过程
根据参考文献[2]中设计一种用于脉冲调制的短波功率变压器中给出的技术指标要求
阻抗变换：75欧姆-300欧姆（均为不平衡）
频率范围：5MHz-60MHz
传输损耗：小于0.2
电压驻波系数：小于等于1.4
平均功率：200W
由于本设计有多种变换电路可选择，所以作者设计两种方案：一是按照文献所提供的采样最简单的双线绞绕的方法进行设计制作，二是采用三线并绕以获得准确的电感量的方式。
方法一
变换电路的选择：
由技术指标要求可见它是一个1：4不平衡变换。在图3中序号5、10、13等电路都可以完成这种变换，这里选用最简单的序号5的电路。
变压器参数的计算：
特性阻抗Z
技术指标要求 =75欧姆， =300欧姆，故双线传输线具有最佳特性阻抗
Z = 150欧姆
B．计算传输线长度L
由传输损耗的限制，双线长度大致限定在1/8λ之内。而上限频率为 =60MHz，所以
= 62.5cm
式，C=3×1010cm/s 电磁波传输速率。
C．计算平均电压
由于平均功率P=200W，可计算出与联系波等效的平均电压V
D．计算磁芯磁路截面积与匝数N的最小乘积
E．选取磁芯和计算电感值与匝数N
根据≥7.8cm2和经验，本设计可初步选用d
2=5cm，d
1
=3cm，h=1cm的矩形截面磁环。该磁环
的磁路截面积 =1cm2，平均磁路长度 =12.6cm.而磁芯材料选用低损耗的镍锌铁氧体。
计算电感值需要查表获得传输损耗、电压驻波系数等。经查表可见，传输损耗在0.2dB 以下时要求
式中，ω=2π×5×106； =75欧姆； =100
其空心电感L
为
所以，根据并联电感要求的匝数N 为
N≥8.7匝
为使与连续波等效的平均磁感强度限制在70高斯以下，要求≥7.8，已知磁芯截面积 =1cm2，故N≥7.8匝.此匝数应低于由并联电感确定的8.7匝.故本设计取匝数N=9,按磁芯的尺寸,绕9匝的传输线长度为36cm,没有超出最大传输线长度.
方法二
变换电路的选择：
由技术指标可知，阻抗变换比为1：4，采用三线传输线绕制，本文采用序号10的绕制方式，在磁芯上采用并绕，引线是将线扭绞后引出。
变压器参数计算：
特性阻抗Z
技术指标要求 =75欧姆， =300欧姆，故三线传输线偶模特性阻抗具有与序号5相同的最佳特性阻抗
= 150欧姆
Z
0e
B．计算传输线长度L
根据所计算得到的电感值L=1.42μH，不必刻意套用公式，而是以电感值为准，利用万用表测量，当获得相应的电感时剪断传输线。
C．计算平均电压
由于平均功率P=200W，可计算出与联系波等效的平均电压V
D．选取磁芯和计算电感值与匝数N
本文中采用的磁芯材料选用低损耗的镍锌铁氧体，磁导率为10k，这可以保证更好的频带要求。磁芯尺寸为内、外径分别为4cm、6cm，高为1cm。
匝数N为96匝。
测试
传输线变压器通过一段同轴线与网络分析仪的探头相连，由于同轴线很短，所以变压器的输入阻抗近似为同轴线始端的输入阻抗，误差可以忽略不计，在传输线变压器输出端接300欧姆的负载，实验测试，此传输线变压器可以完成75欧姆到300欧姆的阻抗变换
目录 1 概述SB-007.6 第 1 页 2 绕组导线电阻损耗（P R）计算SB-007.6 第 1 页 3 绕组附加损耗（P f）计算SB-007.6 第1页3.1 层式绕组的附加损耗系数（K f %）SB-007.6 第 1 页3.2 饼式绕组的附加损耗系数（K f %）SB-007.6 第 2 页3.3 导线中涡流损耗系数（K w %）计算SB-007.6 第 2 页 3.3.1 双绕组运行方式的最大纵向漏磁通密度（B m）计算SB-007.6 第 2 页3.3.2 降压三绕组变压器联合运行方式的最大纵向漏磁通密度（B m）计算SB-007.6 第 3 页 SB-007.6 第3 页3.3.3 升压三绕组（或高-低-高双绕组）变压器联合运行方式的最大纵向漏 磁通密度（B m）计算 3.3.4 双绕组运行方式的涡流损耗系数（K w %）简便计算SB-007.6 第4 页3.4 环流损耗系数（K C %）计算SB-007.6 第 4 页3. 4.1 连续式绕组的环流损耗系数（K C %）计算SB-007.6 第4 页3.4.2 载流单螺旋―242‖换位的绕组环流损耗系数（K C1 %）计算SB-007.6 第5 页 SB-007.6 第5 页3.4.3 非载流(处在漏磁场中间)单螺旋―242‖换位的绕组环流损耗系数 （K C2 %）计算 3.4.4 载流双螺旋―交叉‖换位的绕组环流损耗系数(K C1 %)计算SB-007.6 第6 页 SB-007.6 第7 页3.4.5 非载流(处在漏磁场中间)双螺旋―交叉‖ 换位的绕组环流损耗 系数（K C2 %）计算 4引线损耗（P y）计算SB-007.6 第7 页5杂散损耗（P ZS）计算SB-007.6 第8 页5.1小型变压器的杂散损耗（P Z S）计算SB-007.6 第8 页5.2中大型变压器的杂散损耗（P Z S）计算SB-007.6 第9 页5.3 特大型变压器的杂散损耗（P Z S）计算SB-007.6 第10 页
变压器安装步骤及流程 一、设备及材料准备 变压器应装有铭牌。铭牌上应注明制造厂名、额定容量，一二次额定容量，一二次额定电压，电流，阻抗，电压%及接线组别等技术数据。 变压器的容量，规格及型号必须符合设计要求。附件备件齐全，并有出厂合格证及技术文件。 型钢：各种规格型钢应符合设计要求，并无明显锈蚀。 螺栓：除地脚螺栓及防震装置螺栓外，均应采用镀锌螺栓，并配相应的平垫圈和弹簧垫。 其它材料：电焊条，防锈漆，调和漆等均应符合设计要求，并有产品合格证。二、主要机具 搬运吊装机具：汽车吊，汽车，卷扬机，吊链，三步搭，道木，钢丝绳，带子绳，滚杠。 安装机具：台钻，砂轮，电焊机，气焊工具，电锤，台虎钳，活扳子、鎯头，套丝板。 测试器具：钢卷尺，钢板尺，水平尺，线坠，摇表，万用表，电桥及测试仪器。 三、作业条件 施工图及技术资料齐全无误。 土建工程基本施工完毕，标高、尺寸、结构及预埋件强度符合设计要求。 屋面、屋顶喷浆完毕，屋顶无漏水，门窗及玻璃安装完好。 室内粗制地面工程结束，场地清理干净，道路畅通。 四、操作工艺 设备点检查 设备点件检查应由安装单位、供货单位、会同建设单位代表共同进行，并做好记录。 按照设备清单，施工图纸及设备技术文件核对变压器本体及附件备件的规格型号是否符合设计图纸要求。是否齐全，有无丢失及损坏。 变压器本体外观检查无损伤及变形，油漆完好无损伤。 绝缘瓷件及环氧树脂铸件有无损伤、缺陷及裂纹。 变压器二次搬运 变压器二次搬运应由起重工作业，电工配合。最好采用汽车吊吊装，也可采用吊链吊装。 变压器搬运时，应注意保护瓷瓶，最好用不箱或纸箱将高低压瓷瓶罩住，使其不受损伤。 变压器搬运过程中，不应有冲击或严重震动情况，利用机械牵引时，牵引的着力点应在变压器重心以下，以防倾斜，运输倾斜角不得超过15度，防止内部结构变形。
变压器设计及计算要 点
变压器设计及计算要点 —蒋守诚— 一概述 1. 变压器发展史 (1) 发明阶段(1831～1885) 变压器是利用电磁感应原理来变换电能的设备,故变压器一定在电磁感应原理发现后出现。 1831年英国人法拉第(M.Farady)在铁环上缠绕两个闭合线圈, 在一个线圈中突然接上或断开电池, 另一个线圈所接仪表指针发生偏转, 从而发现电磁感应原理。 1837年英国人曼生(Masson)用薄铁片做电磁线圈的铁心, 从而减少损耗。 1881年法国人爱维(Jaewin) 发现磁滞现象, 美国人斯坦曼茨(C.P.Steimetz)发现磁滞损耗是磁密的1.6次方成正比例。 1882年英国人格拉特 ( Goulard)和吉普斯(J.D.Jibbs)制成15kVA1.5kV的开路铁心的单相变压器。同年法栾(S.Z.Ferranti)和汤姆生 (A.Tomson) 制成电流互感器。 1884年英国人戈普生兄弟开始采用具有闭合铁心的变压器作照明电源。 1884年9月16日匈牙利人布拉提(O.Blathy)和但利(M.Dery)和齐彼尔斯基K.Zipernovsky)在匈牙利的甘兹(Ganz)工厂制造一台1400 VA 120 / 72 V 40 Hz单相闭合磁路的变压器。至1887年底甘兹(Ganz)工厂就生产24台总容量达3000 kVA。 1885年才把这种电器叫做”变压器”。 (2) 完善阶段(1886～1930) 1887年英国人配莱(Belry)发明了单相多轭的分布式铁心。 1888年俄国人多利沃—多勃罗沃尔斯基 ( M.O.Dolivo－Dobrowolsky ) 提出交流三相制。并于1890年发明了三相变压器。同年布朗（Brown）又制造出第一台油冷、油绝缘变压器。 1890年德国人威士顿(Wenstrom)做成对称三相铁心。 1891年德国西门子(Siemens Sohucrerf) 做成不对称三相铁心。美国人斯汀兰(W.Stanley)在西屋公司(Westing House) 做成单相壳式铁心。瑞士的勃朗—鲍佛利(B.B.C)公司的创始人勃朗(E.F.Brown) 做成三相壳式铁心。 1891年德国生产30kVA的油浸变压器(1878年美国人勃劳克斯(D.Brdoks)开始用油做绝缘。) 1900年德国人夏拉(Schalley)做成三相五柱式铁心。 1900年英国人哈特菲尔德(Hodfeild)发明了硅钢片, 1903年开始用硅钢片制造变压器铁心。 (德国在1904年, 美国在1906年, 俄国在1911年, 日本在1922年分别用硅钢片制造变压器铁心) 1905年德国人洛果夫斯基(W. Rowgowski)研究漏磁场提出漏磁系数。 1915年华纳(K.W.Wagner)研究线圈内部电磁振荡的基本理论,提出了过电压保护一种方式。 1922年美国人维特(J. M. Weed)研究过电压理论时, 提出了过电压保护另一种方式。 1930年前后变压器的基本理论已基本形成。 (3) 提高阶段(1930～至今) 1930年以后变压器进入改进提高阶段, 即采用新材料、改进结构、改进工艺、不断扩大变压器的使用范围。
变压器制作流程 Ⅴ.工程图 工程图内容包括：线路图、剖面图、使用之CORE、BOBBIN、绕制说明、电气测试、外观图等说明 一. 线路图： 1. 符号说明： A. 表示起绕点 B. 表示出线引到线轴的端子上. C. 表示不接PIN的出线.F1为英文FLYING-LEAD的字头，意思为飞出来的引线，我们可称之为飞线. D. 表示变压器的铁芯，其左边为初级，右边为次级， E. 表示铜箔. F. 表示外铜箔 G. 表示套管 Ⅵ.变压器制作工法(A：高频类) 一.绕线 1.材料确认 1.1 BOBBIN规格之确认. 1.2不用的PIN须剪去时，应在未绕线前先剪掉，以防绕完线后再剪除时会刮伤WIRE或剪错脚，而且可以避免绕线时缠错脚位. 1.3 确认BOBBIN完整：不得有破损和裂缝. 1.4将BOBBIN正确插入治具，一般特殊标记为1脚(斜角为PIN 1)，如果图面无注明，则1脚朝机器. 1.5须包醋酸布的先依工程图要求包好，紧靠BOBBIN两侧，再在指定的PIN上先缠线(或先钩线)后开始绕线，原则上绕线应在指定的范围内绕线 2.绕线方式 根据变压器要求不同，绕线的方式大致可分为以下几种 2.1一层密绕：布线只占一层，紧密的线与线间没有空隙.整齐的绕线. (如图6.1) 2.2 均等绕：在绕线范围内以相等的间隔进行绕线;间隔误差在20%以内可以允 收.(如图6.2) 2.3 多层密绕：在一个绕组一层无法绕完，必须绕至第二层或二层以上，此绕法分为三种情况： a.任意绕：在一定程度上整齐排列，达到最上层时，布线已零乱，呈凹凸不平状况，这是绕线中最粗略的绕线方法 . b.整列密绕：几乎所有的布线都整齐排列，但有若乾的布线零乱(约占全体30%，圈数少的约占5%REF). c.完全整列密绕：绕线至最上层也不零乱，绕线很整齐的排列著，这是绕线中最难的绕线方法. 2.4 定位绕线：布线指定在固定的位置，一般分五种情况(如图6.3) 2.5 并绕：两根以上的WIRE同时平行的绕同一组线，各自平行的绕，不可交叉.此绕法大致可分为四种情况：(如图6.4) 3.注意事项： 3.1当起绕(START)和结束(FINISH)出入线在BOBBIN同一侧时，结束端回线前须贴一块横越胶布(CROSSOVER TAPE)作隔离。 3.2出入线於使用BOBBIN之凹槽出线时，原则上以一线一凹槽方式出线，若同一PIN有多组可使用同一
1 继电保护相关理论知识 1.1 继电保护的概述 研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以沿称继电保护。 1.2.1 继电保护的任务 当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。 1.2.2继电保护基本原理和保护装置的组成 继电保护装置的作用是起到反事故的自动装置的作用，必须正确地区分“正常”与“不正常”运行状态、被保护元件的“外部故障”与“内部故障”，以实现继电保护的功能。因此，通过检测各种状态下被保护元件所反映的各种物理量的变化并予以鉴别。依据反映的物理量的不同，保护装置可以构成下述各种原理的保护：（1）反映电气量的保护 电力系统发生故障时，通常伴有电流增大、电压降低以及电流与电压的比值(阻抗)和它们之间的相位角改变等现象。因此，在被保护元件的一端装没的种种变换器可以检测、比较并鉴别出发生故障时这些基本参数与正常运行时的差别．就可以构成各种不同原理的继电保护装置。 例如：反映电流增大构成过电流保护； 反映电压降低(或升高)构成低电压(或过电压)保护； 反映电流与电压间的相位角变化构成方向保护； 反映电压与电流的比值的变化构成距离保护。 除此以外．还可根据在被保护元件内部和外部短路时，被保护元件两端电流相位或功率方向的差别，分别构成差动保护、高频保护等。 同理，由于序分量保护灵敏度高，也得到广泛应用。 新出现的反映故障分量、突变量以及自适应原理的保护也在应用中。
设计变压器的基本公式 为了确保变压器在磁化曲线的线性区工作，可用下式计算最大磁通密度（单位：T） Bm=(Up×104)/KfNpSc 式中：Up——变压器一次绕组上所加电压（V） f——脉冲变压器工作频率（Hz) Np——变压器一次绕组匝数（匝） Sc——磁心有效截面积（cm2） K——系数，对正弦波为4.44,对矩形波为4.0 一般情况下，开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些。 变压器输出功率可由下式计算（单位：W） Po=1.16BmfjScSo×10－5 式中：j——导线电流密度（A/mm2） Sc——磁心的有效截面积（cm2) So——磁心的窗口面积（cm2） 3对功率变压器的要求 （1）漏感要小 图9是双极性电路（半桥、全桥及推挽等）典型的电压、电流波形，变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。 图9双极性功率变换器波形 功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关，仅就变压器而言，减小漏感是十分重要的。 （2）避免瞬态饱和
一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B－H曲线接近拐点处，因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。它衰减得很快，持续时间一般只有几个周期。对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大，在通电瞬间就会发生磁饱和。由于脉冲变压器和功率开关管直接相连并加有较高的电压，脉冲变压器的饱和，即使是很短的几个周期，也会导致功率开关管的损坏，这是不允许的。所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。 （3）要考虑温度影响 开关电源的工作频率较高，要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小，随着工作温度的升高，饱和磁通密度的降低应尽量小。在设计和选用磁心材料时，除了关心其饱和磁通密度、损耗等常规参数外，还要特别注意它的温度特性。一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小，一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影响，按开关电源工作环境温度为40℃考虑，磁心温度可达60～80℃，一般选择Bm=0.2～0.4T，即2000～4000GS。 （4）合理进行结构设计 从结构上看，有下列几个因素应当给予考虑： 漏磁要小，减小绕组的漏感； 便于绕制，引出线及变压器安装要方便，以利于生产和维护； 便于散热。 4磁心材料的选择 软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点，而被广泛应用于开关电源中。 软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO 等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。 在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。 开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求：
工频变压器的设计计算 赵一强2010-9-15 ，这个 U2）， 从上可知，变压器是通过铁芯的磁场来传递电功率的。借助于磁场实现了初级电路和次级电路的电隔离；又通过改变绕组匝比，来改变次级的输出电压。 二、变压器特性参数和设计要求 1、磁通密度B和电流密度J 磁通密度（又叫磁感应强度）B和电流密度J是变压器设计的关键参数，直接关系着变压器的体积和重量，B 、J值越高，变压器越轻，但是B 、J的取值受到一定条件的限制，因此，变压器的体积和重量也受到这些条件的限制。 4Gs 。 H的关系曲线，在
图3中，Bs —饱和磁感应强度； Bs —过压保护磁感应强度 Bm —最大磁感应强度（计算值） 导磁率： H B ΔΔ= μ 饱和磁通密度为Bs 和导磁率μ是曲线的两个重要参数。 对于磁性材料，要求Bs 、μ 越高越好。Bs 高，变压器体积可减小；μ高，变压器空载电流小。 另外，还要求电阻率ρ高，这样损耗小、发热小。 ⑵ 电流密度J 电流密度J : 电路单位截面积的电流量，单位 ：安/厘米2（A/cm 2）。 变压器绕组导线的电阻：q l R cu ρ= 电流导线中所产生的损耗（铜损）： l IJ R I P cu cu cu ρ2 == 可以看出，铜损与电流和电流密度的乘积成正比，就是说，随着电流增加，要保持同样的绕组损耗和温升，必须相应地降低电流密度。 2、铁心、导线和绝缘材料 ⑴ 铁心形状和材料 铁心形状：卷绕的有O 型、CD/XCD 型、ED/XED 型、R 型、HSD 型(三相)， 冲片的有EI 、CI 型；这是我们常用两种冲片。 铁心材料牌号：硅钢（含硅量在2.3~3.6%） 冷轧无取向硅钢带：含硅量低（在0.5~2.5%）；厚0.35、0.5、0.65mm,我们常用0.5mm ； B 高、μ高，铁损大，价格较低，多用于小功率工频变压器。 冷轧取向硅钢带：含硅量较高（在2.5~3%），厚0.27、0.3、0.35mm, 我们常用0.35mm ；B 高、μ高，铁损小，价格较高，多用于中大功率工频变压器。 ⑵ 线圈导线材料 油性漆包线Q 0.05~2.5 耐温等级 A 105℃ 塑醛漆包线QQ 0.06~2.5 耐温等级 E 120℃ 聚酯漆包线QZ 0.06~2.5 耐温等级 B 130℃ 耐压均在600V 以上。最常用的是QZ 漆包线。 线圈允许的平均温升⊿τm =线圈绝缘所允许的最高工作温度-最高环境温度-（5—10K ）, 通常不超过60℃。5—10K 是考虑线圈最高温度与平均温度之差，功率大取大值。 ⑶ 层间绝缘材料 500V 以下不需要层间绝缘。各绕组间应垫绝缘0.03 聚酯薄膜2~3层。 3、 电源变压器的主要技术参数 ⑴ 输出功率（视在功率、容量、V A 数） ⑵ 输出电压及电压调整率和要求 ⑶ 电源电压、频率及变化范围 ⑷ 效率 ⑸ 空载电流及空载损耗 ⑹ 绕组平均温升 ⑺ 输入功率因数
1 前言 随着工农业生产和城市的发展，电能的需要量迅速增加。为了解决热能资源(如煤田)和水能资源丰富的地区远离用电比较集中的城市和工矿区这个矛盾，需要在动力资源丰富的地区建立大型发电站，然后将电能远距离输送给电力用户。同时，为了提高供电可靠性以及资源利用的综合经济性，又把许多分散的各种形式的发电站，通过送电线路和变电所联系起来。这种由发电机、升压和降压变电所，送电线路以及用电设备有机连接起来的整体，即称为电力系统。 电力系统是有各种电力系统元件组成的，它们包括发电、输变电、负荷等机械、电气主设备以及控制、保护等二次辅助设备。WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验系统是一个完整的电力系统典型模型，它为我们提供了一个自动化程度很高的多功能实验平台，是为了适应现代化电力系统对宽口径“复合型”高级技术人才的需要而研制的电力类专业新型教学试验系统。 本设计所要完成的工作是利用VC语言开发WDT电力系统综合自动化实验台监控软件，主要是完成准同期控制器监控软件的编写，它要求能显示发电机及无穷大系统的相关参数，如电压、频率和相位角，并能发送准同期合闸命令。
2 电力系统实验台 WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化实验教学系统主要由发电机组、试验操作台、无穷大系统等三大部分组成（如图2.1所示）。 图 2.1 WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验系统 2.1 发电机组 该系统的发电机组主要由原动机和发电机两部分构成，另外，它还包括了测速装置和功率角指示器（用于测量发电机电势与系统电压之间的相角 ，即发电机转子相对位置角），测得的发电机的相关数据传输回实验操作台，与无穷大系统的相关参数进行比较，从而确定系统是否满足了发电机并网条件。 2.1.1 原动机 在实际的发电厂中，原动机一般用的是水轮机、气轮机、柴油机或者其他形式的动力机械，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转换为带动发电机轴旋转的机械能，从而带动发电机转子的旋转。 在WDT-Ⅲ型电力系统综合自动化试验台的发电机组中，原动机是由直流发电机（P N=2.2kW，U N=220V）模拟实现其功能的。直流电动机（模拟原动机）与发电机的结
1. 确定电源规格. 输入电压范围Vin=85 —265Vac; 输出电压/ 负载电 流:Vout1=5V/10A,Vout2=12V/1A; 变压器的效率?=0.90 2. 工作频率和最大占空比确定. 取: 工作频率fosc=100KHz, 最大占空比Dmax=0.45. T=1/fosc=10us.Ton(max)=0.45*10=4.5us Toff=10-4.5=5.5us. 3. 计算变压器初与次级匝数比n(Np/Ns=n). 最低输入电压Vin(min)=85* “2-20=100Vdc( 取低频纹波为20V). 根据伏特- 秒平衡,有: Vin(min)* Dmax= (Vout+Vf)*(1-Dmax)*n. n= [Vin(min)* Dmax]/ [(Vout+Vf)*(1-Dmax)] n=[100*0.45]/[(5+1.0)*0.55]=13.64 4. 变压器初级峰值电流的计算. 设+5V输岀电流的过流点为120%;+5v 和+12v整流二极管的正向压降均为 1.0V. +5V 输出功率Pout1=(V01+Vf)*I01*120%=6*10*1.2=72W +12V 输岀功率 Pout2=(V02+Vf)*I02=13*1=13W 变压器次级输岀总功率Pout=Pout1+Pout2=85W 1/2*(Ip1+Ip2)*Vin(min)*Ton(max)/T= Pout/ Ip1=2*Pout/[?(1+k)*Vin(min)*Dmax] =2*85/[0.90*(1+0.4)*100*0.45] =3.00A Ip2=0.4*Ip1=1.20A 5. 变压器初级电感量的计算. 由式子Vdc=Lp*dip/dt, 得: Lp= Vin(min)*Ton(max)/[Ip1-Ip2] =100*4.5/[3.00-1.20] =250uH 6. 变压器铁芯的选择. 根据式子Aw*Ae=P t*106/[2*ko*kc*fosc*Bm*j*?], 其中: Pt( 变压器的标称输岀功率)= Pout=85W 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=5A/mm2; Aw*Ae=85*106/[2*0.4*1*100*103*1500Gs*5*0.90]
变压器安装工艺流程控制 美文欣赏 1、 走过春的田野，趟过夏的激流，来到秋天就是安静祥和的世界。秋天，虽没有玫瑰的芳香，却有秋菊的淡雅，没有繁花似锦，却有硕果累累。秋天，没有夏日的激情，却有浪漫的温情，没有春的奔放，却有收获的喜悦。清风落叶舞秋 韵，枝头硕果醉秋容。秋天是甘美的酒，秋天是壮丽的诗，秋天是动人的歌。 2、 人的一生就是一个储蓄的过程，在奋斗的时候储存了希望；在耕耘的时候储存了一粒种子；在旅行的时候储存了风景；在微笑的时候储存了快乐。聪明的人善于储蓄，在漫长而短暂的人生旅途中，学会储蓄每一个闪光的瞬间，然后用它们酿成一杯美好的回忆，在四季的变幻与交替之间，散发浓香，珍藏一生！ 3、 春天来了，我要把心灵放回萦绕柔肠的远方。让心灵长出北归大雁的翅膀， 乘着吹动彩云的熏风，捧着湿润江南的霡霂，唱着荡漾晨舟的渔歌，沾着充盈夜窗的芬芳，回到久别的家乡。我翻开解冻的泥土，挖出埋藏在这里的梦，让她沐浴灿烂的阳光，期待她慢慢长出枝蔓，结下向往已久的真爱的果实。 4、 好好享受生活吧，每个人都是幸福的。人生山一程，水一程，轻握一份懂得，将牵挂折叠，将幸福尽收，带着明媚，温暖前行，只要心是温润的，再遥远的路也会走的安然，回眸处，愿阳光时时明媚，愿生活处处晴好。 5、 漂然月色，时光随风远逝，悄然又到雨季，花，依旧美；心，依旧静。月的柔情，夜懂；心的清澈，雨懂；你的深情，我懂。人生没有绝美，曾经习惯漂浮的你我，曾几何时，向往一种平实的安定，风雨共度，淡然在心，凡尘远路，彼此守护着心的旅程。沧桑不是自然，而是经历；幸福不是状态，而是感受。 6、 疏疏篱落，酒意消，惆怅多。阑珊灯火，映照旧阁。红粉朱唇，腔板欲与谁歌？画脸粉色，凝眸着世间因果；未央歌舞，轮回着缘起缘落。舞袖舒广青衣薄，何似院落寂寞。风起，谁人轻叩我柴扉小门，执我之手，听我戏说？ 7、 经年，未染流殇漠漠清殇。流年为祭。琴瑟曲中倦红妆，霓裳舞中残娇靥。冗长红尘中，一曲浅吟轻诵描绘半世薄凉寂寞，清殇如水。寂寞琉璃，荒城繁心。流逝的痕迹深深印骨。如烟流年中，一抹曼妙娇羞舞尽半世清冷傲然，花祭唯美。邂逅的情劫，淡淡刻心。那些碎时光，用来祭奠流年，可好？ 施工准备 检验 变压器就位、安装 检验 配线 接地、补漆 试运行前检查 试运行 检验 检验 检验 检验 交工验收 基础预制加工 不合格 不合格 不合格 不合格 不合格
所需输入数据 一般数据 1．制造商 2．变压器类型（例如：移动式、变电站用、整流器用等）3．数据来源：测试数据或规格参数 3．a.频率 4．自耦变压器：是或不是 5．空载损耗 6．负载损耗kW值以及在标准接线端和中间抽头处的基准温度7．阻抗在额定功率MV A基本接点和抽头位置处的阻抗8．铁芯与线圈总重量 9．额定容量每个绕组的MV A值 10．冷却方式 11．针对每一种额定容量及冷却方式，给出： a)顶层变压器油的温升 b)各绕组引起的温升 c)绕组的平均温升 12．绕组数目以及在铁芯上的位置 13．每个绕组的BIL（绝缘基本冲击耐压水平） 14．每个绕组的额定电压 15．每个绕组的连接形式：星型或三角型 16．每个绕组单相的电阻 17．每个绕组并联的电路数 18．有无低温冷却方式：有或没有 如果有：用在哪个绕组上？ 最大抽头电压 最小抽头电压 该绕组的抽头数 接线位置数 连接方式 19．有无“无负载”抽头：有或没有 如果有：在哪个绕组上？ 最大抽头电压 最小抽头电压 该绕组的抽头数
所需输入数据（续） 铁芯数据 20．截面积：毛截面与净截面 21．铁芯：a) 共有多少条 b) 每条的宽度 c) 每条的叠数 d) 芯体的周长或直径 22.通量密度 23.窗口尺寸：高度及宽度 23.a.窗口中心线的位置 24．接缝方式：全斜角接缝或半斜角接缝 25．材料：钢材等级及钢片厚度 25.a.在基准通量密度下的瓦/公斤数： 空隙数据 26．间隙：铁芯与绕组导线之间的空隙 27．间隙：绕组与绕组之间（绕组的导线与导线之间）的空隙28．间隙：相与相之间（导线与导线之间）的空隙 29．每个绕组的留空系数[1] 30．每个绕组的填充和抽头空间[2]（沿高度的方向） 31．每个绕组的边缘距离 a)导线至线圈边缘 b)导线至铁芯箍圈 31a.每个绕组的高度： 径向： 轴向： 32．每个绕组的线槽： 径向：数量及尺寸[3] 轴向：数量及尺寸[4]
摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 PCbfans提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率f=38kHz； 变换器输入直流电压Ui=310V； 1
变换器输出直流电压Ub=14.7V； 输出电流Io=25A； 工作脉冲占空度D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应强度虽然高，但在假定测试频率和整个磁通密度测试范围内，它们呈现铁损最高，因此，受到高功率密度和高效率制约，它们也不宜采用。虽然铁氧体材料损耗比坡莫合金大些，饱和磁感应强度也比非晶合金和超微晶材料低，但铁氧体材料价格便宜，可以做成多种几何形状铁芯。对于大功率、低漏磁变压器设计，用E-E型铁氧体铁芯制成变压器是最符合其要求，而且E-E型铁芯很容易用铁氧体材料制作。所以，综合来考虑，变换器变压器磁芯选择功率铁氧体材料，E-E型。 2.2 工作磁感应强度确定 工作磁感应强度Bm是开关电源变压器设计中一个重要指标，它与磁芯结构形式、材料性能、工作频率及输出功率因素有关关。若工作磁感应强度选择太低，则变压器体积重量增加，匝数增加，分布参数性能恶化；若工作磁感应强度选择过高，则变压器温升高，磁芯容易饱和，工作状态不稳定。一般情况下，开关电源变压器Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些，对于铁氧体材料，工作磁感应强度选取一般在0.16T 到0.3T之间。在本设计中，根据特定工作频率、温升、工作环境等因素，把工作磁感应强度定在0.2 T。 3 变压器主要设计参数计算 3.1 变压器计算功率 开关电源变压器工作时对磁芯所需功率容量即为变压器计算功率，其大小取决于变压器输出功率和整流电路形式。变换器输出电路为全波整流，因此 2
小型变压器的简易计算： 1，求每伏匝数 每伏匝数=55/铁心截面 例如，铁心截面=3.5╳1.6=5.6平方厘米 故，每伏匝数=55/5.6=9.8匝 2，求线圈匝数 初级线圈n1=220╳9.8=2156匝 次级线圈n2=8╳9.8╳1.05=82.32 可取为82匝 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 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的电压是原变压器次级电压的1.4倍。 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
电力变压器设计原则 1．铁心设计 1．1铁心空载损耗计算：P 0=k p ?p 0?G W 其中：k p ——铁心损耗工艺系数，见表2； p 0——电工钢带单位损耗（查材料曲线），W/kg ； G ——铁心重量，kg 。 1．2铁心空载电流计算 空载电流计算中一般忽略有功部分。 （1）三相容量≤6300 kV A 时： 1230()10t f N G G G k q S n q I S ++??+??= ? % 其中：G 1、G 2、G 3——分别为心柱重量、铁轭重量、角重，kg ； k ——铁心转角部分励磁电流增加系数，全斜接缝k=4； q f ——铁心单位磁化容量（查材料曲线），V A/ kg ； S ——心柱净截面积，cm 2； S N ——变压器额定容量，k V A ； n ——铁心接缝总数，三相三柱结构n=8； q j ——接缝磁化容量，V A/ cm 2，根据B m 按表1进行计算。
（2）三相容量＞6300 kV A ：010i t N k G q I S ??= ? % k i ——空载电流工艺系数，见表2； G ——铁心重量，kg ； q t ——铁心单位磁化容量（查材料曲线），V A/ kg ； S N ——变压器额定容量，k V A 。 表2 铁心性能计算系数（全斜接缝） 注（1）等轭表示铁心主轭与旁轭的截面相等。 1．3铁心圆与纸筒之间的间隙见表3 表3 铁心圆与纸筒间隙 1．4铁心直径与撑条数量关系见表4 表4 铁心直径与撑条数量关系 续表4 铁心直径与撑条数量关系
1．5铁心直径与夹件绝缘厚度关系见表5 2．绝缘结构 2．1 10kV级变压器 2．1．1纵绝缘结构 （1）高压绕组（LI75 AC35） 1）饼式结构 导线匝绝缘0.45，绕组不直接绕在纸筒上，所有线段均垫内径垫条1.0mm；各线饼轴向油道宽度见表15；分接段位于绕组中部。 中断点油道 4.0mm，分接段之间（包括分接段与正常段之间）油道2.0mm，正常段之间0.5mm纸圈。整个绕组增加9.0mm调整油道。 2）层式结构 层式绝缘：首层加强0.08×2，第2层与末层加强0.08×1。当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段均垫内径垫条1.0mm。 （2）低压绕组（AC5） 当绕组不直接绕在纸筒上时，所有线段垫内径垫条 1.0mm，所有线段之间垫0.5mm纸圈。。 当高压绕组为饼式结构时，对应高压分接段处应注意安匝平衡。 2．1．2主绝缘结构 （1）铁心圆与纸筒之间的间隙见表3；低压绕组内纸筒厚2.0mm。当
要制造好高频变压器要注意两点： 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(3~5 层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层，若是偏压绕组的匝数很少，则能够采用加粗偏压绕组的线径，或许用多根导线并联绕制，改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干，相同也改善了选用初级电压来调理电源时，次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算？很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题，那么我们应该
电气2012级“卓班” 企业课程（电机学）实习与实训报告 专业：电气工程及其自动化 班级：电气1201 姓名：张娟 学号：201209608 指导教师：赵峰 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2014年7月27日
1 实习报告 1.1 实习项目 1.1.1 实习项目1 时间：2014-7-16，上午8：00至12: 00 地点：甘肃宏宇变压器有限公司指导教师：赵峰 实习内容：了解变压器生产、制造的工艺流程及测试方法 这是暑假的第一次实习，我们所有的同学与老师们一起坐车去甘肃宏宇变压器有限公司参观学习变压器的制造原理、工艺和测试方法。在总工的带领下我们进入了变压器制造厂房。 我们首先看到了涂有绝缘漆的硅钢片，硅钢片经叠压工艺最终构成变压器的铁芯。铁芯既是变压器的磁路部分，又是套装绕组的骨架。铁芯由芯柱和铁轭两部分组成。芯柱上套装着绕组，铁轭将心柱连接起来，使之形成闭合磁路。让我吃惊的是，铁芯的一层是由多片人工裁制好的不同尺寸的硅钢片组成的，这和我所理解的完全不同。 通过总工的讲解后，我才终于理解和明白为何要这样做了。由于目前的制造工艺和技术设备的限制，对于铁芯做成整体型看似合理，简便，但实际却不然。虽然这样构成的铁芯没有接缝，损耗会更小，然而却存在着许多问题。首先，对于绕组的绕制不易实现，其次，当绕组损坏后无法及时更换，最后，会造成对硅钢片的浪费，从而降低了经济效益。而铁芯做成组合型后，虽然会因为接缝的存在而造成损耗，但可以通过提高剪切的精度、接缝处选取45等方法减小损耗。组合型铁芯最大的好处就是铁轭与芯柱是分离的，当绕组损坏后可以及时更换，并且操作简单。 如图1所示。 图1
电力变压器仿真模型的设计 摘要 随着电力系统的飞速发展，对变压器的保护要求也越来越高。研究三相变压器地暂态过程，建立一个完善的变压器仿真模型，对变压器保护方案的设计具有非常重要地意义。 本文在Matlab的编程环境下，分析了当前的变压器仿真的方法。在单相情况下，分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象，和单相励磁涌流的特征。在三相情况下，在用分段拟和加曲线压缩法的基础上，分别用两条修正的反正切函数，和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型，并在Matlab下仿真实现。通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析，三相励磁涌流的特征分析，总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。最后，分析了两种方法的优劣，建立比较完善的变压器仿真模型。 关键词：三相变压器、励磁涌流、仿真、数学模型
Abstract Along with the electric power system’ development, the request of the protection of the transformer is more and more high. It has count for much meaning to the transformer protecting project to study the transient of a three-phase transformer, and found a perfect three-phase transformer’s digital model. This paper is worked with Matlab, analyzes the current methods of transformer’s digital model. In single-phase transformer, it is analyzed that the inrush current in saturate and unsaturated states, and the characters of the single-phase transformer’s inrush current. In three-phase transformer, with the foundation of the method of compressing curves, we use respectively two modified functions, and two modified functions and two straight line to establish four kinds of transformer’s digital model, such as Yd11, Ynd11, Yny0, Yy0, and realize these with Matlab. After analyzing the wave form of the three-phase transformer’s inrush current and hysteresis, and the characters of three-phase transformer’s inrush current, it is concluded that the primary factors which affect three-phase transformer’s inrush current. Finally, after analyzing the advantages and disadvantages of two methods, a good digital model of three-phase transformer is established. Keywords:three-phase transformer, inrush current, simulation, digital model