功率變壓器的設(shè)計(jì)制作和測(cè)試張懷武。鐘華斌電子科技大學(xué)電子信息材料與器件工程中心，成都610054分本文主要介紹功率變壓器的基本理論和設(shè)計(jì)方法，并結(jié)合當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r，以單端反激式開(kāi)關(guān)電源用變壓器為例，詳細(xì)論述了變壓器的具體設(shè)計(jì)制作過(guò)程，并且對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試和對(duì)比分析，為探究有效的測(cè)試分析方法和進(jìn)步的研究提供重要參考。

　　1前言功率變壓器以傳輸各種信號(hào)的功率為己任，己成為現(xiàn)代電子設(shè)備的重要組成部分。功率變壓器的應(yīng)用場(chǎng)合很廣泛，有些用來(lái)傳輸單頻信號(hào)的功率，如用在功率分配網(wǎng)絡(luò)中的變壓器；有些用來(lái)傳輸窄頻信號(hào)的功率，如用做超聲波發(fā)生器的輸出變壓器；還有些用來(lái)傳輸寬頻帶信號(hào)的功率，如用做天線匹配變壓器14.隨著開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展，為功率變壓器的應(yīng)用提供了更為廣闊的發(fā)展空間。目前，我國(guó)生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)屯源變吒器，尚處產(chǎn)仿制階段，外形結(jié)構(gòu)尺寸等都與引進(jìn)的國(guó)外樣品個(gè)樣，電能參數(shù)也都以外的產(chǎn)品說(shuō)明；為依據(jù)，雖然，前1內(nèi)已確定丁。和1.1兩種彩電機(jī)型中的開(kāi)關(guān)屯源變壓器方案，并1生產(chǎn)出彩電用，8系列600系列081系列開(kāi)關(guān)電源變壓器，其中如80系列設(shè)計(jì)己符合瓜正0標(biāo)準(zhǔn)，但是要形成像610型工頻頻電源變壓器那樣的設(shè)汁制造體系尚有難度，因此，開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)等是我們收稿日期2002孤05修回日期20020923今后需努力的目標(biāo)。這都使得功率變壓器的設(shè)計(jì)和制作顯得尤為重要，行之有效的測(cè)試和分析方法，能為變壓器的設(shè)計(jì)改進(jìn)工作提供有力的保證56.

　　理，并按要求實(shí)際設(shè)計(jì)和制作了單端反激式功率變壓器。系統(tǒng)探究了變壓器靜態(tài)參數(shù)測(cè)試的原理和方法，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。

　　2功率變壓器的基本理論2.1自感及互感系數(shù)，個(gè)電路或線圈中的電流所激發(fā)的磁場(chǎng)通過(guò)身的全磁通稱(chēng)為自感磁通，此磁通身電流成正比，其比例系數(shù)稱(chēng)為自感系數(shù)。即1=識(shí)7，其中，1為感系數(shù)出，為自感磁通，為屯流入。個(gè)屯路或線中的電流所激發(fā)的磁場(chǎng)通過(guò)臨近電路或線圈的全磁通稱(chēng)為互感磁通，該磁通與引起它的電流成正比，其比例系數(shù)稱(chēng)為互感系為互感系數(shù)，供，識(shí)2為互感磁通，12為第第路或線，的電流入，2.2磁路感性器件為了增大電感量0值和縮小體積，通常采用軟磁材料作為磁芯，使磁力線較集中地通過(guò)線內(nèi)部。這種利鐵磁物質(zhì)供磁乃線通過(guò)的路徑結(jié)構(gòu)的總體稱(chēng)為磁路。磁路定律有兩條1又寸于磁路中任包圍面，在任何時(shí)刻，穿過(guò)該包圍面磁路中任閉合路徑，在任時(shí)刻，沿該閉合路徑磁路中的磁通等尸磁位差4磁路磁阻之比。

　　2.3漏磁及損耗當(dāng)含磁芯的線圈通過(guò)電流時(shí)，在磁芯中產(chǎn)生磁通，該磁通的絕大部分是在磁芯中流迎形成閉介路徑，其中有小部分是經(jīng)過(guò)線圈周?chē)橘|(zhì)形成閉合路徑。前者稱(chēng)為主磁通，后者稱(chēng)為磁迎。產(chǎn)生這現(xiàn)象的原因是，相對(duì)于電導(dǎo)體和電絕緣體之間的電導(dǎo)率差異程度而言，空氣等周?chē)橘|(zhì)的磁導(dǎo)率和磁芯的磁導(dǎo)率之間的差異程度并不是太大。磁路系統(tǒng)的漏磁，對(duì)感性器件來(lái)說(shuō)，漏磁形成的漏感越小越好，因?yàn)樗o感性器件帶來(lái)些不良影響。在感性器件樣品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程中，要想消除漏感影響，實(shí)際上是較為困難的，這跟工藝技術(shù)有很大關(guān)系。合理配置初級(jí)次級(jí)繞組位置，選取合適的繞組電阻值，選擇磁導(dǎo)率較小的絕緣材料，確定合理和渦流損耗。磁滯回線所包圍的面積就是磁滯損耗界，般可采用如下的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算1.6，2.。公工作步頁(yè)本7廠是磁芯體積，足是系數(shù)。渦流損耗般可用1式計(jì)算其中，系數(shù)取決于磁芯材料形狀片厚；是作頻率；漢，是磁感應(yīng)強(qiáng)度比較大值；是磁芯體積。

　　3開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)的般理論磁芯選擇。變壓器功率與磁芯材料和結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，可根據(jù)變壓器的設(shè)計(jì)功率和電磁感應(yīng)定律，由下式計(jì)算出結(jié)構(gòu)參數(shù)窗他枳12為變甩器的計(jì)算功率，單端反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的尸心為輸出功磁性材料及器件2003年4月率；為開(kāi)關(guān)電源頻率1；7為變壓器效率，般取0.60.8；為屯流密度，般取2.5，36入12；尺。為窗口利用系數(shù)，般取23.

　　初級(jí)繞組電感量。單端反激開(kāi)關(guān)電源變壓器工作有調(diào)頻調(diào)寬兩種情況。調(diào)頻時(shí)，在時(shí)間內(nèi)變壓器儲(chǔ)能，而在時(shí)間7內(nèi)儲(chǔ)能全部傳給負(fù)載；在調(diào)寬時(shí)，7，內(nèi)儲(chǔ)能，在7內(nèi)儲(chǔ)能未能全部釋放完，還有部分能量在下個(gè)7內(nèi)就要映射到初級(jí)繞組上。因此，初級(jí)電感量計(jì)算公式是不同的。對(duì)于調(diào)頻式單端反激開(kāi)關(guān)電源變壓器，初級(jí)繞組電感量對(duì)于調(diào)寬式單端反激開(kāi)關(guān)屯源變壓器，初級(jí)繞組電感量其中，為初級(jí)繞組電感量閂1為，小輸入直流電壓，為占空系數(shù)，7為周期，初級(jí)電感量應(yīng)控制在其中，忍為有效磁路長(zhǎng)度。，為有效磁導(dǎo)率。對(duì)開(kāi)氣隙磁芯定義，4.其中，+為輸入電壓，隊(duì)為輸出直流電壓，以為續(xù)流極管壓降通常為，為變壓器漏感壓降通常為0.075.應(yīng)當(dāng)注意，若次級(jí)繞組為多繞乳則應(yīng)分別求各自的變比。

　　其中，為第次級(jí)繞組匝數(shù)，嘆。為第次級(jí)繞組變比，=2，為變壓器初級(jí)繞稂匝數(shù)，電壓，7為導(dǎo)通時(shí)間。

　　初級(jí)電流有效值由于初級(jí)電流波形為銀齒波，故其中，4為第次級(jí)繞組電流有效值；7，為第次級(jí)繞組輸出直流平均電流，為常數(shù)波整流，對(duì)電感負(fù)栽，=，對(duì)電阻負(fù)載，=1.57.

　　電負(fù)載及線包屯流密度計(jì)算。電負(fù)載的定義為磁芯窗口而積內(nèi)的全部電流數(shù)。各繞組的電流密度相等，則有其中，7為安匝數(shù)。線位的屯流密度為其中，電流密度。般，2，7612為常數(shù)，般取0.5.7，1為骨架的繞線窗口面枳，般為磁芯窗口面積及的0.6，0.7倍。初級(jí)繞組的導(dǎo)線直徑其中，1為初級(jí)繞組的有效電流。

　　次級(jí)繞組的導(dǎo)線直徑2，為次級(jí)第組的有效電流。

　　這里應(yīng)當(dāng)注意，考慮到高頻電流趨膚效應(yīng)的影響，導(dǎo)線的1徑不能大廠高頻電流透深度的倍。

　　初次級(jí)繞組電阻。初級(jí)繞組電阻其中，凡為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的電阻，1為初級(jí)繞組肢數(shù)，1為初級(jí)繞阻的平均匝長(zhǎng)。次級(jí)第繞組化為次級(jí)第繞組匝數(shù)，人，2，為次級(jí)繞組的平均匝長(zhǎng)。

　　初次級(jí)繞組損耗。初級(jí)繞組損耗其中心；1為初級(jí)繞組銅損；為漆包線電阻的溫度補(bǔ)償系數(shù)，為熱態(tài)與冷態(tài)電阻之比。各次級(jí)繞組銅損各次級(jí)繞組銅損之和其中，4.為次級(jí)第繞組的有效電流，辦。為次級(jí)第繞組的冷態(tài)電阻，為導(dǎo)線電阻的溫度補(bǔ)償系數(shù)。

　　變壓器的全部繞組損耗15開(kāi)關(guān)電源變器的磁芯損耗其中，為在相應(yīng)和5條件下單位重量的損耗，7.為磁芯重量。

　　溫升計(jì)算。開(kāi)關(guān)電源變壓器溫升不應(yīng)大于允許溫升。對(duì)于不同的磁芯材料絕緣村料和環(huán)境溫度，允許溫升也不柞。也就站變樂(lè)器允許比較高工作度也不樣。般地講，對(duì)鐵鎳軟磁合金坡莫合金磁芯，其允許比較高工作溫度取決于絕緣村料的絕緣等級(jí)對(duì)鐵闈體磁芯，其允許比較工作溫度為1對(duì)于非品態(tài)軟磁合金磁芯，前允許比較高工作溫度為00對(duì)于鐵基非晶態(tài)軟磁介金可適當(dāng)高些。

　　4設(shè)計(jì)實(shí)例設(shè)計(jì)制作個(gè)變壓器=12，Ai=30W，分析根據(jù)要求可按單端反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，具體步驟如下其，他為工作的，景磁感應(yīng)強(qiáng)度丁，對(duì)2鐵氧體他般取0.25??；電流密度7取2.5，3106入12，為經(jīng)駘常數(shù)。從700，初步確電負(fù)載=5父3.525=7.725，⑴比較大電流密度戶(hù)肩盧，肩，說(shuō)，磁性材料及器件2003年4月碟下轉(zhuǎn)36頁(yè)信越化學(xué)工業(yè)公司提出了項(xiàng)0，618系合金制造新工藝采，高純度的電解鈷純鐵和片狀鋁及結(jié)晶硼為原料，在高頻爐中熔煉后，以適當(dāng)速度冷凝，按特定的1藝進(jìn)熱處埋，了得到矯頑力小于5.61飽和磁通密度大于74，1丁國(guó)內(nèi)苜利研機(jī)構(gòu)住磁性原子比的理論坫礎(chǔ)研允高戌及高口炎合金的比較成分規(guī)律及其應(yīng)用7，并研宄了摻雜對(duì)合金性能意義。

　　現(xiàn)今磁導(dǎo)率合金的研究熱點(diǎn)在納米晶方面，己取得了定的成果。在高頻領(lǐng)域以納米晶非晶薄帶作磁芯的變壓器的研究工作也己初成效。

　　4結(jié)束語(yǔ)當(dāng)前高速發(fā)展的倍息社會(huì)向材料工業(yè)+斷提出更高更新的需求，高磁導(dǎo)率軟磁材料也面臨同樣的挑戰(zhàn)，有了高性能的軟磁材料才能為電子變壓器等電子器件的平面化片式化及輕量化創(chuàng)造眺，目前我國(guó)高磁導(dǎo)率軟磁材料的工業(yè)大生產(chǎn)和國(guó)外有不小的差距，原材料和工藝的穩(wěn)定性較差，生產(chǎn)設(shè)備比較落后，需要我們不斷努力，盡早趕上世界先進(jìn)水平。

　　顧建成。尚磁導(dǎo)率軟磁鐵氧體材料研制動(dòng)向習(xí)。磁性材徐錦華。高性能軟磁鐵氧體大生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)資料。匯編1觀……

　　周志剛，等。鐵氧體磁性材料。北京科學(xué)出版社，艾樹(shù)濤，等。安徽大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，1999，23131.

　　問(wèn)譚維，等。高磁導(dǎo)宰錳鋅鐵氧體村料研究現(xiàn)狀。1.錳畢業(yè)尸電子科技大學(xué)微電尸，體電子卞院，瀆碩1研究生上接1頁(yè)同上。

　　架，采用阻燃增強(qiáng)，61工程塑料壓制或酚醛玻璃纖維塑料壓制而成1外包絕緣，采用7度為層間絕緣，采用厚度為0.06，0.08，1彩色聚脂卡敏膠，2層；樣品3初級(jí)，第層，22+23匝；次級(jí)，第層5匝，4，5=20股樣品4，10初次級(jí)分層交叉繞制。初級(jí)，第層，22十23；次級(jí)，第層，5匝，4，5股。

　　4功率變壓器的測(cè)試結(jié)果張懷武?？闺姶鸥蓴_材料與器件工藝成都電子科技大學(xué)出版社，2001.4.

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　　國(guó)家長(zhǎng)江計(jì)劃特聘教授。先后在韓國(guó)幻8丁日本東京大學(xué)美國(guó)如3，丘公司意大利，丁公司俄羅斯丘0烏克蘭基輔大學(xué)從事學(xué)習(xí)和技術(shù)交流。長(zhǎng)期從事材料高磁導(dǎo)料料納金剪；軟磁。陽(yáng)各，脈沖變壓1變壓器和薄膜變壓器的研發(fā)工作先后獲國(guó)際科學(xué)工程獎(jiǎng)項(xiàng)，省部級(jí)獎(jiǎng)6項(xiàng)，省部級(jí)鑒定項(xiàng)目20余項(xiàng)，大型技術(shù)轉(zhuǎn)讓項(xiàng)目2項(xiàng)，已創(chuàng)造2000萬(wàn)以上的產(chǎn)值。協(xié)助建設(shè)大型磁性企業(yè)3家，先后在國(guó)內(nèi)外技術(shù)刊物發(fā)論文12，多篇。

　　出版著作兩本，兼歐洲J.VacuumH材料學(xué)報(bào)01仙以1訓(xùn)違中；激光評(píng)1.中國(guó)。明磁會(huì)應(yīng)用磁性材料行業(yè)協(xié)會(huì)材料制造協(xié)會(huì)委員，省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人，國(guó)防科技獎(jiǎng)元器件評(píng)委，國(guó)家教委電子科技與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員