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變壓器設計的全過程

我們以電子電源技術 利用TL431作大功率可調穩(wěn)壓電源一文中(以下簡稱《利》)所用變壓器為例,一步一步帶領大家完成這個變壓器設計的全過程。
在這篇文章中,我們不去推導相關的應用公式,只是希望讀者從這個設計實例中達到舉一反三的效果。
1.計算次級輸出功率(P2)
《利》文中最大輸出電壓為24V,假設額定輸出電流1A,調整管K790管壓降3V,倍壓整流電路功耗忽略不計,則:
P2=(24+3)x1=27W
2.計算初級功率(P1)
假定變壓器效率η=0.75,則P1=27W/0.75=36W
注:變壓器的效率根據(jù)輸出功率的大小不同而略有變化,通常對于容量在100W以下的變壓器η在0.7-0.8之間,100W以下至1000W,在0.8-0.9之間,實際運用時,輸出功率低者取小值。
3.計算初、次級線圈的線徑(d)

式中,I——繞組工作電流, J——電流密度(通常J取3-3.5A/mm2)
初級繞組電流I1=36/220=0.164(A)
3.1初級繞組線徑

3.2次級繞組線徑:
次級繞組電流I2=1x1.17=1.17A
式中1.17是變壓器次級交流電流的整流系數(shù)。

因漆包線規(guī)格中無0.67mm,故取0.7mm。
通常我們將次級線圈的電流密度取較小值,以獲得小的電源內(nèi)阻及降低溫升。
4.計算鐵芯截面積
我們用下式計算鐵芯截面積(個人認為是較簡單的一個經(jīng)驗公式)

式中S——鐵芯截面積 K——系數(shù) P2——次級功率
K的取值和變壓器的輸出功率有關,對于100W以下的K取1.25-1.1(功率大者取小值),100W-1000W可直接取1,本例取1.15,則:

從理論上來講,在鐵芯截面積不變的情況下,變壓器鐵芯的舌寬和疊厚可取任意比例,但實際設計中須要考慮線圈的制作工藝,外形的勻稱度,漏電抗等因素考慮,一般取舌寬約為1.5~2倍疊厚,本例中選片寬66mm的EI片,疊厚2.7cm。
5. 初、次級繞組匝數(shù)
5.1 計算每伏匝數(shù)(W0)

式中,f——交流電頻率(Hz) B——磁通密度(T) S——鐵芯截面積(CM2)
B值視鐵芯材料不同取值亦會不同,通用矽鋼片材料及其取值勤見下表:

本例中,選用H23片,B取1.42,則
5.2初級匝數(shù)(W1)
W1=220W0=1160(T)
5.2次級匝數(shù)(W2)

式中,1.2是整流后加濾波電容的系數(shù),1.12是為了補償帶負載后繞組阻抗引起的次級電壓降,通常次級匝數(shù)應增加5%~25%(輸出功率小的取大值)。

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