漏磁變壓器的設計

　　摘要：根據漏磁變壓器實際工作情況，將等效電路和磁路分析相結合，分別對無磁分路和有磁分路的情況進行了探討，提出了負載特性對變壓器工作狀態的影響。

　　關鍵詞：漏磁變壓器 原理 設計

1　引言

　　漏磁變壓器用于負載急劇變化而又要求逐步趨于穩定狀態的電子設備中，如熒光燈電源、離子泵電源等設備。這一類負載表現為開始工作時阻抗較大，需要較高的瞬間電壓；而當穩定工作時，負載阻抗較小，需將負載電流限制在允許值內，以使其能正常工作。

2　工作原理

　　漏磁變壓器的等效電路如圖1所示。當變壓器開始工作時，由于負載RLXS，可知U2≈E2，漏抗壓降US很小；而當穩定工作后，負載RL下降，負載壓降下降，漏抗壓降US上升，趨于允許的限定值。

圖1漏磁變壓器等效電路圖

　　由漏磁變壓器的工作原理，可知漏抗的選擇是設計的重點。同時，負載性質會對變壓器的工作狀態產生影響；對于阻抗大小相同，性質不同的負載，漏抗的選擇是不同的，需根據具體情況進行分析。

3　無磁分路的漏磁變壓器設計

3.1視在功率PH

　　PH=U20I2H(W)（1）

　　式中：U20為變壓器輸出空載電壓(V)；

　　I2H為變壓器負載電流(A)。當變壓器長期工作時，I2H為額定負載電流；當變壓器斷續工作時，I2H=I2（2）

　　式中：I2為斷續工作時負載電流(A)；

　　D為暫載率。

3.2鐵心尺寸選擇C型鐵心,鐵心截面積SC≈0.8(cm2)；E型鐵心,鐵心截面積SC≈(cm2)；可套用標準鐵心，也可根據經驗選擇尺寸。

3.3繞組匝數與線徑

　　1）匝數

　　設N1為初級繞組匝數，N2為次級繞組匝數，則N1=（3）N2=（4）

　　式中：U1為輸入電壓（V）；

　　B0為空載磁感應強度（T）；

　　f為電源頻率（Hz）。

　　空載磁感應強度B0的取值一般比飽和磁感應強度低得多；因為漏感LS與繞組匝數的平方成正比，繞組匝數與空載磁感應強度B0成反比，較低的空載磁感應強度B0可獲得較高的漏抗。 

　　2）線徑

　　設初級繞組線徑為d1，次級繞組線徑為d2，則d1=1.13(cm)（5）d2=1.13(cm)（6）

　　式中：n為變壓器變比N1/N2；

　　j為電流密度（A/cm2）。如功率相當的普通電源變壓器空載磁感應強度為B01，電流密度為j1，漏磁變壓器的空載磁感應強度為B0，則漏磁變壓器的電流密度可按j=j1估算。

　　E型及C型變壓器的外型如圖2及圖3所示

 3.4漏抗計算漏感LS=10－8(H)（7）其中，lMCT=;hCT=

　　式中：δ為初、次級繞組之間的間隔距離（cm）；

　　A1，A2為初、次級繞組高度（cm）；

　　lM1，lM2為初、次級繞組平均匝長（cm）；

　　h1，h2為初、次級繞組厚度（cm）。

　　則漏抗XS=2πfLS（Ω）（8）

3.5負載電流核算I2H=(A)（9）

　　式中：E2為負載時變壓器次級感應電壓（V）；

　　r2為變壓器次級直流銅阻（Ω）；

　　RL為變壓器穩定負載電阻（Ω）；

　　XL為變壓器負載電抗（Ω）。

3.6參數調整方法

　　1）結構調整

　　降低繞組高度，增加繞組厚度，增大初級與次級繞組之間的間隔距離均能增大漏抗；反之，可減小漏抗。

　　2）圈數調整

　　增加圈數可增大漏抗；反之，可減小漏抗。

4　有磁分路的漏磁變壓器設計

4.1磁分路截面積的確定

　　1）初級磁通Φ1、次級磁通Φ2的確定

　　圖4為有磁分路的漏磁變壓器的磁路計算圖。Φ1=(Wb)（10）Φ2=(Wb)（11）

圖4有磁分路漏磁變壓器的磁路計算圖

　　2）磁分路截面積的確定

　　磁分路截面積的選擇以磁分路磁感應強度Bδ小于鐵芯飽和磁感應強度為原則，一般可取Bδ≈B0；截面積由下式確定Sδ=(m2)（12）

4.2磁分路氣隙的確定

　　在圖4中，因為磁阻Rm2、Rm3Rδ，所以可認為降落在氣隙上的磁壓等于次級繞組的磁勢。則磁分路氣隙lδ可由下式確定lδ=(m)（13）

　　因為氣隙周圍漏磁的存在，實際lδ應取稍大一些。

5 結語

　　電源類產品設計是否合理，主要看電源和負載是否匹配；因此負載特性的準確測量是設計的關鍵。在以往的漏磁變壓器設計中，有些電路模型將負載簡單地由電阻代替，是很不合理的。應測量出負載的特性曲線，找出工作點的參數，以此為依據，才能設計出較合理的產品。

參考文獻

　　[1]徐安武.電感器件設計與計算[M].四川科技出版社,1985.

　　[2]今朝.關于限流變壓器設計方法的論述[J].電子變壓器技術,1990（3）：5～8