環形變壓器的計算與測試

環形變壓器的計算

通過設計一臺50Hz石英燈用的電源變壓器，

其初級電壓U1=220V，次級電壓U2=11.8V，次級電流I2=16.7A，電壓調整率ΔU≤7%，來說明計算的方法和步驟。

1）計算變壓器的次級功率 P2 P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)

2）計算變壓器的輸入功率 P1（設變壓器效率η=0.95）與輸入電流I1

式中：K——系數與變壓器功率有關，K=0.6～0.8，取K=0.75； 根據現有鐵心規格選用鐵芯尺寸為：高H=40mm，內徑D1=55mm，外徑D2=110mm。 式中：f——電源頻率（Hz），f=50Hz； B——磁通密度（T）,B=1.4T。 N2=N20·U2=3.23×11.8=38.1匝，取N2=38匝。 6）選擇導線線徑 繞組導線的線徑d按公式(10)計算 式中：I——通過導線的電流（A）； j——電流密度，j=2.5～3.5A/mm2。 當取j=2.5A/mm2時代入式(10)得 用兩條d=2.12mm（考慮絕緣漆最大外徑為2.20mm）導線并繞。因為Φ2.94導線的截面積Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm導線的截面積為3.53mm2兩條并聯后可得到截面積為：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度較大。 6環形變壓器的結構計算 環形變壓器的繞組是用繞線機的繞線環在鐵心內作旋轉運動而繞制的，因此鐵心內徑的尺寸對加工過程十分重要，尺寸結構計算的目的就是檢驗繞完全部繞組后，內徑尚余多少空間。若經計算內徑空間過小不符合繞制要求時，可以重新修改鐵心的尺寸，只要維持設計的截面積不變，電性能也基本不變。 已知鐵心內徑D1=55mm，各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。

1）計算繞完初級繞組及包絕緣后的內徑Dn2 計算初級繞組每層繞的匝數n1 式中：Dn1——鐵心包絕緣后的內徑，Dn1=D1－2t0=55－(2×1.5)=52mm； kp——疊繞系數，kp=1.15。 則初級繞組的層數Q1為 初級繞組厚度δ1為

2）計算次級繞組的厚度δ2 計算次級繞組每層繞的匝數n2，考慮到次級繞組是用2×d2=2×2.21mm導線并繞，則 可見繞完繞組后，內徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。

樣品的性能測試

為檢驗設計方法的準確性，對按設計參數制成的環形變壓器樣品進行了性能測試，結果如下。

7．1空載特性測試 測量電路。測得的數據繪出的空載特性曲線。 從變壓器的空載特性看出設計符合要求，在額定工作電壓220V時（工作點為A），變壓器的空載電流只有13.8mA，即使電源電壓上升到240V變壓器工作在B點鐵心還未飽和，有較大的裕度。

7．2電壓調整率測量 變壓器在空載時測得的次級空載電壓U20=12.6V，當通以額定電流I2=16.7A時，次級輸出電壓為U2=11.8V，按式（2）計算電壓調整率為 變壓器電壓調整率達到ΔU<7%的指標。

7．3溫升試驗 用電阻法對變壓器繞組進行溫升試驗，在通電4h變壓器溫升穩定后進行測試，并按式（12）計算繞組平均溫升Δτm。 測量的數據及計算結果列于表5 從溫升試驗結果看出所設計的變壓器已達到標準型溫升標準，即Δτm<40℃，初次級繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡。

7．4絕緣性能測試 1）絕緣電阻測試 用500V搖表測試絕緣電阻，初次級繞組之間的絕緣電阻在常態下均大于100MΩ。 2）抗電強度實驗 變壓器初級與次級繞組之間能承受50Hz，4000V（有效值）電壓1min，而無擊穿和飛弧。限定漏電流為1mA，此項試驗證明變壓器的抗電強度達到IEC標準。