[讨论]环型变压器的计算公式

zheng1

这个是我在其他坛子上和一些发烧友们探讨的帖子,很多评论直接合并一起了.
下面是我看到的一篇关于环型变压器比较权威的计算方法和公式,看完以后有些糊涂,按照下面的计算方法,铁心截面积20平方CM的牛  20/0.75=26.6   26.6X26.6=707.56VA,
按照磁通密度1.4T来计算,220VA,初级绕组V每匝=
B——磁通密度（T）,B=1.4T。代入得N10==2.9匝/V，取N10=3匝/V，则
N1=N10U1=3×220=660匝
我的计算方法,50/11平方厘米=4.54匝/V  4.54X220=998.8匝!相差340匝!
难道我的计算方法太保守?
RE:他里面有个0.6-0.8的系数,好象是说EI牛的效率=环牛的0.6-0.8,所以,计算环牛功率按照E牛的公式要除以这个系数,下来正好202W,我也做过一些实验,我自己饶的铁心截面积18平方MM的环牛,接在专用仪器上,负载达到600W牛也不叫,不振动,不发热,2小时以后才微微有一些温度,这个文章的观点好象牛的功率和多少高斯铁心还有是否整带的关系很大.我从声达弄回来的样品700W牛,要是按照我自己的计算方法,最多也就是300-400W的样子,但是负载600多W好象也没有什么问题.  现在厂家的计算方法大约是:优质牛是0.7,每1MM平方4A电流,理论是2.5A.



通过设计一台50Hz石英灯用的电源变压器，其初级电压U1=220V，次级电压U2=11.8V，次级电流I2=16.7A，电压调整率ΔU≤7％，来说明计算的方法和步骤。
1）计算变压器次级功率P2
P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)
2）计算变压器输入功率P1（设变压器效率η=0.95）与输入电流I1P1===207VA(6)I1===0.94A
3）计算铁心截面积SS=K(cm2)(7)
式中：K——系数与变压器功率有关，K=0.6～0.8，取K=0.75；
PO——变压器平均功率，Po===202VA。则S=0.75=10.66cm2，取S=11cm2。
根据现有铁心规格选用铁芯尺寸为：高H=40mm，内径Dno=55mm，外径Dwo=110mm。核算所选用的铁心的截面积S=H=×40×10－2=11cm2
4）计算初级绕组每伏匝数N10与匝数N1N10=（匝/V）（8）
式中：f——电源频率（Hz），f=50Hz；
B——磁通密度（T）,B=1.4T。代入得N10==2.9匝/V，取N10=3匝/V，则
N1=N10U1=3×220=660匝。
5）计算次级绕组每伏匝数N20与匝数N2N20=（匝/V）（9）代入得N20==3.23匝/V，则
N2=N20·U2=3.23×11.8=38.1匝，取N2=38匝。
6）选择导线线径
图7环形变压器截面图
绕组导线线径d按式(10)计算d=1.13(mm)(10)
式中：I——通过导线的电流（A）；
j——电流密度，j=2.5～3A/mm2。
当取j=2.5A/mm2时代入式(10)得d=0.72(mm)则初级绕组线径d1=0.72=0.69mm，选漆包线外径为0.72mm。次级绕组线线径d2=0.72=2.94mm，选用两条d=2.12mm（考虑绝缘漆最大外径为2?21mm）导线并绕。因为?2.94导线的截面积Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm导线的截面积为3.53mm2两条并联后可得截面积为：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度较大。
6环形变压器的结构计算
环形变压器的绕组是用绕线机的绕线环在铁心内作旋转运动而绕制的，因此铁心内径的尺寸对加工过程十分重要，结构计算的目的就是检验绕完全部绕组后，内径尚余多少空间。若经计算内径空间过小不符合绕制要求时，可以修改铁心尺寸，只要维持截面积不变，电性能也基本不变。
已知铁心内径Dno=55mm，图7中各绝缘层厚度为to=1.5mm，t1=t2=1mm。
1）计算绕完初级绕组及包绝缘后的内径Dn2
计算初级绕组每层绕的匝数n1n1=（匝）（11）
式中：Dn1——铁心包绝缘后的内径，Dn1=Dno－2t0=55－(2×1.5)=52mm；
kp——叠绕系数，kp=1.15。代入得n1==197匝
则初级绕组的层数Q1为Q1===3.35取整数Q1=4层
初级绕组厚度δ1为
δ1=Q1d1kp=4×0.72×1.15=3.3mm
则初级绕组包绝缘后的内径Dn2为
Dn2=Dn1－2(δ1＋t1)=52－2(3.3＋1)=43.4mm
2）计算次级绕组的厚度δ2
计算次级绕组每层绕的匝数n2，考虑到次级绕组是用2×d2=2×2.21mm导线并绕，则n2===27匝
则次级绕组的层数Q2为Q2===1.41，取整数Q2=2层。
次级绕组厚度δ2为
δ2=Q2d2kp=2×2.21×1.15=5.08mm
3）计算绕完初次级绕组及包绝缘后的内径Dn4
Dn4=Dn2－2(δ2＋t2)=43.4－2(5.08＋1)=31.24mm
可见绕完绕组后，内径还有裕量，所选铁芯尺寸是合适的。
7环形变压器样品的性能测试
为检验设计方法的准确性，对按设计参数制成的环形变压器样品进行了性能测试，结果如下。
7．1空载特性测试
测量电路如图8所示。测得的数据列于表4，按照表4的数据，绘出图9所示的空载特性曲线。
从变压器的空载特性看出设计符合要求，在额定工作电压220V时（工作点为A），变压器的空载电流只有13.8mA，即使电源电压上升到240V变压器工作在B点铁心还未饱和，有较大的裕度。
7．2电压调整率测量
变压器在空载时测得的次级空载电压U20=12.6V，当通以额定电流I2=16.7A时，次级输出电压为U2=11.8V，按式（2）计算电压调整率为 ()
表4环形变压器空载特性测量数据表交流输入电压U1/V空载电流I0/mA
202.1
403.3
604.0
804.9
1005.6
1206.4
1407.3
1608.3
1809.6
20011.2
22013.8
24018
25022.7
环形变压器及其应用
图9环形变压器空载特性曲线
图8

漓江船夫

<>回郑兄：</P>
<>今天又仔细看了一下你的贴子，终于看出点道道。</P>
<> 你第一楼贴子举的是两个例子，一个是20CM平方铁芯，另一个是11CM平方铁芯。</P>
<>根据你的公式,660匝和998.8匝应该是11CM平方铁芯的数据，对吗？<BR>你的计算公式：  功率=50/铁芯面积；<BR>我用的计算公式：功率=45/（铁芯面积*磁通密度）。</P>
<>根据此而分析，你取铁芯磁密为1T，并另放了10%余量。<BR>我认为，目前世面上的铁芯号称的1.8T、1.4T的，应该已经是取的最大值了，如果依此设计，虽然比较经济，但电压余量已很小了，空载电流也比较大了，瞬时功率也会大大减小！</P>
<>  有资料介绍，作为高要求用途的变压器，磁通密度的确定应根据厂家给出的磁化特性表（曲线）来进行，大概是取在线性刚开始变差点，也就是大约1.4T按1T,1.8T按1.25T来算。这样算下来，与你的算法也就是10%的差别了。</P>
<>  另一个关于功率问题，厂家给出的权威方案，整带铁芯系数取0.5-0.6,非整带铁芯系数取0.6-0.75(1米至3米短硅钢片绕成),大铁芯取小值,小铁芯取大值。<BR>这是两个极端方向，不难从具体的铁芯情况求取具体的K值来对应。由此看来，能看出你绕的变压器有多少余量了吧！</P>
<>还有一个问题，就是同样的铁芯，线圈匝数的多少对功率的影响。<BR>依据资料介绍及我的经验，较少的线圈匝数--也就是磁通密度取值高（余量小），将直接影响到变压器的最大瞬时功率和过载能力！这与你的经验和试验结果是完全一致的！</P>
<>再则关于铜损，我认为和变压器的外特性不是完全一致的，应做短路试验。</P>

zheng1

<>买到的现成牛永远也达不到我的要求,包括一些进口牛,个人感觉不是个头很小功率不足就是空载电流大,或者哼声大,太阳花或箭猪牛还有一些英国牛我一般拆开次级重饶以后都送人了,就是国产声达牛效果不错,可惜也是感觉功率不足,价格还很贵.所以,才开始自己饶牛.</P>
<>其实,我的饶牛观点和风兄的饶牛观点也是现在厂家的两大观点,现在对功率的看法基本接近,唯一不同的地方就是初级匝数问题.</P>
<>这个帖子发这里的原因也就是因为这里持风兄观点的人多,现在基本可以分为南北两大阵营,南方厂家大部分和风兄的观点一致,北方厂家和我的想法差不多.</P>

err168

自侥还牛不是很累吗？还是买个来得轻松，次级好侥一点，初级的铜线细很难侥吧？而且圈数多，太累了，得到的补不上付出的。

zheng1

因为我家里电压经常超过250V,稍微少饶几圈牛就要叫了![em03][em03][em03]

风中的歌

[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 22:20:00的发言：[/B][BR]<>这种饶制方法很奇怪的说,相同的铁心,相同的漆包线,相同的初级匝数,这个方法饶下来比放射型饶法空载电流小的多,500W的只有7MA!而放射形15MA左右.</P><>这个饶法是国内某个牛X厂家的独门绝技!好象申请了专利.</P>

只有手绕才容易做到！
[em03]
另外你绕的环牛匝数明显增多！就算是胆机带高压组的也没有你的饱满！
[em03]

zheng1

<>这种饶制方法很奇怪的说,相同的铁心,相同的漆包线,相同的初级匝数,这个方法饶下来比放射型饶法空载电流小的多,500W的只有7MA!而放射形15MA左右.</P>
<>这个饶法是国内某个牛X厂家的独门绝技!好象申请了专利.</P>

zheng2

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换个马甲继续发

zheng1

[讨论]环型变压器的计算公式

zheng1

全部是我自己饶的,还有很多图片没有发上来,要不这个帖子就很难打开了.呵呵!
晕!换马甲上来20分钟以内不让发贴.

zheng1

[B]以下是引用[I]风中的歌[/I]在2006-4-7 20:43:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 18:43:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]风中的歌[/I]在2006-4-7 17:43:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 17:26:00的发言：[/B][BR]<>我的感觉铜损和饶制的圈数不是成正比,与铁心的关系也不小.</P><>圈数多了,内阻反倒低,压降反倒很小,我按照这个方法饶的牛比如500W的,接600W负载压降低于5%,奇怪!</P>[em06][em06][em06][em06]</div>
环牛的一个特点就是带负载能力强~~~都不知道是不是铁芯功率设计偏大（我的意思是铁芯截面可以进一步减少）！</div>
同感!铁心确实值得探讨,现在有一个当年参加声达牛设计的教授正在帮助我研究这个DD,因为共同的爱好我们走到一起,不过搞学问研究的人太严谨,他现在正在用微积分公式和三角函数计算铁心,磁路每增加一公分对功率的影响,含硅率对功率的影响,宽高比的影响,每增加一个断片对功率的影响.硅钢片厚度的影响,卷饶间隙的影响,要研究出来一个几十万字的公式表
[em03]比如断片从1个-100个分别表达出来[em03]估计不闹个国家科技进步奖什么的不会罢休.[em03][em03][em03][em03]</div>

[em03][em03]不过我可以肯定，除非是整片的，如果是断片的，连生产铁芯的厂家都不知道有多少个接口！！别说是环变生产厂！

呵呵!我看见的整片的一般最少有2个断点,最多有6个断点,尤其是大功率的,比如800W1000W之类的,我从80个1000W整带铁心里面只挑出来4个真正意义上的整带.一般来说,高个子更容易做成整带,比如100米一卷的0.25硅钢带,饶200米的话就有断点了.先不谈论有N百个断点的那种DD,真遇到了我也不知道该怎么饶了!
[em03][em03][em03][em03]

风中的歌

<STRONG><EM>zheng1兄，2楼的环牛是不是你自己绕的</EM></STRONG>[em03][em03]

zheng1

<>其实我发这个贴子的主要目的还是想和全国的发烧友广泛交流,集思广益,求大同存小异,根据每个烧友的经验,吸取精华,整理出来一套大家都能认可的计算方法来.为以后烧友门发烧提供一个大约参考,同是也能提高自己的水平.</P>
<>欢迎大家发表不同看法,多多扔整砖,(不要扔半砖,说一半就跑了!)</P>[em03]铁心和材料我这里可以免费提供,大家可以根据不同的意见分别饶制,然后汇总到坛子上由那位斑竹统一测试,最后总结出来一个结果,来一个大推广.测试完成以后每个人领回自己的杰作当作对劳动付出的报酬.呵呵!

风中的歌

[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 18:43:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]风中的歌[/I]在2006-4-7 17:43:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 17:26:00的发言：[/B][BR]<>我的感觉铜损和饶制的圈数不是成正比,与铁心的关系也不小.</P><>圈数多了,内阻反倒低,压降反倒很小,我按照这个方法饶的牛比如500W的,接600W负载压降低于5%,奇怪!</P>[em06][em06][em06][em06]</div>
环牛的一个特点就是带负载能力强~~~都不知道是不是铁芯功率设计偏大（我的意思是铁芯截面可以进一步减少）！</div>
同感!铁心确实值得探讨,现在有一个当年参加声达牛设计的教授正在帮助我研究这个DD,因为共同的爱好我们走到一起,不过搞学问研究的人太严谨,他现在正在用微积分公式和三角函数计算铁心,磁路每增加一公分对功率的影响,含硅率对功率的影响,宽高比的影响,每增加一个断片对功率的影响.硅钢片厚度的影响,卷饶间隙的影响,要研究出来一个几十万字的公式表
[em03]比如断片从1个-100个分别表达出来[em03]估计不闹个国家科技进步奖什么的不会罢休.[em03][em03][em03][em03]

[em03][em03]不过我可以肯定，除非是整片的，如果是断片的，连生产铁芯的厂家都不知道有多少个接口！！别说是环变生产厂！

musicwolf

大力顶一下，虽然我从不娆环牛，太麻烦了。

laovo

强！搬张凳子来学习[em02]

amwdwjss

饶来饶去[em06]手都软.

gdchwb

上升到理论高度的精神是值得赞扬的！

zheng1

[B]以下是引用[I]风中的歌[/I]在2006-4-7 17:43:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 17:26:00的发言：[/B][BR]<>我的感觉铜损和饶制的圈数不是成正比,与铁心的关系也不小.</P><>圈数多了,内阻反倒低,压降反倒很小,我按照这个方法饶的牛比如500W的,接600W负载压降低于5%,奇怪!</P>[em06][em06][em06][em06]</div>
环牛的一个特点就是带负载能力强~~~都不知道是不是铁芯功率设计偏大（我的意思是铁芯截面可以进一步减少）！

同感!铁心确实值得探讨,现在有一个当年参加声达牛设计的教授正在帮助我研究这个DD,因为共同的爱好我们走到一起,不过搞学问研究的人太严谨,他现在正在用微积分公式和三角函数计算铁心,磁路每增加一公分对功率的影响,含硅率对功率的影响,宽高比的影响,每增加一个断片对功率的影响.硅钢片厚度的影响,卷饶间隙的影响,要研究出来一个几十万字的公式表
[em03]比如断片从1个-100个分别表达出来[em03]估计不闹个国家科技进步奖什么的不会罢休.[em03][em03][em03][em03]

风中的歌

[B]以下是引用[I]zheng1[/I]在2006-4-7 13:31:00的发言：[/B][BR]<div class=quote>[B]以下是引用[I]风中的歌[/I]在2006-4-7 11:19:00的发言：[/B][BR]<>zheng1兄，看到晕！[em03]</P><>就<FONT size=2>铁心截面积20平方CM的牛而言，我的设计如下，仅供参考：</FONT></P><><FONT size=2>铁芯功率=500W</FONT></P><><FONT size=2>按照磁通密度1.4T来计算,220V初级绕组匝数=320T</FONT></P><><FONT size=2>电流密度取2.5A，线径我就不算了！</FONT></P><><FONT size=2>空流小于30mA</FONT></P><><FONT size=2>电压调整率ΔU≤10％</FONT></P><><BR> </P></div>
咱们唯一不同的地方就是初级匝数的计算方法不同,我一般按照E牛的匝数来计算,其他方面基本相同.

我的设计在现在的所谓B类片上完全没有问题的，匝数最多视铁芯的退火质量上调10%~