工頻一般指市電的頻率,在我國是50Hz,其他國家也有60Hz的。而可以改變這個頻率交流電的電壓的變壓器,就是叫工頻變壓器了。
工頻變壓器被大家稱為低頻變壓器,以示與開關(guān)電源用高頻變壓器有區(qū)別，工頻變壓器在過去傳統(tǒng)的電源中大量使用，而這些電源的穩(wěn)定方式又是采用線性調(diào)節(jié)的，所以那些傳統(tǒng)的電源又被稱為線性電源。
工頻變壓器的原理非常簡單，理論上推導(dǎo)出相關(guān)計算式也不復(fù)雜,所以大家形成了看法:太簡單了，就那三、四個計算公式,沒什么可研究的.設(shè)計時只要根據(jù)那些簡單的公式,立馬成功。
我認為上面的認識既有可取之處,也有值得研究的地方.可取之處:根據(jù)計算式,可以很快就計算出結(jié)果,解決了問題;值得研究的地方是:你是否了解自己設(shè)計出的產(chǎn)品性能?設(shè)計合理嗎?設(shè)計優(yōu)化過嗎?經(jīng)濟性如何?
舉個例子吧,根據(jù)功率選鐵芯規(guī)格就是個很繁雜的問題,因為涉及的因素比較多.有些書推薦采用下面的半經(jīng)驗公式去選取:
S = K·Sqrt(P) (1)
定下S后,然后進行其它的計算.這確實是一種實用的方法,但也要認識到,這也是一種簡化了的設(shè)計方法,大多數(shù)情況下存在著浪費.這種設(shè)計方法對業(yè)余愛好者來說用不著討論(只是偶爾設(shè)計一個變壓器自己用),但對企業(yè)來說,值得討論,產(chǎn)品中大批量采用這種設(shè)計時,體現(xiàn)的是降低了經(jīng)濟效益。
工頻變壓器的設(shè)計選材
從節(jié)約能源及原材料的角度，可采取以下建議：
1、減少銅的用量，有兩個方面可以實現(xiàn)，一是減少線徑這就意味著銅阻增大，銅損損耗就會增大。二是減少圈數(shù)，就會使空載電流增大，同樣空載損耗就會加大，如果變壓器長時間的處于通電待機狀態(tài)，電力資源的浪費是非常大的。每年我國因為家用電器的長期處于待機通電狀態(tài)造成的電力浪費以數(shù)十億元計。
2、變壓器設(shè)計時應(yīng)使銅損和鐵損相等，這樣變壓器的損耗最低，工作最穩(wěn)定，如果一個變壓器設(shè)計完后，由于為節(jié)省銅線，而采取小號的線徑和減少圈數(shù)的方法，使得鐵心窗口還有很多的空間余量，這樣就說明鐵心的尺寸選擇的過大，造成了鐵心的浪費，由于鐵心的規(guī)格大，繞線的平均周長也大，同樣會造成銅線的用量增加。根據(jù)現(xiàn)在的價格，鐵心的成本要高于銅線的成本。
所以在設(shè)計時，在保證性能滿足客戶的要求的情況下，應(yīng)盡量選擇小號的鐵心，能用41的，就絕不用48的。關(guān)于空載電流，從節(jié)省待機的損耗上考慮，還是盡量低的好。
工頻變壓器的設(shè)計繞制
各種家用電器中，工頻變壓器無論是自行設(shè)計繞制，還是修復(fù)燒壞的變壓器，都涉及到部分簡單的計算，教科書上的計算公式雖然嚴(yán)謹(jǐn)，但實際運用時顯得復(fù)雜，不甚方便。本文介紹實用的變壓器計算的經(jīng)驗公式。
1.鐵芯的選擇
根據(jù)自己需要的功率選擇合適的鐵芯是繞制變壓器的第一步。如果鐵芯(硅鋼片)選用過大，將導(dǎo)致變壓器體積增大，成本升高，但鐵芯過小，會增大變壓器的損耗，同時帶負載能力變差。
為了確定鐵芯尺寸，首先要算出變壓器次級的實際消耗功率，它等于變壓器次級各繞組電壓、負載電流的乘積之和。如果是全波整流變壓器，應(yīng)以變壓器次級電壓的1/2計算。次級繞組消耗功率加入變壓器本身損耗功率，即為變壓器初級視在功率。一般次級繞組功率在10w以下的變壓器，其本身損耗可達次級實際消耗功率的30～50%，其效率僅為50～70%。次級繞組功率在30W以下?lián)p耗約20～30%，50W以下?lián)p耗約15～20%，100w以下?lián)p耗約10～15%，100W以上損耗約10%以下，上述損耗參數(shù)是關(guān)于普通插片式變壓器的。如果按照R型變壓器、c型變壓器、環(huán)形變壓器的順序，損耗參數(shù)依次減小。
根據(jù)上述計算的變壓器初級總功率可以選定鐵芯。鐵芯面積S=a×b(cm2).如附圖所示。變壓器視在功率與s的關(guān)系用下述經(jīng)驗公式選用：s=K√P1
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P1為變壓器初級總視在功率，單位為：VA(伏安)，s為應(yīng)選鐵芯截面積，K為一系數(shù)，隨變壓器Pl大小不同選用不同的值。同時考慮到硅鋼片之間的絕緣漆、空隙的影響，K與P1關(guān)系為：
P1 K值
10VA以下 2～2.2
50VA以下 2～1.5
lOOVA以下 1.5～1.4
2.每伏匝數(shù)計算
選定鐵芯s以后。再確定每伏匝數(shù)，以使繞制的變壓器有臺理的激磁電流。常用的經(jīng)驗公式為：N=(40～55)/S，N為每伏匝數(shù)。
根據(jù)不同質(zhì)量的硅鋼片選取系數(shù)40～55。比較高級的高硅鋼，用眼觀察表面有鱗片結(jié)晶.且極脆，只彎折1～2次即斷裂，斷處參差不齊，系數(shù)取為40。若硅鋼片表面光潔，彎折4～5次仍不易斷，斷面為整齊直線，系數(shù)取50以上。
求出每伏匝數(shù)后乘以220V即為初級匝數(shù)，乘以次級要求電壓數(shù)即為次級各繞組匝數(shù)。因為導(dǎo)線有電阻，電流流過時會有電壓降，求出的次級匝數(shù)應(yīng)增加5～lO%(根據(jù)負載電流選擇，電流大者可增加較大比例)。
3.導(dǎo)線直徑的選擇
根據(jù)各繞組負載電流的大小，選擇不同直徑的漆包線。可用下列經(jīng)驗公式求出：
d=O.8√I，
單位：l--A.d(導(dǎo)線直徑)--mm。
4.繞制方法及注意事項
由于現(xiàn)在的漆包線絕緣強度大幅度提高，因此對50W以下的小功率變壓器大多采用阻燃塑料骨架疊繞法，但必須選用高強度漆包線，且繞制時仍應(yīng)逐圈排線，嚴(yán)禁大幅度斜跨，以免增大導(dǎo)線間電位差。
對50W以上的變壓器，由于每伏匝數(shù)減少，導(dǎo)線間電壓差較高，最好采取每層墊絕緣紙(O.05mm厚的電纜紙、牛皮紙)的方法，在繞制中應(yīng)絕對避免上層導(dǎo)線滑入下層。各繞組間絕緣應(yīng)視繞組電壓決定。初次級之間應(yīng)墊4層以上0.1mm的電纜紙，忌用不干膠膠帶。上述疊繞法的小功率變壓器，如果次級有兩組以上繞組，每組之間也應(yīng)用兩層電纜紙絕緣。如果變壓器是用在音響或視聽器材中.在多層繞制法中初次級之間應(yīng)墊入靜電屏蔽層。
繞好后.插硅鋼片也需注意、必須插緊，以避免產(chǎn)生電磁噪音。無論雙E形還是EI形，其端口要緊密接觸.宜交叉插，不能有空隙。最后的4～5片可從中間插入，以免損壞線包。然后進行烘干、浸漆。對50W以下的變壓器可采取內(nèi)熱法烘干。方法是：將變壓器所有次級繞組短路，與60～100W/220V燈泡串聯(lián)接入市電，使其自動升溫。燈泡越大溫度越高，但在密閉狀態(tài)下，使其溫度在80度以下較安全。
工頻變壓器與高頻變壓器的區(qū)別
1、磁性材料的差別:
工頻變壓器采用硅鋼片作為磁芯材料的;高頻變壓器是采用鐵氧體磁芯材料。
2、工作頻率的差別：
工頻變壓器的工作頻率一般是指50HZ貨60HZ的電源頻率;高頻變壓器的工作頻率一般都在1KHZ以上，甚至幾十KHZ或者上百KHZ，應(yīng)用范圍不同頻率也不一樣。
3、應(yīng)用方面：
工頻變壓器一般多用于將220V或者110V工頻高壓變換成工頻低壓，供小家電的電路板供電使用(如豆?jié){機、抽油煙機、音響等等，應(yīng)用范圍比較廣泛;高頻變壓器用途就廣泛了(如;手機充電器，電子鎮(zhèn)流器，開關(guān)電源，彩電電源，電腦電源，液晶驅(qū)動及電源等等許多場合都有使用)。