變壓器磁心和結(jié)構(gòu)的選取原則與繞制方法

變壓器磁心和結(jié)構(gòu)的選取原則與繞制方法

變壓器的磁心和結(jié)構(gòu)參數(shù)，取決于在裝配中所選用的磁心型式和繞制技術(shù)。當(dāng)選擇磁心時(shí)，通常其物理高度和成本是最重要的。這對(duì)于交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器中的開(kāi)關(guān)電源是十分重

　　要的，因?yàn)橥ǔＫ鼈兪欠庋b在密閉的塑料盒內(nèi)。當(dāng)應(yīng)用元件的高度允許的尺寸要求較小時(shí)，可以使用低成本的BE型或者是EI型磁心（如日本的TDK和TOKIN公司產(chǎn)品，或者是歐洲的PHILIPS、SIEMENS和THOMSON公司產(chǎn)品）。

　　當(dāng)設(shè)計(jì)應(yīng)用需要較小的磁心截面積時(shí)，可以選用BPD型的磁心產(chǎn)品，如果要設(shè)計(jì)多重輸出電源時(shí)，PER型磁心提供了一個(gè)大的窗口面積，它需要的匝數(shù)較少，真繞線架的可用引出腳較多。當(dāng)空間不是問(wèn)題時(shí)，ETD型磁心通常用于較高的功率。PQ型磁心比較昂貴，但它所占據(jù)的印制板空間較少，并且比E型磁心需要的匝數(shù)少些。對(duì)于安全絕緣要求高的場(chǎng)合，應(yīng)選用罐型磁心、RM磁心。環(huán)型磁心通常不適合反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器使用。

　　反激式變壓器在繞制時(shí)，應(yīng)在初級(jí)與次級(jí)之間加入絕緣措施。例如，通信技術(shù)設(shè)各必須滿足歐洲的IEC950和美國(guó)的UL1950的電氣絕緣標(biāo)準(zhǔn)的要求。這些文件同時(shí)還詳細(xì)地說(shuō)明了使用于變壓器結(jié)構(gòu)的絕緣系統(tǒng)的漏電和間隔距離。通常在變壓器初級(jí)與次級(jí)之間需要有5～6 mm的漏電距離（符合規(guī)范和要求）。電氣絕緣指標(biāo)通常是指定電氣強(qiáng)度的測(cè)試，施加典型值3000 V交流高壓的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60 s而不被擊穿。如果每個(gè)絕緣隔層的電氣強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求，那么在變壓器初級(jí)與次級(jí)之間可以采用兩個(gè)絕緣層，一層是基本的，另一層是補(bǔ)充的。如果兩個(gè)絕緣層組合仍不符合電氣強(qiáng)度要求，也可以采用帶增強(qiáng)的三個(gè)絕緣層。

　　圖1給出了大多數(shù)反激式變壓器在繞組兩側(cè)邊緣使用的限制技術(shù)。通常，邊緣限制是用膠帶來(lái)隔層的，膠帶開(kāi)縫的寬度要求留有邊限，以便包裹封裝，以足夠的隔層來(lái)配合繞組高度。在一般情況下，繞組單側(cè)絕緣限度是半個(gè)初級(jí)繞組到次級(jí)繞組的漏電距離（通常是2．5 mm）。磁心的骨架應(yīng)當(dāng)選擇得足夠大，實(shí)際上繞組的絕緣寬度最小是兩倍的總漏電距離。注意保持變壓器的耦合并減小漏感。初級(jí)繞組是在邊框之內(nèi)卷繞的。為了減少因絕緣磨損而引起的隔層電壓擊穿，改進(jìn)層與層之間的絕緣，并減少分布電容，初級(jí)繞組的隔層應(yīng)最少用一層UL規(guī)范要求的聚酯薄膜膠帶（3M1298）絕緣隔離，在邊框之間膠帶應(yīng)有適合的寬度。

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圖1 變壓器骨架兩種不同的邊緣卷繞方法的示意圖

　　用清漆或環(huán)氧樹(shù)脂浸漬也可以改善隔層之間的絕緣性能與電氣強(qiáng)度，但不能減少分布電容。偏置繞組可以隨后卷繞在初級(jí)繞組之上。補(bǔ)充的或增強(qiáng)的絕緣，由兩層或三層符合UL規(guī)范要求的聚酯薄膜膠帶剪成骨架的滿寬度，然后再包裹在初級(jí)繞組與偏置繞組外。邊緣部分還需要再三卷繞隔離。次級(jí)繞組被卷繞在邊界之內(nèi)。另外，還要增加兩層或三層

　　膠帶來(lái)固定繞組。絕緣套管常用于套隔導(dǎo)線跨越所有繞組時(shí)，以確保在導(dǎo)線穿越之處符合漏電距離的要求。

　　應(yīng)采用最小壁厚為0.41 mm的尼龍或四氟乙烯套管，使繞組符合安全的絕緣要求。考慮到因?yàn)樽儔浩鞔判氖潜桓綦x的無(wú)電壓金屬材料，也就是說(shuō)磁心雖然導(dǎo)電，但沒(méi)有任何部分接觸電路，因此它是安全的。從初級(jí)繞組（或者是導(dǎo)線通過(guò)之處）到磁心的距離，以及從磁心到次級(jí)繞組（或者是導(dǎo)線通過(guò)之處）增加的距離，必須等于或大于規(guī)范要求的漏電距離。

　　當(dāng)初級(jí)繞組有多個(gè)絕緣隔層時(shí)，圖1給出了初級(jí)的Z形繞制法和C形繞制法。注意接漏極的初級(jí)端繞線，它被埋在第二個(gè)隔層之下，可以做自身屏蔽，減少電磁干擾EMI（共模傳導(dǎo)輻射電流）。Z形繞法減少了變壓器的分布電容，也就減少了高頻交變損耗，提高了效率，但繞制比較困難，成本較高。而C形繞法比較容易實(shí)現(xiàn)，繞制成本也比較低，但它的損耗較大，效率較低。

　　圖2給出了一種新的工藝：在次級(jí)采用了雙重絕緣導(dǎo)線或三重絕緣導(dǎo)線，以消除所需的邊緣限制（絕緣導(dǎo)線的規(guī)范，可在有關(guān)的資料中查到）。在雙重絕緣導(dǎo)線中，通常每個(gè)絕緣隔層都能符合安全的電氣強(qiáng)度要求；在三重絕緣導(dǎo)線中，每?jī)蓚€(gè)隔層之間都起絕緣效果，通常應(yīng)符合電氣強(qiáng)度要求。在變壓器骨架的繞制和焊接過(guò)程中，特別要注意防止絕緣層的損傷，細(xì)心總結(jié)實(shí)際的制作工藝與技巧。

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圖2 卷繞變壓器骨架的三重絕緣導(dǎo)線的示意圖

　　上述工藝減小了變壓器的尺寸，并且降低了增加邊緣界線的工作量，但其材料成本較高，增加了繞組的成本。初級(jí)繞組被卷繞在骨架邊緣的全部寬度上，可以考慮把偏置繞組覆蓋在初級(jí)繞組上。在初級(jí)或偏置繞組與次級(jí)繞組之間，通常需有一層膠帶，以防止絕緣導(dǎo)線的磨損。為了固定絕緣繞組，還需另外增加一層膠帶。

　　圖3還標(biāo)出了卷繞偏置繞組的交替繞制位置，它直接覆蓋了次級(jí)繞組，可以改進(jìn)與次級(jí)繞組的耦合效果，并且減少漏感（即改進(jìn)了偏置繞組反饋電路中的負(fù)載調(diào)整率）。請(qǐng)注意，由于偏置繞組是屬于初級(jí)電路，在次級(jí)繞組與交替的偏置繞組之間，應(yīng)在卷繞變壓器邊緣界線時(shí)，必須加有另外的絕緣隔層，以補(bǔ)充或增強(qiáng)絕緣性能。