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变压器的优化设计是目前国内变压器制造行业所面临的重点问题。变压器的优化设计可以从两个方面进行;①控制降低变压器制造的初始制造成本;②对变压器的绕组、空载损耗、负载损耗等各项性能进行优化设计。空载损耗是变压器的一个重要性能指标,是指变压器一次绕组施加额定频率额定电压时,二次绕组空载所消耗的功率。主要包括三部分内容:一次绕组所产生的铜耗、变压器铁芯的励磁损耗和涡流损耗。因为空载电流值比较小,一般情况下占额定电流值的5%左右,可以忽略不计,所以在理论情况下变压器空载损耗数值等同于铁芯损耗数值。
变压器的优化设计首先要考虑电磁优化设计,指在满足原有约束条件的基础上, 寻找 设计变量使得制造变压器所需的经济指标小。电磁优化设计的两个关键因素是磁通密度和电流密度,这两个因素直接影响到变压器的电磁力大小和材料消耗的多少; 当磁通密度较大时,则需要的匝数较少,也就是需要的铜消耗量较少,这也从根本上控制减少了变压器制造的初始经济成本。目前国内的变压器空载损耗数值和负载损耗数值的确定一般是通过空载、短路试验在离线状态下测量得出的,这种方法浪费了大量的人力和财力,而且使供电中断。对变压器进行优化设计应实现对空载损耗和短路损耗数值实行在线测量,这样既可满足数值确定的要求,还能减少测量成本的投入。
脉冲变压器
高频变压器
脉冲变压器用于各种脉冲电路中,其工作电压、电流等均为非正弦脉冲波。常用的脉冲变压器有电视机的行输出变压器、行推动变压器、开关变压器、点火器的脉冲变压器、臭氧发生器的脉冲变压器等。
(a)行输出变压器。行输出变压器简称FBT或行回扫变压器,是电视机中的主要部件,属于升压式变压器,用来产生显像管所需的各种工作电压(如阳极高压、加速极电压、聚焦极电压等)。有的电视机中的行输出变压器还为整机的其他电路提供工作电压。
行输出变压器一般由双U型磁芯、低压线圈、高压线圈、外壳、高压整流硅堆、高压线、高压帽、灌封材料、引脚、聚焦电位器、加速极电压调节电位器、聚焦电源线、加速极供电线及分压电路等组成。
高频变压器可分为耦合线圈和调谐线圈两大类。耦合线圈的主要作用是连接两部分电路的信号传输,即前级信号通过它送至后级电路;调谐线圈与电容可组成串并联谐振回路,用于选频电路等。天线线圈、振荡线圈等是高频线圈。开关电源变压器由于工作频率通常在几十千赫兹,也属于高频变压器。
低频变压器
低频变压器用来传输信号电压和信号功率,还可实现电路之间的阻抗匹配,对直流电具有隔离作用。低频变压器又可分为音频变压器和电源变压器两种;音频变压器又分为级间耦合变压器、输人变压器和输出变压器,其外形均与电源变压器相似。音频变压器的主要作用是实现阻抗变换、耦合信号以及将信号倒相等。因为只有在电路阻抗匹配的情况下,音频信号的传输损耗及其失真才能降到小。
(a)级间耦合变压器。级间耦合变压器用在两级音频放大电路之间,作为耦合元件,将前级放大电路的输出信号传送至后一级,并做适当的阻抗变换。
(b)输入变压器。在早期的半导体收音机中,音频推动级和功率放大级之间使用的变压器为输人变压器,起信号耦合、传输作用,也称为推动变压器。
输人变压器有单端输人式和推挽输入式。若推动电路为单端电路,则输人变压器为单端输人式;若推动电路为推挽电路,则输入变压器为推挽输入式。
(c)输出变压器。输出变压器接在功率放大器的输出电路与扬声器之间,主要起信号传输和阻抗匹配的作用。输出变压器也分为单端输出变压器和推挽输出变压器两种。
(d)电源变压器。电源变压器的作用是将50Hz、220V交流电压升高或降低,变成所需的各种交流电压。按其变换电压的形式,可分为升压变压器、降压变压器和隔离变压器等;按其形状构造,可分为长方体或环形(俗称环牛)等。
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