环形变压器的应用中应注意的问题及设计计算
应用中应注意的问题
1.变压器的功率 容量 变压器的功率容量是决定铁心尺寸的主要依据。在很多场合变压器的负载是间歇性的，例如音响设备中的电源变压器。这时变压器的体积和重量较连续工作时要减少 很多，如图2所示负载A段对整个B段而言是较小的一段，这时变压器的工作周期比其热时间常数要短很多，可用式(1)计算变压器的额定功率。 式中：PN——变压器额定功率(VA)； PL——变压器负载功率(VA)； A——接通负载时间； B———变压器工作周期。
2. 电压调整率 电压调整率是衡量变压器负载特性的重要指标。电压调整率是指当输入电压不变，负载电流从零升到额定值时，输出电压U2的相对变化值，通常以百分数表示，如 式(2)所示： 式中：ΔU——电压调整率； U20——空载输出电压(V)； U2——变压器额定负载时的输出电压(V)。 表2列出加拿大PLITRON公司环形变压器的电压调整率，其特性曲线如图3所示，电压调整率随变压器容量增大而下降。
3.环形变压器效率 由于变压器有铁损和铜损，输出功率PO总是小于输入功率Pi，变压器的效率η如式(3)所示。 图4列出了三组不同功率的变压器效率曲线，随着容量增大效率明显增高，容量300VA以上的变压器，在额定负载下效率可高达95%以上。
4.自耦变压器 当只要求升压或降压，而不要求初级与次级绕组隔离的情况下，使用自耦变压器是合适的。自耦变压器具有体积小，成本低、传输功率大等优点，用环形铁心绕制自 耦变压器因初次级绕组不需绝缘，加工十分方便，体积、重量更小，造价更低。 要注意的是自耦变压器初、次级绕组的公共端(COM)要接零线，这样才安全。
自耦变压器电路如图5所示，它的额定功率PAH按式(4)计算。
PAH=PAO(UH-UL)/UH(VA)(4)
式中：PAO——自耦变压器输出功率(VA)； UH——高电压绕组电压(V)； UL——低电压绕组电压(V)。
5.温升问题 环形变压器的温升特性曲线示于图6，从图6可看出环形变压器的温升是较低的，对标准型系列，即便是过载120%，温升也不超过70℃。 变压器的温升是由铁损和铜损两部分决定的，对叠片式变压器，这两部分基本相等，但环形变压器由于采用优质冷轧硅钢片绕制，并配合良好的退火工艺，其铁心损 耗仅为全部损耗的(10～20)%，所以温升主要由绕组铜耗决定，合理的设计是初、次级绕组的功耗应基本平衡。 温升也与散热面积关系很大，由于环形变压器铁心温升低，绕组在整个铁心上均匀绕制，散热面积和散热条件都比较好，因此能获得较低的温升。
6. 合闸电流 一般变压器在合闸时都会产生很大的合闸冲击电流，而环形变压器由于没有气隙和具有高磁导率则会造成更大的合闸电流。300VA以下的环形变压器可以用一般 熔断器作保护，但为了防止合闸电流烧断熔断器，选择熔断器的电流应比变压器初级电流大8～10倍。300VA以上的环形变压器要考虑使用慢速熔断器或温度 熔断器作保护，有时为了降低该冲击电流可以将变压器磁通密度B值取低些。
7.变压器与整流电路 大多数作电源用的环形变压器都与整流电路相连，现将最常用的整流电路和变压器次级电压U2、次电流I2与直流电压Ud直流电流Id的关系列在表3中，供设计时参考。
设计计算
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I1
式中：K——系数与变压器功率有关，K=0.6～0.8，取K=0.75； 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。 式中：f——电源频率(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)选择导线线径 绕组导线线径d按式(10)计算 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 用两条d=2.12mm(考虑绝缘漆最大外径为2.21mm)导线并绕。因为Φ2.94导线的截面积Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm导线的截 面积为3.53mm2两条并联后可德截面积为：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n1 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。 则初级绕组的层数Q1为 初级绕组厚度δ1为
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 可见绕完绕组后，内径还有裕量，所选铁芯尺寸是合适的。
