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(AC/DC) 变压器设计（构造设计）－其1

丘球
工程师
2019-10-16 18:27:21     打赏

在计算前项的数值后，接着进入变压器T1的构造设计的阶段。对平时只设计电子部件的人们来说，组合铁芯和骨架、绕组，且必须具备经验法则的变压器设计，简直就像是异世界一样。而且，变压器是电源设计，尤其是AC/DC转换器、绝缘转换器非常重要的部件，因此至少要理解其步骤和进行讨论。
变压器T1的构造设计依照以下的步骤进行。
①骨架选定
②有效绕线槽的确认
③决定绕组构造
④沿面距离和绝缘胶带
⑤线材的选定
⑥接线图、层构造、绕组规格
⑦决定变压器规格
本项“其1”将说明①～④，下一项“其2”将说明⑤～⑦。
铁芯JFE MB3 EER28.5A或兼容产品Lp249 μHNp30 圈Ns6 圈Nd8 圈① 骨架的选定
骨架如图所示，分成立式、卧式（视铁芯尺寸而定，只能选择其中一种）。依照高度和安装面积来选定使用哪一种。
此外，引脚数也是考虑因素之一。表格内是利用计算数值项目所计算出来的匝数。只能选择绕组匝数的引脚数。


② 有效绕线槽的确认
其次，从骨架的规格计算有效的绕线槽。红色箭头所指的图片斜线部分，是实际上能够卷绕组的区域。这个区域会因骨架而异，因此请使用骨架的图纸仔细确认。

照片是实物，红色箭头部分为有效绕线槽。此次选择的铁芯、JFE EER28.5为J＝16.6mm、H＝4mm。
③ 决定绕组构造
绕组构造对变压器的特性影响很大。这里介绍2中构造。
</p>＜简单构造＞

  • 层数少 → 有成本优势

  • 结合度差 → 浪涌电压上升、损耗増加

  • 骨架引脚数 → 较少


</p>＜夹心绕组构造＞

  • 层数少 → 注意各绕组的厚度

  • 结合度优异→ 浪涌电压降低、损耗减少

  • 骨架引脚数 → 较多



左侧是最为简单的构造。层数少具有成本优势，但各绕组只有1层，匝数多达34圈的Np绕组一层绕不下，绕2层或3层结合度变差。
引脚数单侧4个即可。该构造适用于输出功率小，以及限制骨架引脚数单侧4个时。
右侧是称为夹心绕组构造。本构造利用初级绕组Np1和Np2包夹其他绕组，提升初级绕组和其他绕组的结合度。但是，层数增加，绕线槽的厚度随之增加，骨架的引脚数最低单侧5个。
关于绕组构造没有标准答案。增加其他特性时，应该花费一些时间试作，实际演练，在实际基板布局中与其他部件构成电路，边确认特性，边根据规格找出优化的构造。
④ 沿面距离和绝缘胶带
考虑到符合安全规范，必须根据变压器一次侧-二次侧之间的沿面距离，确保绝缘。沿面距离根据工作电压、使用环境污染程度、使用材料组来决定。使用绝缘胶带也是确保沿面距离的方法之一。
在变压器T1符合安全规范IEC60950的前提下，算出下述条件的沿面距离。

  • 工作电压：300V

  • 污染程度：2

  • 材料组：Ⅲa（CTI<400）

  • 符合IEC60950的必要最低沿面距离
    基础绝缘：3.2mm
    加强绝缘：6.4mm（基础绝缘×2） ←此次设计采用加强绝缘


※本次设计的输入电压为约270V，因此能从规范区段的250V和300V的值进行线性插补。</p>从250V：2.5mm、300V:3.2mm
270V变成2.78mm，取整数为3mm。
加强绝缘为2倍的6mm。
※使用立式骨架时，上部并无延长线，因此沿面距离可以为1/2，3mm即可。


多个规格相关术语，在此仅概略述说一下。详细内容请确认规格书等。
沿面距离由污染度和CTI值决定。</p>

  • 污染度（Pollution Degree）以使用设备时，空气中灰尘等污染的状況来分，共分成1～4程度。


    • 污染度1：无污染或只产生干燥、无法导电的污染。此种污染无任何影响。无尘室等场所内干净的空气。

    • 污染度2：只产生一般、无法导电的污染。但是，可以预期能因为冷凝而暂时导电。控制箱内的电子设备，以及使用家电、事务机的场所。

    • 污染度3：会产生具导电性的污染，可以预期能因为冷凝而能够导电的干燥、非导电性污染。一般工厂内的环境。

    • 污染度4：污染为具导电性的尘埃，或者会因为雨、雪等而持续导电的物质。例如室外等的环境。

  • CTI（Comparative Tracking Index）相对漏电起痕指数

    ※Ⅲa的骨架材料是指通用的PM9820/住友胶木（苯酚）且 CTI < 400        


    • 氯化铵0.1％的溶液以30s的速度滴1滴、滴50滴后，都不会出现痕迹的最大电压即为CTI值。

    • 根据CTI值来区分成形材料（IEC 60664-1）
      材料组Ⅰ：CTI600以上
      材料组Ⅱ：CTI400以上600以下
      材料组Ⅲa：CTI175以上400以下
      材料组Ⅲb：CTI100以上175以下


请接续看“绝缘型反激式转换器电路设计：变压器设计（构造设计）其2”。

关键要点:

・计算出数值后，进入具体的变压器构造的设计。
・计算出数值后，如果能大略完成构造设计，有望在变压器厂商等的协助下，设计出最终版本。


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关键词： 变压器     设计     构造    

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