1前言
一般的電源變壓器次級(jí)電壓隨電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)可達(dá)±15％，因此對(duì)于一些電壓穩(wěn)定性要求高的設(shè)備就不再適用，如果設(shè)計(jì)一種次級(jí)電壓不隨電網(wǎng)電壓變化而變化的變壓器，這個(gè)問(wèn)題就解決了。那么怎樣才能實(shí)現(xiàn)次級(jí)電壓不隨電網(wǎng)電壓變化而變化？下面我們?cè)敿?xì)地討論。
2原理
如果我們?cè)O(shè)計(jì)這樣一個(gè)變壓器，如圖1所示，它由鐵心，初級(jí)繞組，次級(jí)繞組，磁分路，諧振電容器，補(bǔ)償繞組組成。初級(jí)繞組放在鐵心的非飽和處，次級(jí)繞組放在鐵心的磁飽和處，當(dāng)初級(jí)輸入電壓升高或降低時(shí)，在鐵心中增減的磁通經(jīng)磁分路自成回路，而次級(jí)繞組所處的鐵心始終保持磁飽和狀態(tài)，所以不會(huì)再增加和減少磁通。因此，次級(jí)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不會(huì)因電網(wǎng)電壓的變化而變化。下面具體分析一下空載和有負(fù)載時(shí)的工作情況。
（1）空載
空載時(shí)，假設(shè)初級(jí)電壓為U1，電流為I1，圈數(shù)為N1，則磁通為I1N1，由于漏磁通回路有空氣間隙，而空氣磁阻較大，所以大部分磁通通過(guò)次級(jí)線圈閉合，漏磁很少。
因?yàn)镋=4.44fNm，所以V1＋E1＋E漏=0。
（2）負(fù)載
有負(fù)載時(shí)，次級(jí)有電流I2流過(guò)，次級(jí)匝數(shù)為N2，次級(jí)磁通勢(shì)為I2N2。變壓器鐵心磁通，初級(jí)次級(jí)共同產(chǎn)生，次級(jí)磁通也可分為一部分，一部分與初級(jí)匝連成主磁通，另一部分通過(guò)漏磁鐵心只與次級(jí)匝連或?yàn)槁┐抛瑁渭?jí)所產(chǎn)生的主磁通和初級(jí)相反。在一般變壓器中，次級(jí)產(chǎn)生的反相磁通，初級(jí)電流會(huì)就此增加以抵消次級(jí)磁通，使主磁通基本保持不變。而在穩(wěn)壓變壓器中，由于有磁分路的存在，有同樣的次級(jí)電流時(shí)，產(chǎn)生同樣的漏磁通，但一部分成為漏磁通，有一部分去抵消初級(jí)線圈中的主磁通，由于抵消部分較少，所以初級(jí)電流增加很少，真正用于建立次級(jí)主磁通也就減少了。另外，由于諧振線圈的存在，所產(chǎn)生的電流形成磁通與主磁通同相，使次級(jí)工作在深飽和狀態(tài)，而初級(jí)工作在非飽和狀態(tài)，形成一個(gè)基本穩(wěn)定的交變磁場(chǎng)磁路。再加上補(bǔ)償線圈Nk與次級(jí)線圈串聯(lián)（反極性），這樣就確保了當(dāng)輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，次級(jí)輸出電壓基本不變時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定性。
3基本結(jié)構(gòu)
穩(wěn)壓變壓器結(jié)構(gòu)一般采用WCD型、WED型和WEI型。WCD型穩(wěn)壓變壓器一般適用于輸出功率在100W以下；WED型穩(wěn)壓變壓器一般適用于輸出功率在1000W以下；WEI型穩(wěn)壓變壓器一般適用于輸出功率1000W以上。
4設(shè)計(jì)
設(shè)輸入電壓為Ua～Ub，頻率為f，輸出功率為P2，輸出電壓為U2。
輸入電壓U1=(Ua＋Ub)/2，
負(fù)載電流IL=P2/U2
鐵心截面積：選功率2×P2的鐵心（查表）。
取飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS=2.1T，不飽和取B1=0.8Bs。
初級(jí)匝數(shù)N1=(U1×104)/4.44fBPSC,
次級(jí)匝數(shù)N2=(U2×104)/4.44fBPSC。
諧振繞組總?cè)?shù)：
NCT=初級(jí)匝數(shù)，NCT=(UC×104)/4.44fBPSC(其中UC為電容器工作電壓)，因?yàn)橐徊糠譃楣灿玫模瑒t有NC=NCT－N2。
初償繞組Nk=0.1N2
諧振電容無(wú)功功率PC=2P2
諧振繞組電流IC=PC/UC
電容量C=IC/2πfU2
輸出繞組電流I22=IL2＋I(xiàn)C2
初級(jí)繞組導(dǎo)線直徑d12=1.132I1/J
輸出繞組導(dǎo)線d22=1.132I2/J
諧振繞組導(dǎo)線直徑dC2=1.132IC/J
補(bǔ)償繞組導(dǎo)線性徑Dk2=1.132IL/J
5穩(wěn)壓變壓器的制作要點(diǎn)
由于穩(wěn)壓變壓器工作在磁飽和狀態(tài)，鐵心容易產(chǎn)生振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲，尤其是磁分路片在鐵心中，更容易產(chǎn)生噪音。因此在制造時(shí)，為了降低噪聲，首先應(yīng)將磁分路預(yù)先膠合牢，再固定在鐵心中，尤其是WCD型鐵心，為了保持窗口一致性，加工磁分路時(shí)必須比窗口尺寸略小0.2mm～0.3mm，每付磁分路應(yīng)事先配好，不能互換。在裝配和校驗(yàn)穩(wěn)壓變壓器時(shí)，當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，還必須使兩個(gè)線包將磁分路壓緊，如有間隙，應(yīng)墊入絕緣片，防止振動(dòng)。
另外，變壓器浸漬應(yīng)采取真空浸漬，為了更好地防止振動(dòng)，最好進(jìn)行一次浸漬。如果變壓器在裝配校驗(yàn)中噪聲很大，那么，光靠浸漬來(lái)解決噪聲是無(wú)濟(jì)于事的。必須重新安裝，檢驗(yàn)，直至噪聲降低為止。
前面談到穩(wěn)壓變壓器是工作在飽和區(qū)的，對(duì)外泄漏磁場(chǎng)十分嚴(yán)重，因此固定鐵心的夾子件和底座都處在強(qiáng)交變磁場(chǎng)中，這些金屬件在變換磁場(chǎng)中同樣產(chǎn)生磁滯和渦流損耗而發(fā)燙，所以一些緊固件必須采用鋁制和不銹鋼材料，防止磁化。同樣，設(shè)計(jì)電機(jī)箱時(shí)，最好采用鋁材，其同部應(yīng)有足夠的空間，以防止雜散磁場(chǎng)對(duì)電機(jī)箱吸引而共振，也可增加對(duì)流，隨風(fēng)散熱。
6小結(jié)
由于穩(wěn)壓變壓器采用了磁分路，諧振線圈及補(bǔ)償線圈具有抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)性，當(dāng)電網(wǎng)電壓從170V至260V變化時(shí)，輸出電壓變化小于±2％，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的各種干擾脈沖具有良好的衰減作用。自保護(hù)性好，即當(dāng)輸出短路時(shí)，輸入功率自動(dòng)減小。這是一般變壓器無(wú)法與之相比的。當(dāng)然，穩(wěn)壓變壓器還存在負(fù)載穩(wěn)定性差、電網(wǎng)頻率敏感性強(qiáng)、溫升高、體積大，為了解決這些問(wèn)題，必須采用一種新型穩(wěn)壓電源即穩(wěn)壓變壓器構(gòu)成的整流電源和電流控制型穩(wěn)壓電路。
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