變壓器的功率容量是決定鐵心尺寸的主要依據(jù)。在很多場(chǎng)合變壓器的負(fù)載是間歇性的，例如音響設(shè)備中的電源變壓器。這時(shí)變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時(shí)要減少很多，如圖2所示負(fù)載A段對(duì)整個(gè)B段而言是較小的一段，這時(shí)變壓器的工作周期比其熱時(shí)間常數(shù)要短很多，可用式（1）計(jì)算變壓器的額定功率。

式中：PN——變壓器額定功率（VA）；
      PL——變壓器負(fù)載功率（VA）；
      A——接通負(fù)載時(shí)間；
      B———變壓器工作周期。
4．2電壓調(diào)整率
    電壓調(diào)整率是衡量變壓器負(fù)載特性的重要指標(biāo)。電壓調(diào)整率是指當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電流從零升到額定值時(shí)，輸出電壓U2的相對(duì)變化值，通常以百分?jǐn)?shù)表示，如式（2）所示：
   
式中：ΔU——電壓調(diào)整率；
      U20——空載輸出電壓（V）；
      U2——變壓器額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓（V）。
    表2列出加拿大PLITRON公司環(huán)形變壓器的電壓調(diào)整率，其特性曲線如圖3所示，電壓調(diào)整率隨變壓器容量增大而下降。

4．3環(huán)形變壓器效率
    由于變壓器有鐵損和銅損，輸出功率PO總是小于輸入功率Pi，變壓器的效率η如式（3）所示。

    圖4列出了三組不同功率的變壓器效率曲線，隨著容量增大效率明顯增高，容量300VA以上的變壓器，在額定負(fù)載下效率可高達(dá)95％以上。
4．4自耦變壓器
    當(dāng)只要求升壓或降壓，而不要求初級(jí)與次級(jí)繞組隔離的情況下，使用自耦變壓器是合適的。自耦變壓器具有體積小，成本低、傳輸功率大等優(yōu)點(diǎn)，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級(jí)繞組不需絕緣，加工十分方便，體積、重量更小，造價(jià)更低。
    要注意的是自耦變壓器初、次級(jí)繞組的公共端（COM）要接零線，這樣才安全。

　
    自耦變壓器電路如圖5所示，它的額定功率PAH按式（4）計(jì)算。
    PAH=PAO(UH－UL)/UH(VA)（4）
式中：PAO——自耦變壓器輸出功率（VA）；
      UH——高電壓繞組電壓（V）；
      UL——低電壓繞組電壓（V）。

4．5溫升問題
    環(huán)形變壓器的溫升特性曲線示于圖6，從圖6可看出環(huán)形變壓器的溫升是較低的，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型系列，即便是過載120％，溫升也不超過70℃。

    變壓器的溫升是由鐵損和銅損兩部分決定的，對(duì)疊片式變壓器，這兩部分基本相等，但環(huán)形變壓器由于采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞制，并配合良好的退火工藝，其鐵心損耗僅為全部損耗的（10～20）％，所以溫升主要由繞組銅耗決定，合理的設(shè)計(jì)是初、次級(jí)繞組的功耗應(yīng)基本平衡。
    溫升也與散熱面積關(guān)系很大，由于環(huán)形變壓器鐵心溫升低，繞組在整個(gè)鐵心上均勻繞制，散熱面積和散熱條件都比較好，因此能獲得較低的溫升。
4．6合閘電流
    一般變壓器在合閘時(shí)都會(huì)產(chǎn)生很大的合閘沖擊電流，而環(huán)形變壓器由于沒有氣隙和具有高磁導(dǎo)率則會(huì)造成更大的合閘電流。300VA以下的環(huán)形變壓器可以用一般熔斷器作保護(hù)，但為了防止合閘電流燒斷熔斷器，選擇熔斷器的電流應(yīng)比變壓器初級(jí)電流大8～10倍。300VA以上的環(huán)形變壓器要考慮使用慢速熔斷器或溫度熔斷器作保護(hù)，有時(shí)為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度B值取低些。
4．7變壓器與整流電路
    大多數(shù)作電源用的環(huán)形變壓器都與整流電路相連，現(xiàn)將常用的整流電路和變壓器次級(jí)電壓U2、次電流I2與直流電壓Ud直流電流Id的關(guān)系列在表3中，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。

5環(huán)形變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算
    通過設(shè)計(jì)一臺(tái)50Hz石英燈用的電源變壓器，其初級(jí)電壓U1=220V，次級(jí)電壓U2=11.8V，次級(jí)電流I2=16.7A，電壓調(diào)整率ΔU≤7％，來說明計(jì)算的方法和步驟。
    1）計(jì)算變壓器次級(jí)功率P2
    P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5)
    2）計(jì)算變壓器輸入功率P1（設(shè)變壓器效率η=0.95）與輸入電流I1

式中：K——系數(shù)與變壓器功率有關(guān)，K=0.6～0.8，取K=0.75；

    根據(jù)現(xiàn)有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺寸為：高H=40mm，內(nèi)徑Dno=55mm，外徑Dwo=110mm。

式中：f——電源頻率（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）選擇導(dǎo)線線徑
    繞組導(dǎo)線線徑d按式(10)計(jì)算

式中：I——通過導(dǎo)線的電流（A）；
      j——電流密度，j=2.5～3A/mm2。
    當(dāng)取j=2.5A/mm2時(shí)代入式(10)得

用兩條d=2.12mm（考慮絕緣漆外徑為2。21mm）導(dǎo)線并繞。因?yàn)棣?.94導(dǎo)線的截面積Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm導(dǎo)線的截面積為3.53mm2兩條并聯(lián)后可得截面積為：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度較大。
6環(huán)形變壓器的結(jié)構(gòu)計(jì)算
    環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機(jī)的繞線環(huán)在鐵心內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而繞制的，因此鐵心內(nèi)徑的尺寸對(duì)加工過程十分重要，結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的就是檢驗(yàn)繞完全部繞組后，內(nèi)徑尚余多少空間。若經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑空間過小不符合繞制要求時(shí)，可以修改鐵心尺寸，只要維持截面積不變，電性能也基本不變。
    已知鐵心內(nèi)徑Dno=55mm，圖7中各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。

　
    1）計(jì)算繞完初級(jí)繞組及包絕緣后的內(nèi)徑Dn2
    計(jì)算初級(jí)繞組每層繞的匝數(shù)n1
  
式中：Dn1——鐵心包絕緣后的內(nèi)徑，Dn1=Dno－2t0=55－(2×1.5)=52mm；
      kp——疊繞系數(shù)，kp=1.15。

則初級(jí)繞組的層數(shù)Q1為
  
    初級(jí)繞組厚度δ1為

    2）計(jì)算次級(jí)繞組的厚度δ2
    計(jì)算次級(jí)繞組每層繞的匝數(shù)n2，考慮到次級(jí)繞組是用2×d2=2×2.21mm導(dǎo)線并繞，則

    可見繞完繞組后，內(nèi)徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。
7環(huán)形變壓器樣品的性能測(cè)試
    為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性，對(duì)按設(shè)計(jì)參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果如下。
7．1空載特性測(cè)試
    測(cè)量電路如圖8所示。測(cè)得的數(shù)據(jù)列于表4，按照表4的數(shù)據(jù)，繪出圖9所示的空載特性曲線。
    從變壓器的空載特性看出設(shè)計(jì)符合要求，在額定工作電壓220V時(shí)（工作點(diǎn)為A），變壓器的空載電流只有13.8mA，即使電源電壓上升到240V變壓器工作在B點(diǎn)鐵心還未飽和，有較大的裕度。
7．2電壓調(diào)整率測(cè)量
    變壓器在空載時(shí)測(cè)得的次級(jí)空載電壓U20=12.6V，當(dāng)通以額定電流I2=16.7A時(shí)，次級(jí)輸出電壓為U2=11.8V，按式（2）計(jì)算電壓調(diào)整率為

   
    變壓器電壓調(diào)整率達(dá)到ΔU<7％的指標(biāo)。
7．3溫升試驗(yàn)
    用電阻法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行溫升試驗(yàn)，在通電4h變壓器溫升穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試，并按式（12）計(jì)算繞組平均溫升Δτm。

    測(cè)量的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列于表5

    從溫升試驗(yàn)結(jié)果看出所設(shè)計(jì)的變壓器已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)型溫升標(biāo)準(zhǔn)，即Δτm<40℃，初次級(jí)繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡。
7．4絕緣性能試驗(yàn)
    1）絕緣電阻
    用500V搖表測(cè)試絕緣電阻，初次級(jí)繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100MΩ。
    2）抗電強(qiáng)度
    變壓器初級(jí)與次級(jí)繞組之間能承受50Hz，4000V（有效值）電壓1min，而無擊穿和飛弧。限定漏電流為1mA，此項(xiàng)試驗(yàn)證明變壓器的抗電強(qiáng)度達(dá)到IEC標(biāo)準(zhǔn)。
8結(jié)語
    環(huán)形變壓器以其優(yōu)良的性能和有競(jìng)爭(zhēng)力的性能價(jià)格比，可以預(yù)期它會(huì)在較大領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的疊片式變壓器，隨著環(huán)形變壓器技術(shù)性能進(jìn)一步提高，它將會(huì)在電子變壓器領(lǐng)域中有更廣闊的應(yīng)用前景
    信息（www.dian168.com）