请大家探讨一下恒压变压器(磁饱和变压器/漏磁变压器/稳压变压)

songjiao

制作胆机离不开一台性能良好的电源，尤其是制作仪器用的电源，在电网电压波动较大的地区，采用有稳压功能的电源非常必要，但采用胆稳压管和用调整管稳压制作成本会大幅度提高，且输出电流有限，如常用的WY-1、2、3等，最大只能提供30毫安左右的电流，两只6N3就已经很难应付了，一般只为五极管帘栅提供稳压电压。
前几天学习QBG-3Q表时才知道还有一种能稳定输出交流电压的变压器，网上查了一下，这种变压器的名称有好几个：恒压变压器、磁饱和变压器、漏磁变压器、交流稳压变压器，能在电网电压在160-250V范围波动时，输出电压变化不超过1.5%的稳定交流电压，看到这个非常惊喜，以为可以有个低成本稳压电源的途径了。于是在网上找其设计制作方法，结果很令人失望，没有一个全面系统的资料。我把自己找到的一些发在这里，抛砖引玉，希望有这方面资料的同学、老师、前辈也能贴上来，供大家学习、借鉴。



漏磁变压器的设计

1　引言
　　漏磁变压器用于负载急剧变化而又要求逐步趋于稳定状态的电子设备中，如荧光灯电源、离子泵电源等设备。这一类负载表现为开始工作时阻抗较大，需要较高的瞬间电压；而当稳定工作时，负载阻抗较小，需将负载电流限制在允许值内，以使其能正常工作。
2　工作原理
漏磁变压器的等效电路如图1所示。当变压器开始工作时，由于负载RL?XS，可知U2≈E2，漏抗压降US很小；而当稳定工作后，负载RL下降，负载压降下降，漏抗压降US上升，趋于允许的限定值。
　　由漏磁变压器的工作原理，可知漏抗的选择是设计的重点。同时，负载性质会对变压器的工作状态产生影响；对于阻抗大小相同，性质不同的负载，漏抗的选择是不同的，需根据具体情况进行分析。
3　无磁分路的漏磁变压器设计
3.1视在功率PH
　　PH=U20I2H(W)（1）
　　式中：U20为变压器输出空载电压(V)；
　　I2H为变压器负载电流(A)。当变压器长期工作时，I2H为额定负载电流；当变压器断续工作时，I2H=I2（2）
　　式中：I2为断续工作时负载电流(A)；
　　D为暂载率。
3.2铁心尺寸选择C型铁心,铁心截面积SC≈0.8(cm2)；E型铁心,铁心截面积SC≈(cm2)；可套用标准铁心，也可根据经验选择尺寸。
3.3绕组匝数与线径
1）匝数
　　设N1为初级绕组匝数，N2为次级绕组匝数，则N1=（3）N2=（4）
　　式中：U1为输入电压（V）；
　　B0为空载磁感应强度（T）；
　　f为电源频率（Hz）。
　　空载磁感应强度B0的取值一般比饱和磁感应强度低得多；因为漏感LS与绕组匝数的平方成正比，绕组匝数与空载磁感应强度B0成反比，较低的空载磁感应强度B0可获得较高的漏抗。

图1漏磁变压器等效电路图

图2E型变压器外型

图3C型变压器外型

图4有磁分路漏磁变压器的磁路计算图

2）线径
　　设初级绕组线径为d1，次级绕组线径为d2，则d1=1.13(cm)（5）d2=1.13(cm)（6）
式中：n为变压器变比N1/N2；
　　j为电流密度（A/cm2）。如功率相当的普通电源变压器空载磁感应强度为B01，电流密度为j1，漏磁变压器的空载磁感应强度为B0，则漏磁变压器的电流密度可按j=j1估算。
　　E型及C型变压器的外型如图2及图3所示。
3.4漏抗计算漏感LS=10－8(H)（7）其中，lMCT=;hCT=
　　式中：δ为初、次级绕组之间的间隔距离（cm）；
　　A1，A2为初、次级绕组高度（cm）；
　　lM1，lM2为初、次级绕组平均匝长（cm）；
　　h1，h2为初、次级绕组厚度（cm）。
　　则漏抗XS=2πfLS（Ω）（8）
3.5负载电流核算I2H=(A)（9）
　　式中：E2为负载时变压器次级感应电压（V）；
　　r2为变压器次级直流铜阻（Ω）；
　　RL为变压器稳定负载电阻（Ω）；
　　XL为变压器负载电抗（Ω）。
3?6参数调整方法
1）结构调整
　　降低绕组高度，增加绕组厚度，增大初级与次级绕组之间的间隔距离均能增大漏抗；反之，可减小漏抗。
2）圈数调整
　　增加圈数可增大漏抗；反之，可减小漏抗。
4　有磁分路的漏磁变压器设计
4?1磁分路截面积的确定
1）初级磁通Φ1、次级磁通Φ2的确定
　　图4为有磁分路的漏磁变压器的磁路计算图。Φ1=(Wb)（10）Φ2=(Wb)（11）
2）磁分路截面积的确定
　　磁分路截面积的选择以磁分路磁感应强度Bδ小于铁芯饱和磁感应强度为原则，一般可取Bδ≈B0；截面积由下式确定Sδ=(m2)（12）
4?2磁分路气隙的确定
　　在图4中，因为磁阻Rm2、Rm3?Rδ，所以可认为降落在气隙上的磁压等于次级绕组的磁势。则磁分路气隙lδ可由下式确定lδ=(m)（13）
　　因为气隙周围漏磁的存在，实际lδ应取稍大一些。
5 结语
　　电源类产品设计是否合理，主要看电源和负载是否匹配；因此负载特性的准确测量是设计的关键。在以往的漏磁变压器设计中，有些电路模型将负载简单地由电阻代替，是很不合理的。应测量出负载的特性曲线，找出工作点的参数，以此为依据，才能设计出较合理的产品。
参考文献
[1]徐安武.电感器件设计与计算[M].四川科技出版社,1985.
[2]今朝.关于限流变压器设计方法的论述[J].电子变压器
技术,1990（3）：5～8
作者简介
金潮勇(1975－)，男，1996年毕业于杭州应用工程技术学院，主要从事稳压电源及变压器的设计工作。





磁饱和交流稳压器电路原理作者：佚名文章来源：网络点击数：更新时间：2008-3-18
电感线圈L用直径0.8毫米的高强度漆包线在50--100伏安的变压器铁心上绕700--1000匝，其匝数可由下式计算；
T = 电网频率 × 要输出的稳定电压值 ÷ 铁心截面积＋200 ；式中200是常数。频率单位：HZ，电压单位：V，铁心截面积单位：平方厘米；
绕制线圈时，在绕到总匝数的百分之90时开始抽头，每绕10匝抽一个头，以便于调整稳压精度。做好绝缘后，浸漆烘干即可。
电容器应选用耐压大于500V、容量为3--10uF的。电阻选用1瓦500K以上即可。此稳压器输出功率可达40--100W，如需增加输出功率，可将铁心截面积增大，线圈的匝数按上述公式的计算结果相应改变即可。




恒压变压器又叫磁饱和稳压器
恒压变压器采用一个“日”字型铁芯，初级线圈在一个窗孔中，次级线圈和谐振线圈在另一个窗孔中。谐振线圈外接电容谐振频率与电源频率相近的谐振回路。
当初级接通电源后，谐振回路起振，使次级铁芯浅饱和，形成一个恒定的交变磁场，其磁感应强度在一定范围内，基本不受输入电压变化的影响，于是次级线圈的感应电动势保持不变。在这种情况下，初级的输入电流只起补充能量的作用。
恒压变压器的输出电压只与铁芯的磁性能参数和铁芯截面积有关，与初级与次级匝数比无关。
恒压变压器的效率、体积重量与普通变压器相当，当铁芯材料比较好的时候，市电电压在160-250伏变化时，输出电压变化小于1.5%；当负载电流从满载到减半时，输出电压变化约1.5-4%，当输出短路时，输出电流上升约1倍，因此不怕长时间短路。




一种实用的稳压变压器
发布日期:2006-02-18　作者:裘之青 来源:电子元器件应用
摘要：简要介绍一种实用的稳压变压器的原理、基本结构、设计、制造及优良性能。
1前言
一般的电源变压器次级电压随电网电压的波动而波动，电网电压的波动可达±15％，因此对于一些电压稳定性要求高的设备就不再适用，如果设计一种次级电压不随电网电压变化而变化的变压器，这个问题就解决了。那么怎样才能实现次级电压不随电网电压变化而变化？下面我们详细地讨论。
2原理
如果我们设计这样一个变压器，如图1所示，它由铁心，初级绕组，次级绕组，磁分路，谐振电容器，补偿绕组组成。初级绕组放在铁心的非饱和处，次级绕组放在铁心的磁饱和处，当初级输入电压升高或降低时，在铁心中增减的磁通经磁分路自成回路，而次级绕组所处的铁心始终保持磁饱和状态，所以不会再增加和减少磁通。因此，次级绕组的感应电动势不会因电网电压的变化而变化。下面具体分析一下空载和有负载时的工作情况。
（1）空载
空载时，假设初级电压为U1，电流为I1，圈数为N1，则磁通为I1N1，由于漏磁通回路有空气间隙，而空气磁阻较大，所以大部分磁通通过次级线圈闭合，漏磁很少。
因为E=4.44fN?m，所以V1＋E1＋E漏=0。
（2）负载
有负载时，次级有电流I2流过，次级匝数为N2，次级磁通势为I2N2。变压器铁心磁通，初级次级共同产生，次级磁通也可分为一部分，一部分与初级匝连成主磁通，另一部分通过漏磁铁心只与次级匝连或为漏磁阻，次级所产生的主磁通和初级相反。在一般变压器中，次级产生的反相磁通，初级电流会就此增加以抵消次级磁通，使主磁通基本保持不变。而在稳压变压器中，由于有磁分路的存在，有同样的次级电流时，产生同样的漏磁通，但一部分成为漏磁通，有一部分去抵消初级线圈中的主磁通，由于抵消部分较少，所以初级电流增加很少，真正用于建立次级主磁通也就减少了。另外，由于谐振线圈的存在，所产生的电流形成磁通与主磁通同相，使次级工作在深饱和状态，而初级工作在非饱和状态，形成一个基本稳定的交变
磁场磁路。再加上补偿线圈Nk与次级线圈串联（反极性 ） ， 这 样 就 确 保 了 当 输 入 电 压 在 一 定 范 围 内 变 化 时 ， 次 级 输 出 电 压 基 本 不 变 时 ， 从 而 实 现 输 出 电 压 的 稳 定 性 。

图1变压器结构示意图
3基本结构
稳压变压器结构一般采用WCD型、WED型和WEI型。WCD型稳压变压器一般适用于输出功率在100W以下；WED型稳压变压器一般适用于输出功率在1000W以下；WEI型稳压变压器一般适用于输出功率1000W以上。
4设计
设输入电压为Ua～Ub，频率为f，输出功率为P2，输出电压为U2。
输入电压U1=(Ua＋Ub)/2，
负载电流IL=P2/U2
铁心截面积：选功率2×P2的铁心（查表）。
取饱和磁感应强度BS=2.1T，不饱和取B1=0.8Bs。
初级匝数N1=(U1×104)/4.44fBPSC,
次级匝数N2=(U2×104)/4.44fBPSC。
谐振绕组总圈数：
NCT=初级匝数，NCT=(UC×104)/4.44fBPSC(其中UC为电容器工作电压)，因为一部分为共用的，则有NC=NCT－N2。
初偿绕组Nk=0.1N2
谐振电容无功功率PC=2P2
谐振绕组电流IC=PC/UC
电容量C=IC/2πfU2
输出绕组电流I22=IL2＋IC2
初级绕组导线直径d12=1.132I1/J
输出绕组导线d22=1.132I2/J
谐振绕组导线直径dC2=1.132IC/J
补偿绕组导线性径Dk2=1.132IL/J
5稳压变压器的制作要点
由于稳压变压器工作在磁饱和状态，铁心容易产生振动而产生噪声，尤其是磁分路片在铁心中，更容易产生噪音。因此在制造时，为了降低噪声，首先应将磁分路预先胶合牢，再固定在铁心中，尤其是WCD型铁心，为了保持窗口一致性，加工磁分路时必须比窗口尺寸略小0.2mm～0.3mm，每付磁分路应事先配好，不能互换。在装配和校验稳压变压器时，当各项指标达到标准时，还必须使两个线包将磁分路压紧，如有间隙，应垫入绝缘片，防止振动。
另外，变压器浸渍应采取真空浸渍，为了更好地防止振动，最好进行一次浸渍。如果变压器在装配校验中噪声很大，那么，光靠浸渍来解决噪声是无济于事的。必须重新安装，检验，直至噪声降低为止。
前面谈到稳压变压器是工作在饱和区的，对外泄漏磁场十分严重，因此固定铁心的夹子件和底座都处在强交变磁场中，这些金属件在变换磁场中同样产生磁滞和涡流损耗而发烫，所以一些紧固件必须采用铝制和不锈钢材料，防止磁化。同样，设计电机箱时，最好采用铝材，其同部应有足够的空间，以防止杂散磁场对电机箱吸引而共振，也可增加对流，随风散热。
6小结
由于稳压变压器采用了磁分路，谐振线圈及补偿线圈具有抗电网电压波动性，当电网电压从170V至260V变化时，输出电压变化小于± 2％，抗干扰能力强，对来自电网的各种干扰脉冲具有良好的衰减作用。自保护性好，即当输出短路时，输入功率自动减小。这是一般变压器无法与之相比的。当然，稳压变压器还存在负载稳定性差、电网频率敏感性强、温升高、体积大，为了解决这些问题，必须采用一种新型稳压电源即稳压变压器构成的整流电源和电流控制型稳压电路。

[ 本帖最后由 songjiao 于 2008-10-10 12:08 编辑 ]

JHXC

变压器工艺要求高、一致性差、噪声大、轻载效率低、温度高、成本高、对频率敏感，设计得当，稳压范围宽、稳压性能好、可靠性高。业余自制，变压器是关键。

炉魔

发热量大，噪声高。用了做胆机不适合。试想你晚上听音乐，结果老是有赶不走的嗡嗡声，那多难过。

老K

比较老的东西了，以前磁饱和稳压器用的多，现在电压稳定，基本不用。另外，确实有很大的噪音，嗡嗡声吵得人不能入睡。家用稳压还是那种电动机控制的稳压器算了。

[ 本帖最后由 老K 于 2008-10-10 15:07 编辑 ]

60年代的爱好者

以前常用电子管的614稳压器，N多年前就淘汰了。
   现在大功率稳压模块挺多，直接套用就可以了。

dzw153

磁饱和稳压的突出特点是漏磁大,由于变压器工作在磁磁饱和状态下,有相当一部分
磁通分部在铁芯之外的空间周围,如果屏蔽不好的话对电子设备会形成很大干扰

眉间尺

不知道采用正弦能量分配技术的净化电源是否合用.

JHXC

原帖由 眉间尺 于 2008-10-10 15:56 发表
不知道采用正弦能量分配技术的净化电源是否合用.

本人接触过，这是某机实测的输出波形。其实，依据本人的理解，这种电源也是在磁放大器基础上演变过来的一种电源。

眉间尺

如果输出波形是这样的话就太令人失望了. 我没有实际用过, 从网上找的资料是这样介绍的:

采用了先进的电源调节技术的正弦能量分配程式。其主电路由正弦能量分配器和大功率的滤波器并联构成。当输入电压变化或负载变化时，分配器以半个周期的正弦波电流形式将能量按需要精确地输入到电抗器


　      该电源采用较先进的正弦能量分配技术，集稳压与抗干扰功能于一体，具有体积小、重量轻、噪声小、效率高、可靠性高、能长期连续工作、适应各种性质的负载（阻性、感性、容性）等优点，并能有效地抑制电网各种干扰和尖峰电压。性能优于６１４型交流稳压电源，是目前交流稳压电源产品中的优选机种，广泛为中小型计算机等现代化电子设备配套使用。
　　其采用了先进的电源调节技术的正弦能量分配程式。其主电路由正弦能量分配器和大功率的滤波器并联构成。当输入电压变化或负载变化时，分配器以半个周期的正弦波电流形式将能量按需要精确地输入到电抗器，用于调整输入电压的升降。所以，电抗器的输出是相对零线受良好调整的正弦波，波形畸变小。
　　因正弦能量分配器对输入电压的变化和输出负载的变化都能灵敏的反应，所以它的响应速度相当快。

JHXC

我有空探讨过一种稳压器，并撰写了一篇文稿，没有被采用一直放在自己的电脑里，只发给过几个朋友。借此机会发在这里，希望能够给感兴趣的朋友一些参考，同时，笔者声明这篇文章的创作权力，不希望有人侵权，可以免费使用，但不得在**媒体或杂志登载。

[ 本帖最后由 JHXC 于 2008-10-11 12:23 编辑 ]

songjiao

本人提出这个题目的一个重要原因是因为恒压变压器在不需要其它任何元器件的情况下本身就有稳压功能，因此重点想知道这种变压器的设计和制作方法、要点。有交流稳压功能的电路虽多，但使用元器件太多，调试和调整势必十分复杂，没有电子管设备那简洁、明了、高效的特点和好处。
至于这种变压的噪声大、发热量大的问题，在一定情况下是不太重要的，因这这种变压多数情况是使用在仪器设备里的，只在使用它的时候开一会儿，工作中这点噪声是完全可以忍受的。由于它一般不用在音响设备里，所以噪声、热量对它来说不是很大的缺点。
我一直坚持：最简单的，就是最可靠的。

老K

磁放大器本身就非常可靠。磁饱和稳压器用于仪器一般没有什么问题。至于“最简单的，就是最可靠的”的说法，我似乎并不同意。

alunli

磁饱和稳压器根本达不到1.5%的稳压指标。
简单的说，利用硅钢片的磁感应曲线非线性，变压器的磁通设计在曲线中比较平缓（饱和）的位置，这样，电源电压的升降对磁通的影响较小（因为铁心已经饱和，电压升降只要不退出饱和区磁通就不会有明显变化），从而稳定次级电压的目的。
因为磁饱和，铁心发热大，硅钢片振动大，某些硅钢片有明显的磁致伸缩效应也增大了变压器的噪音，浸漆效果也不好，由于工作电流大，变压器线圈损耗也大。

alunli

微波炉变压器就是磁饱和变压器，有条件可以买个参考一下，700瓦的价格不过60元左右。
用砂轮机切开亚弧焊缝可以按自己的要求电压改造。
原二次电压在1800-2100左右。