平面变压器中并联绕组的均流设计_旷建军

第25卷第14期中国电机工程学报V ol.25 No.14 Jul. 2005 2005年7月Proceedings of the CSEE ?2005 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：0258-8013（2005）14-0146-05 中图分类号：TM433 文献标识码：A 学科分类号：470·40 平面变压器中并联绕组的均流设计

旷建军，阮新波，任小永

（南京航空航天大学航空电源重点实验室，江苏省南京市210016）

CONSIDERATION FOR CURRENT SHARING AMONG PARALLEL WINDINGS IN

PLANAR TRANSFORMERS

KUANG Jian-jun, RUAN Xin-bo, REN Xiao-yong

（Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China）

ABSTRACT: In order to enhance the current handling capacity of the windings, it is a very common practice to use parallel windings in low voltage and high current DC/DC converters. Because of high-frequency effects (namely skin effect and proximity effect), the current flowing through those windings may be not equally divided among them, resulting in high ac resistance. Based on symmetrical structure of winding arrangement and voltage balance in parallel windings, a way for winding arrangement is derived, which makes current share in the windings with even number of layers. Finite Element Analysis (FEA) and test prove its correction and effectiveness.

KEY WORDS:Planar transformer; Parallel windings; AC resistance; Winding arrangement

摘要：在低压大电流DC/DC模块电源中，为了增加绕组的载流能力，经常使用并联绕组。由于电磁场的高频效应（集肤效应和邻近效应），可能导致电流在各并联绕组层中不均分，产生较高的交流电阻。该文基于绕组布置的结构对称性和并联绕组两端电压相等的原理，推导得到在所有偶数层中，使电流在各并联绕组中分布一致的绕组布置方法。并通过有限元分析软件和实验证实了此绕组布置方法的正确性和有效性。

关键词：平面变压器；并联绕组；交流电阻；绕组布置

1 引言

平面变压器是一种呈低高度扁平状的变压器，具有高功率密度、高效率和电磁干扰小等优点。符合当今开关电源“短、小、轻、薄”的发展趋势[1-2]，可广泛应用于低压大电流的场合[3-5]。作为一种新型磁性元件，平面变压器和传统变压器的设计有很大的不同，特别是绕组设计相关的技术。为了充分实现平面变压器的优点，不少科技工作者对平面变压

基金项目：霍英东教育基金会高等院校青年教师基金（91058）。器绕组设计相关的技术做了大量的研究工作，特别是美国CPES（Center for Power Electronics Systems）做了大量开创性的工作[6-11]。在文献[6]中作者通过对平面变压器绕组的有限元分析证明了边缘效应使绕组损耗增加，找到了使绕组交流电阻减小的绕组之间的最佳距离，并指出当绕组原副边宽度相等并布置在磁芯窗口中心时，可大大减少边缘效应的影响。在文献[7-8]中作者通过有限元分析，指出在绕组的布置上利用原副边绕组交叉换位技术(即将原副边的绕组交错布置)可以减少绕组的交流电阻和漏感，同时对用漆包线、里兹线、铜箔和PCB 板等材料构成平面变压器的绕组进行了对比分析。在文献[9]中作者指出平面变压器副边绕组的端部将引起漏感较大的增加，并提出解决此问题的方法。在文献[10-11]中作者对平面变压器优化设计的算法进行了研究。此外其它单位的科技工作者也对平面变压器绕组设计相关的技术做了不少的研究工作[12-18]，所有这些研究工作对平面变压器绕组的设计具有实用的指导意义。

另外由于输出电流大，平面变压器的副边经常使用并联绕组。在直流时，各并联绕组中的电流由各绕组的直流电阻关系来确定。一般来说其直流电阻是一样的，故总电流在各并联绕组中均分。但在高频时，由于趋肤和邻近效应的影响，电流在各并联绕组中通常不再保持均分，使变压器绕组的交流电阻增加。如在一个4:1的一个平面变压器中，原边4匝由4层绕组串联而成，副边1匝由4层绕组并联而成（如图1(a)所示）。图1(b)为绕组在磁芯窗口中的普通布置方案（其中铜层宽度为5mm，厚度为0.07mm，各层之间的绝缘层厚度为0.10mm，

DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2005.14.028

第14期 旷建军等： 平面变压器中并联绕组的均流设计 147

P 代表原边绕组，S 代表副边绕组，本文所有绕组布置方案的仿真条件都和此处一样,频率都为200kHz ）。通过电磁场有限元仿真得到的电流在各绕组层中分布如图1(c)所示。可见电流在并联绕组中的分布很不一致，因此如何使并联绕组中的电流分布一致，减少交流电阻就是一个现实的问题。

(a)绕组结构图

P P P P S S S S 在此线位置上计

图1 变压器的结构与绕组中电流密度分布图 Fig.1 Winding structure of transformer and current density distribution in windings

为了减少平面变压器并联绕组的交流电阻，文献[17]建议使用原副边绕组交叉换位的方法。平面变压器绕组一般是多层绕组，大多在6~10层左右，多的接近20层，这样原副边绕组之间存在很多的交叉换位方案，因此选择合适的方案，使并联绕组中的电流尽量一致，减少绕组的交流电阻，就成为设计平面变压器并联绕组的重点和难点。文献[17]通过对一个12层绕组构成2:1的变压器采用尝试找到了使电流在并联绕组中分布一致的绕组布置方案，但没有形成系统的方法。

文献[18]利用绕组结构上的几何对称性，得到电流在各并联绕组中分布一致的方法。以4层绕组（原边由2层绕组串联而成，副边由2层绕组并联而成，构成一个2:1的绕组）来说明文献[18]中的方法。从图2(a)中可以看出：把绕组分为上下两部分，这两部分在结构上是对称的，所以电流在这两部分的分布也是对称的，即流经并联绕组中S 1中的电流等于流经S 2中的电流。图2(b)为4层绕组的另一种对称布置方案，故并联绕组中的电流在此布置方案中也是相等的。对图2(a)和2(b)的两种绕组布置方案进行电磁场有限元仿真得到的电流密度分布如图3所示，电流在并联绕组中均分。以图2(a)

和2(b)的两种绕组布置分别作为8层绕组布置的上半部分，就得到两种8层绕组对称布置（如图4所示，其中原边由4层绕组串联而成，副边由4层绕组并联而成，构成一个4:1的绕组）。因此在图4(a)中流经并联绕组中S 1中的电流等于流经S 4中的电流，流经绕组层S 2的电流等于流经S 3中的电流。将它的上半部分拿出来研究（即为4层绕组），在绕组结构上它是对称的，S 1和S 2中的电流相等，所以副边电流在各并联绕组中均分。同理在图4(b)中，电流在各并联绕组中也是相等的。对图4(a)和图4(b)的绕组布置进行电磁场有限元仿真得到的电流密度分布如图5所示，可见电流在并联绕组中均分。以图4(a)和图4(b) 两种绕组布置分别作为16层绕组布置的上半部分，就可以得到两种使电流在各并联层中分布一致的两种16层对称结构，同理可以得到32，64层…，即2n 层（n 为大于1的自然数）的绕组对称布置使电流在并联绕组中分布一致。但这种方法对绕组层数限制很多。

(a)

S

S

(b)

P 1 2

图2 对称绕组布置图(4层)

Fig.2 Symmetrical windings arrangement (4 layers)

图3 对称绕组电流密度分布图(4层) Fig.3 Current density distribution in symmetrical windings (4 layers)

S

P P S

P

S S S P

图4 对称绕组布置图(8层)

Fig.4 Symmetrical windings arrangement (8 layers)

图5 对称绕组电流密度分布图(8层) Fig.5 Current density distribution in symmetrical windings (8 layers)

本文在文献[18]的基础之上，利用并联绕组两端电压相等的原理，得到使电流在各并联绕组中电

148 中 国 电 机 工 程 学 报 第25卷

流分布一致的更加灵活的绕组布置方法。

2 并联绕组的均流布置方法

2.1 利用各并联绕组电压平衡原理得到更加灵活的布置方法

利用第1节中介绍绕组布置的几何对称性，来取得电流在各并联绕组中相等和并联绕组两端电压相等的原理，找到使电流在各并联绕组中电流分布一致的较灵活的绕组布置方法。下面以图4(b)所示的变压器的绕组布置得到图6所示的绕组布置为例来说明。

由于平面变压器一般用于低压大电流的场合，副边通常为1匝。所以本节为方便叙述，把副边都假设为1匝，且每层上的绕组都假设为1匝。对于理想变压器满足关系

p p s s N i N i = (1) 式中 N p 和N s 分别为变压器原边和副边的匝数；i p 和i s 分别为变压器原边和副边电流。

图4(b)为原副边变比为4:1的变压器，由8层绕组构成，其中原边由4层构成，每层为1匝，串联起来组成4匝，副边也由4层构成，每层为1匝，并联起来作为副边1匝。所以

p 4N = (2)

s 1N = (3)

将式(2)和(3)代入式(1)得

s p 4i i = (4) 由于原边为串联且每层为1匝，所以原边每层中的电流都等于i p 。副边1匝由4层绕组并联而成,由于在图4(b)的绕组布置中副边电流在各并联绕组中均分，所以副边每层中的电流为四分之一i s ，根据式(4)可知原边每层中的电流和副边每层中的电流都相等。由于副边是并联连接，各并联层上的电流分配必须保证各并联层上的电压平衡，所以按图4(b)对称方法布置的并联绕组两段电压是相等的。从图4(b)中去掉下面2层（即移除绕组层S 4、P 4），所得6层绕组布置如图6所示。假设其余绕组中电流分布不变，由于去掉的2层是原副边各1层，电流方向相反，同时由前面所述它们中的电流大小相等，按安培环路定律确定绕组各层表面上的磁场强度的方法，可知去掉它们将不影响其它层表面的磁场强度。同时根据电磁场的关系，可知绕组层中的电流分布是由绕组层表面的磁场强度唯一决定的[19]，绕组层表面的磁场强度不变就保证了假设电流分布

不变的合理性。同时由于电流分布不变，所以剩下的并联层的两段电压还是保持平衡的。即电流在各并联绕组层中分布一致是按图6布置的6层绕组的电磁场方程的一个解。而根据实际问题，此问题应该只有唯一解，所以电流在各并联层中相等，就是此问题的解。图7为此绕组布置的电流密度分布的有限元仿真结果。可见结果和分析是一致的。变换后的6层绕组，原边由3匝绕组串联而成，副边由3匝并联而成，满足变压器变比3:1的要求。同时变换后的变压器原边电流等于原边绕组中每一层中的电流，副边电流等于副边3层并联绕组电流的和，由于原副边绕组中的每层电流的大小都相等，所以变换后它满足变压器的关系式(1)。

P S S P P S 图6 绕组布置图（6层）

Fig. 6

Windings arrangement (6 layers)

图7 电流密度分布图(6层)

Fig. 7 Current density distribution(6 layers )

同理可以把此方法推广到其它层数的绕组中去。如变比为8:1的基于绕组几何结构的对称可获得电流在各并联绕组中分布一致的16层绕组，从下面去掉原副边各1层，变成14层，根据以上原理可获得变比为7:1，电流在各并联层中分布一致的绕组结构。在此14层的基础之上，从下面去掉原副边各1层，变成12层，根据以上原理可获得变比为6:1，电流在各并联层中分布一致的绕组结构。在此12层的基础之上，从下面去掉原副边各1层，变成10层，可获得变比为5:1，电流在各并联层中分布一致的绕组结构。所以按此方法可以得到使电流在4层、6层、8层、10层…,所有偶数层中各并联绕组电流分布一致的绕组布置方法。

为了进一步验证绕组布置方法的正确性，对10层和12层的绕组布置进行了仿真。图8和图9为有限元仿真结果。可见电流在各层分布是一致的。 2.2 对2.1小结中绕组布置方法的扩展应用

在某些应用场合，变压器的变比和绕组层数由于实际条件的限制，可能并不满足小节2.1的假设条件，所以本小节对2.1节得到的绕组布置方案进行扩

第14期 旷建军等： 平面变压器中并联绕组的均流设计 149

图8 电流密度分布图(10层)

Fig.8 Current density distribution (10 layers)

图9 电流密度分布图(12层)

Fig.9 Current density distribution (12 layers)

展应用。根据电磁场关系，可以知道在不改变绕组表面场强的情况下，就不会改变绕组内部的电流分布。根据这一原则，可以对绕组布置进行一些变换。

由第1节可知4层绕组的对称布置可获得电流在各并联绕组中均分的2:1的绕组结构。但有时为了减少绕组的交流电阻，希望用更多的绕组层数，在此用6层和8层绕组结构来说明。先用6层绕组来获得变比为2:1，电流在各并联层中均分的绕组结构。把图4(a)中8层绕组结构的相邻的两层P 1P 2合并为一层、P 3P 4合并为另一层，这样并没有改变并联绕组表面场强的分布，所以电流在各并联绕组中的分布还是一致的，同时原边变为两匝从而获得变比为2:1使电流在各并联绕组中均分的6层绕组布置，图10为变换后的有限元仿真结果，和分析结果是一致的。有时希望用8层绕组来获得2:1的绕组结构，这可以把图4(a)中8层绕组结构的P 1P 2两层串联，P 3P 4两层也串联，然后再把它们并联，这样并没有改变并联绕组表面场强的分布，所以电流在各并联绕组中的分布

还是一致的，同时原边变为两匝从而获得变比为2:1的使电流在各并联绕组中均分的8层绕组布置，图11就是变换后的有限元仿真结果，和分析结果是一致的。

图10 变换后的电流密度分布(6层) Fig.10 Current density distribution after

transformation (6 layers)

另一方面，有时候副边要求2匝或多匝。在这方面也可以推广，这里以副边要求是2匝为例，所用的方法可以推广到其它匝数的情况。仍以图4(a)中的8层绕组的对称布置来说明，将4层副边绕组中的S 1S 2串联、S 3S 4串联后，再把它们并联。假设

电流分布不变，这种情况下，能保证并联绕组的电压平衡，由于实际情况此问题有唯一解，所以电流在并联绕组中分布一致是此问题的解。对绕组中电流密度分布进行有限元仿真，其结果与副边为1

匝的绕组结构的电流分布相同，如图11所示。可见仿真结果和分析是一致的。

图11 变换后的电流密度分布(8层) Fig.11 Current density distribution after

transformation (8 layers)

利用以上绕组结构上的合并和连接上的串联和并联变换，可较方便地改变变压器的变比。使节2.1得到的电流在各并联层中均分的绕组布置方法可以应用于更多的实际场合。

3 实验验证

对6层绕组的情况进行了实验验证，虽然实验看不到电流分布，但只要绕组的交流电阻最小，就证明了节2.1中的绕组布置方法的有效性。

实验条件为：磁芯为3F3材料PHILIPS 公司的EI18平面磁芯。绕组由6层铜箔构成，铜箔厚度为0.1mm ，宽度为3mm 。每层为1匝，其中3层绕组串联作为原边3匝绕组，另外3层绕组并联作为副边1匝绕组，构成变比为3:1的平面变压器。6种绕组布置方案如图12所示，其中方案1是 按小结2.1的布置方法得到的。在200kHz 用HP4284A 阻

P 1 P 2 S 2 S 1 (a)方案1

P 3 S 3

P 1 S 2 P 2 S 1 (b)方案2

P 3 S 3

(c)方案3

P S S P P S (d)方案4

P P S P S S

(e)方案5

P S S S P P

(f)方案6

P S P P S S

图12 实验用绕组布置图

Fig. 12 Windings arrangements for testing

150 中国电机工程学报第25卷

抗测试仪得到6种方案的短路电阻见表1。根据所测结果可知节2.1中的绕组布置方法的有效性。

表1 实验结果

Tab.1 Experimental results

参数方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6 短路电阻/m?29.8 30.2 31.8 35.8 30.8 37.3

4 结论

本文针对平面变压器中，经常使用并联绕组而出现电流在各并联绕组中不均分的问题。利用绕组布置结构上的对称性和并联绕组两端电压相等的原理。推导得到在所有偶数层中，电流在各并联绕组中均分的绕组布置方法。电磁场有限元仿真和实验结果证实了此方法的正确性和有效性。

参考文献

[1] 钱照明，何湘宁．电力电子技术及其应用的最新发展(一)[J]．中国

电机工程学报，1997，17(6)：361-366．

Qian Zhaoming，He Xiangning．The recent developments of power electronics and its applications(1)[J]．Proceedings of the CSEE，1997，17(6)：361-366．

[2] 钱照明，董伯藩，何湘宁．电力电子技术及其应用的最新发展

(二)[J]．中国电机工程学报，1998，18(3)：153-162．

Qian Zhaoming，Dong Bofan，He Xiangning．The recent develop- ments of power electronics and its applications(2)[J]．Proceedings of the CSEE，1998，18(3)：153-162．

[3] 梁小国，危建，阮新波．一种新颖的交错并联正激三电平变换器

[J]．中国电机工程学报，2004，24(11)：139-143．

Liang Xiaoguo，Wei Jian，Ruan Xinbo．A novel interleaved three-level forward converter[J]．Proceedings of the CSEE，2004，24(11)：139-143．

[4] 胡宗波，张波．同步整流中MOSFET的双向导电性和整流损耗分

析[J]．中国电机工程学报，2002，22(3)：88-93．

Hu Zongbo，Zhang Bo．Study on bi-directional conductibility and power loss of power MOSFET in synchronous rectifier[J]．Proceedings of the CSEE，2002，22(3)：88-93．

[5] 张海源，吴卉，邹祖冰，等．同步整流下对称半桥倍流变换器的

建模与分析[J]．中国电机工程学报，2003，23(8)：66-70．

Zhang Haiyuan，Wu Hui，Zou Zubing et al．Modeling and analysis of symmetrical half bridge current-doubler converter with synchronous rectifier applied[J]．Proceedings of the CSEE，2003，23(8)：66-70．[6] Dai N，Lee F C．Edge effect analysis in a high-frequency transformer

[C]．Proc. IEEE PESC，1994：850-855．

[7] Ning Dai，Lee F C．High-frequency eddy-current effects in low-profile

transformer windings[C]．Proc. IEEE PESC，1997：641-647．[8] Dai N，Lofti A W，Skutt C et al． A comparative study of

high-frequency，low-profile planar transformer technologies[C]．Proc.

IEEE APEC，1994：226-232．

[9] Skutt G，Lee F C，Ridley R et al．Leakage inductance and termination

effects in a high-power planar magnetic structure[C]．Proc. IEEE APEC，1994：295-301．

[10] Dai N，Lee F C．An algorithm of high-density low-profile transformers

optimization[C]．in Proc. IEEE APEC，1997：918 -924．

[11] Ning Dai，Lee F C．Design of a high density low-profile transformer

[C]．Proc. IEEE APEC，1996：434-440．

[12] Linde V D，Boon D，Klaassens C A M et al．Design of a

high-frequency planar power transformer in multilayer technology [J]．IEEE Transaction on Industrial Electronics，1991，38(2)：135-141．[13] HuYuequan，Cheng D K W，Yim Shu Lee．New fabrication method for

planar multilayer windings used in low-profile magnetic components [J]．IEEE Transaction on Magnetics，1999，35(2)：1055-1059．[14] Shen Wang，De Rooij M A，Odendaal W G et al．Reduction of

high-frequency conduction losses using a planar Litz structure

[C]．Proc. IEEE PESC，2003：887-891．

[15] Prieto R，Garcia O，Asensi R et al．Optimizing the performance of

planar transformers[C]．Proc. IEEE APEC，1996：415-421．[16] Prieto R，Cobos J A，Garía O et al．Interleaving techniques in magnetic

components[C]．Proc. IEEE APEC，1997：931-936．

[17] Prieto R，Cobos J A，Garía O et al．Using parallel windings in planar

magnetic components[C]．Proc. IEEE PESC，2001：2055-2060．

[18] 旷建军．平面变压器PCB板绕组的损耗分析、计算与设计优化

[D]．福州：福州大学，2002．

Kuang Jianjun．Loss analysis、calculation and optimization for PCB windings in planar transformer[D]．Fu Zhou：Fu Zhou University，2002．

[19] Dowell P．Effect of eddy currents in transformer windings[J]．Proc.

IEE，1966，113（8）：1387-1394．

收稿日期：2005-01-18。

作者简介：

旷建军（1969-），男，博士研究生，主要从事电力电子中的磁技术；

阮新波（1970-），男，博士，教授、博士生导师，研究方向为高频软开关直–直变换器、高频软开关逆变器、变换器的建模分析和电力电子集成系统；

任小永（1979-），男，硕士研究生，主要从事低压大电流DC/DC 模块电源的研究。

变压器并列运行条件

变压器是电力网中的重要电气设备，由于连续运行的时间长，为了使变压器安全经济运行及提高供电的可靠性和灵活性，在运行中通常将两台或以上变压器并列运行。变压器并列运行，就是将两台或以上变压器的一次绕组并联在同一电压的母线上，二次绕组并联在另一电压的母线上运行。其意义是：当一台变压器发生故障时，并列运行的其它变压器仍可以继续运行，以保证重要用户的用电；或当变压器需要检修时可以先并联上备用变压器，再将要检修的变压器停电检修，既能保证变压器的计划检修，又能保证不中断供电，提高供电的可靠性。又由于用电负荷季节性很强，在负荷轻的季节可以将部分变压器退出运行，这样既可以减少变压器的空载损耗，提高效率，又可以减少无功励磁电流，改善电网的功率因数，提高系统的经济性。 变压器并列运行最理想的运行情况是：当变压器已经并列起来，但还没有带负荷时，各台变压器之间应没有循环电流；同时带上负荷后各台变压器能合理地分配负荷，即应该按照它们各自的容量比例来分担负荷。因此，为了达到理想的运行情况，变压器并列运行时必须满足下面条件： (1)各台变压器的电压比(变比)应相同 (2)各台变压器的阻抗电压应相等 (3)各台变压器的接线组别应相同。 下面分析变压器并列运行条件中某一条件不符合时产生的不良后果： (一)电压比(变比)不相同的变压器并列运行： 由于三相变压器和单相变压器的原理是相同的，为了便于分析，以两台单相变压器并列运行为例来分析。由于两台变压器原边电压相等，电压比不相等，副边绕组中的感应电势也就不相等，便出现了电势差△E。在△E的作用下，副边绕组内便出现了循环电流IC。当两台变压器的额定容量相等时，即SNI=SNII。循环电流为： IC=△E/(ZdI＋ZdII) 式中ZdI--表示第一台变压器的内部阻抗 ZdII--表示第二台变压器的内部阻抗 如果Zd用阻抗电压UZK表示时，则 Zd=UZK*UN/100IN 式中UN表示额定电压(V)，IN表示额定电流(A) 当两台变压器额定容量不相等时，即SNI≠SNII，循环电流IC为： IC=á＊II/[UZKI＋(UZKII/a)] 式中：UZKI--表示第一台变压器的阻抗电压 UZKII--表示第二台变压器的阻抗电压 INI＜INII á--用百分数表示的二次电压差 II--变压器I的副边负荷电流 根据以上分析可知：在有负荷的情况下，由于循环电流Ic的存在，使变比小的变压器绕组的电流增加，而使变比大的变压器绕组的电流减少。这样就造成并列运行的变压器不能按容量成正比分担负荷。如母线总的负荷电流为I时(I=INI＋INII)，若变压器I满负荷运行，则变压器II欠负荷运行；若变压器II满负荷运行，

绕组数和绕组连接方式的选择

绕组数和绕组连接方式的选择 参考《电力工程电气设计手册》和相应的规程中指出：在具有三种电压的变电所中，如果通过主变各绕组的功率达到该变压器容量的15％以上，或在低压侧虽没有负荷，但是在变电所的实际情况，由主变容量选择部分的计算数据，明显满足上述情况。故WH 市郊变电所主变选择三绕组变压器。 参考《电力工程电气设计手册》和相应规程指出：变压器绕组的连接方式必须和系统电压一致，否则不能并列运行。电力系统中变压器绕组采用的连接方式有Y 和△型两种，而且为保证消除三次谐波的影响，必须有一个绕组是△型的，我国110KV 及以上的电压等级均为大电流接地系统，为取得中型点，所以都需要选择0Y 的连接方式。对于110KV 变电所的35KV 侧也采用0Y 的连接方式，而6-10KV 侧采用△型的连接方式。 故WH 市郊变电所主变应采用的绕组连接方式为：110...d y Y n N 。 2.1.6 全绝缘、半绝缘、绕组材料等问题的解决 在110KV 及以上的中性点直接接地系统中，为了减小单相接地时的短路电流，有一部分变压器的中性点采用不接地的方式，因而需要考虑中性点绝缘的保护问题。110KV 侧采用分级绝缘的经济效益比较显著，并且选用与中性点绝缘等级相当的避雷器加以保护。35KV 及10KV 侧为中性点不直接接地系统中的变压器，其中性点都采用全绝缘。 2.1.7主变压器的冷却方式 根据主变压器的型号有：自然风冷式、强迫油循环风冷式、强迫油循环水冷式、强迫导向油循环式等。然而自然风冷却适用于7.5MVA 以下小容量变压器。容量大于10MVA 的变压器采用人工风冷。从经济上考虑，结合本站选用50MVA 的变压器，应选用强迫空气冷却。 1123123%(%%%)2s s s s U U U U = +-=11 21223311%(%%%)2 s s s s U U U U =+-=-0.5

变压器并联运行

第二章 2.9 变压器并联运行 1、变压器并联运行的概念 在发电厂和电力系统中，通常采用多台变压器并联运行的方式。变压器并联可以是三相变压器，也可以是单相变压器，并联运行是指：各变压器的一次侧绕组和二次侧绕组分别并联到一次侧和二次侧的公共母线上的运行。 并联的优点是可以提高变压器供电的可靠性，减少备用容量，并可以根据负载的大小来调整投入运行的变压器台数，以提高运行效率。 2、变压器理想并联运行是指： （a）空载时并联的各变压器之间没有环流。 （b）负载时能按各台变压器额定容量的大小来合理地分担负载。 （c）负载时各台变压器所分担的电流为同相位。 变压器理想并联运行时，并联后的最大容量可达各台变压器额定容量的总和，且损耗最小，利用率最高。 3、达到变压器理想并联运行应满足的条件： （a）各变压器一次侧和二次侧的额定电压和电压比应相等。 （b）各变压器的联结组号必须相等。 （c）各变压器的短路阻抗标幺值要相等，阻抗角要相等。 实际运行时，变压器的联结组号必须相等，电压比偏差要严格控制（小于±5%），阻抗标幺值相差不应太大（不大于10%）。 4、以二台变压器并联为例，分析不满足上述条件的后果。 5、变压器并联实际是计算各变压器并联后的利用率，举例说明。

2.10三绕组变压器、自耦变压器和仪用互感器 说明：自耦变压器和仪用互感器内容，《电机学I 》已经讲过，这里不必再述。 1、三绕组变压器有高、中、低压三个绕组，通常一次侧一个绕组，二次侧二个绕组。三相三绕组变压器的铁心一般为心式结构，第三绕组常接成三角形联结有利于运行。三个绕组容量可以相等，也可以不等，其中最大容量规定为三绕组变压器的额定容量。 2、用归算的方法推导三绕组变压器的基本方程和等效电路，注意说明与双绕组变压器等效电路的不同之处，并解释等效漏抗的意义。 3、简单介绍三绕组变压器的各等效漏阻抗是需要做三次短路试验来测定，已知参数后可利用其等效电路计算：电压调整率、效率、短路电流等运行问题。

平面变压器在电源中的设计应用

平面变压器在电源中的设计应用 文章通过对平面变压器所具有的特点进行系统的分析，并且结合在电源中的一些实例，从而进一步探讨平面变压器设计和实际应用等问题。 标签：平面变压器；开关电源；集肤效应 前言 现代的工作和生活对许多电子产品提出了小型化的要求。而作为电子产品工作的能源-开关电源是必不可少的。特别是功率较大的电子产品，电源部分占据了较大的体积和重量，。而在在开关电源中，磁性器件大概占到开关电源体积和重量的30%-40%。降低磁性器件的体积和重量就显得尤为重要。平面变压器具有体积小，功率密度高刚好能满足这些要求。因此，平面变压器取代传统变压器是开关电源发展的一个趋势。 1 平面的绕组特点 平面变压器绕线方式就是借鉴了印制电路板的形成方式，平面变压器具有很多优点。下面我们就对其特点进行分析，第一，平面变压器绕线方式就是借鉴了印制电路板的形成方式，使用这种方式对其进行生产，实际效率相对较高；第二，平面变压器的实际绕组参数是统一的，相对的离散性比较小；第三，平面变压器使用的是高性能的绝缘材料，使压层、线圈之间的保持良好的绝缘性；第四，其实际的引脚的位置可以根据实际需要进行自由分配，局限性相对较小，数量上也能够随之进行增减；第五，能够将集肤效应降到最低；第六，其相对的物理结构相当密实，线圈的固化结构也非常紧密、不需要使用支架进行绕线，自激振荡性小，相对能量的损耗也较小；第七，还能与控制应用模板进行统一的设计和装配。由于平面变压器是一种新型的技术，不管是在理论上、材料的性能上、电能的性能指标、实际体积等众多方面有一定的提升和创新。 2 实际应用 我们在平面变压器电源中的可行性实验里，使用文中提到的理论依据进行研究，从而进行了一系列工程化的工作，其平面变压器的电源有很多种不同的设计。 以320VDC/12VDC 25A变换器为例，对比常规变压器以及平面变压器。将双管反激电路作为主电路，将开关频率黄蓉胡阳 设置为100千赫，借助普通高频变压器的设计方案，联合应用两个EI33型磁芯，设计30匝原边，使用0.81毫米直径的漆包线作为绕组，2匝副边，0.3毫米铜皮的绕组，将2层使用并联的方式。 EI-33型磁芯參数具体为：有效截面积（Ae）为118mm2；有效磁路长度（Le）

高效单端正激DCDC变换器.

高效单端正激DC/DC变换器 高效单端正激DC/DC变换器 类别：电源技术 作者：西安交通大学王 鹤杨宏（西安710049）来源：《电源技术应用》 摘要：介绍一种特殊的单端正激DC/DC变换器，该变换器具有较高的功率传输效率和较大的功率输出。 关键词：单端正激变换器 高效 1 引言 DC/DC变换器广泛应用于通信、计算机及汽车等领域，近年来DC/DC 变换器技术有了很大的发展，重点是研究高效、高功率输出、结构简单和价廉的变换器。 本文介绍一种特殊的单端正激200W48V/24V变换器，由于电路的特殊结构，该变换器具有稳定性好、效率高、功率密度高等优点。 2 电路设计 该DC/DC变换器的控制电路选用TL494，它是一种性能优良、功能齐全的集成控制器，功能框图如图1所示，主要管脚功能如下： 12脚：接电源正端，电压范围7V～40V。 7脚：公共负端。 14脚：输出5V基准电压。 6脚：外接定时电阻RT，常取数kΩ以上。 5脚：外接定时电容CT，产生锯齿波电压送比较器和死区时间比较器，振荡频率为 f=1/RTCT 4脚：死区时间控制，输入直流电压（0～4）V，控制TL494输出脉冲的占空比=0.45～0，在此基础上，占空比还受反馈信号控制，4脚还常用作软起动控制端，使输出脉冲宽度由0逐渐达到设计值。

13脚：输出方式控制，当U13=0时，用于驱动单端电路。 TL494的内部包含两个相同的误差放大器，它们的输出端经二极管隔离后送至比较器的同相端，与反相端的锯齿电压相比较，并决定输出电压的宽度，调宽过程可由3脚上的电压来控制，也可分别经误差放大器进行控制。两个放大器独立使用，用于反馈电压和过流保护，3脚接RC网络，提高整个电路的稳定性。完整电路原理如图2所示。 输出电压UO经R1和R2分压后加到1脚，当UO变化时，误差放大器1的输出电压随之改变，即与锯齿波电压的比较电平发生改变，比较器输出的脉冲宽度改变，通过TL494输出的驱动脉冲改变开关管的导通时间，从而实现调宽稳压的目的。基准电压（14脚）另一路通过R9和R10分压后加到误差放大器的反相端15脚，同相端16脚接过流保护电阻R12的一端，当输出电流超过20A时，误差放大器2输出高电平，随之使开关管的导通时间变短，关断输出。 另外，为了提高整个电路的功率传输效率，该单端正激变换器未采用加去磁绕组的方案，去磁由接到变压器T次级电路的二极管、电容来完成。在设计时应精确计算电容的取值，确保磁通复位，二极管选用超快速恢复型，同时为防止变压器磁通饱和，在次级电路中采用直流隔离电容C8。磁性材料选用日本TDK公司的PC40。 3 实验结果 在实验过程中，进行了多次严酷环境下的老化实验，结果表明，该设计方案是可靠的，变换器的各项参数如下： 输入电压：（40～60）V； 输入电流：5A（满载时）； 输出电压：24V； 电压调整率：0.02％(40～60)V输入时； 额定输出功率：200W； 峰值功率：400W； 效率：92％。 4 结语 该设计方案采用了独特的正激拓朴结构，从原理上提高了DC/DC变换器的效率，经过长时间的老化和各种恶劣环境下的实验，证明该设计方案是可行的。

变压器接法详解

变压器接法详解 常见的变压器绕组有二种接法，即“三角形接线”和“星形接线”；在变压器的联接组别中“D表示为三角形接线，“Yn”表示为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。 变压器的联接组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。Y（或y）为星形接线，D（或d）为三角形接线。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。 “Yn，d11”，其中11就是表示：当一次侧线电压相量作为分针指在时钟12点的位置时，二次侧的线电压相量在时钟的11点位置。也就是，二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。 变压器二个绕组组合起来就形成了4种接线组别：“Y，y”、“D，y”、“Y，d”和“D，d”。我国只采用“Y，y”和“Y，d”。由于Y连接时还有带中性线和不带中性线两种，不带中性线则不增加任何符号表示，带中性线则在字母Y后面加字母n表示。n表示中性点有引出线。Yn0接线组别，UAB与uab相重合，时、分针都指在12上。“12”在新的接线组别中，就以“0”表示。 （一）变压器接线组别 变压器的极性标注采用减极性标注。减极性标注是将同一铁心柱上的两个绕组在某个瞬间相对高电位点或相对低电位点称为同极性，标以同名端“A”、“a”或“?”．采用减极性标注后，当电流从原绕组“A”流入，副绕组电流则由“a”流出。变压器的接线组别是三相权绕组变压器原，副边对应的线电压之间的相位关系，采用时钟表示法。分针代表原边线电压相量，并且将分外固定指向12上，时针代表对应的副边线电压相量，指向几点即为几点钟接线。 变压器空载运行中，Yyn0接线组别高压侧为“Y”接线，激磁电流为正弦波。由于变压器磁化曲线的非线性，铁芯磁通为平顶波，含有三次谐波成分较大，对于三芯柱铁芯配变，奇次磁通无通路，只有通过空气隙、箱壁、夹紧螺栓形成通路，这样就增加了磁滞及涡流损耗；Dyn11接线中，奇次谐波电流可在高压绕组内环流，这样铁芯中的磁通为正弦波，不会产生前者的损耗。同容量的配变空载损耗Dyn11接线比Yyn0接线可减少10%。

CCM反激变压器设计

连续电流模式反激变压器的设计 Design of Flyback Transformer with Continuing Current Model 作者：深圳市核达中远通电源技术有限公司- 万必明 摘要:本文首先介绍了反激变换器(Flyback Converter)的工作原理,然后重点介绍一种连续电流模式反激变压器的设计方法以及多路输出各次级电流有效值的计算. 关键词:连续电流模式(不完全能量传递方式)、不连续电流模式(完全能量传递方式)、有效值、峰值. Keywords: Continuing Current Model、Discontinuing Current Model、virtual value 、peak value. 一.序言 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计.

二.反激式变换器(Flyback Converter)的工作原理 1).反激式变换器的电路结构如图一. 2).当开关管Q1导通时,其等效电路如图二(a)及在导通时初级电流连续时的波形,磁化曲线如图二(b). 图一 图二(a)

变压器并联运行要满足条件

变压器并联运行要满足条件： 1、变压比相等 不相等时，两台变压器构成的回路内将产生环流，环流的大小决定于两台变压器变比差异的大小。因两台变压器一次绕组接到同一电源，即原边电压相等。如果变比不同，二次绕组空载电压就产生均压电流，根据磁势平衡关系，两台变压器的一次绕组也同时产生环流。 2、联接组别必须相同 当联接组不同的变压器并联时，变压器的副边电压相位就不同，至少相差30°，因此会产生很大的电压差，在这个电压差的作用下将出现很大的环流。 3、短路电压相同 如不同，其差异不得超过±10％。短路电压不同的变压器并联运行，各变压器之间虽然没有循环电流，但会使两台变压器的负载分配不同。其负载分配和额定容量成正比，和短路电压成反比。也就是说，短路电压小的变压器分担负载偏高。 所谓变压器的并联运行，是指变压器的原绕组都接在某一电压等级的公共母线上，而各变压器的副绕组也都接在另一电压等级的公共母线上，共同向负载供电的运行方式。变压器并联运行有如下优点： 1、多台变压器并联运行时，如果其中一台变压器发生故障或需要检修，那么另外几台变压器可分担它的负载继续供电，从而提高了供电的可靠性。 2、可根据电力系统中负荷的变化，调整投入并联的变压器台数，以减少电能损耗，提高运行效率。 3、可根据用电量的增加，分期分批安装新变压器，以减少初期投资。 对变压器的并联运行状态有一定的要求，最理想的并联运行情况是： 1、空载时各台变压器中只有原边的空载电流，由各变压器副边绕组通过母线组成的回路中，以及原边回路中没有环流。 2、负载时各变压器所分担的负载量，应该按各自额定容量的大小成比例分配，防止其中某台过载或欠载。 3、负载时各变压器所分担的电流，应该与总的负载电流同相位。这样当总的负载电流一定时，各变压器所分担的电流最小；如果各变压器所分但的电流一定时，则总的负载电流最大。 要达到上述理想的并联状态，并联运行的变压器必须具备以下三个条件： 1、各变压器的原边额定电压要相等，各副边额定电压也要相等，即变比要相等； 2、各变压器副边线电势对原边线电势的相位差应相等，即连接组要相同； 3、各变压器的阻抗电压标么值应相等，短路阻抗角应相等。

长寿命LED电源与平面变压器设计步骤

长寿命LED电源与平面变压器设计步骤 系统可靠性定义及指标 开关电源是各种系统的核心部分。开关电源的需求越来越大，同时对可靠性提出了越来越高的要求。涉及系统可靠性的因素很多。目前，人们认识上的主要误区是把可靠性完全（或基本上）归结于元器件的可靠性和制造装配的工艺,忽略了系统设计和环境温度对可靠性的决定性的作用。据美国海军电子实验室的统计，整机出现故障的原因和各自所占的百分比如表1所示。 在业界上，通用的可靠性定义为：在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。此定义适用于一个系统，也适用于一台设备或一个单元。描述这种随机事件的概率可用来作为表征开关电源可靠性的特征量和特征函数。从而，引出可靠度[R（t）]的定义：系统在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。如系统在开始（t=0）时有n0个元件在工作，而在时间为t时仍有n个元件在正常工作，则可靠性R(t)=n/n0 0≤R(t) ≤1 失效率λ(t)= - dinR(t)/dt λ定义为该种产品在单位时间内的故障数，即λ=dn/dt。如失效率λ为常数，则 dn/dt=-λt n=n0e-λt R(t)=e-λt0 MTBF（平均无故障时间）=1/λ 平均无故障时间（MTBF）是开关电源的一个重要指标，用来衡量开关电源的可靠性。 从各研究机构研究成果可以看出，环境温度和负荷率对可靠性影响很大，这两个方面对开关电源的影响很大，下面将从这两方面分析，如何设计出高可靠的开关电源。其中：PD为使用功率；PR为额定功率主。UD为使用电压；UR为额定电压。环境温度对元器件的影响，环境温度对半导体的影响硅三极管以PD/PR=0.5使用负荷设计，则环温度对可靠性的影响，如表2所示。

正激变压器设计要点

首先：正激变压器由于储能装置在后面的BUCK电感上，所以没有Flyback变压器那么复杂，其作用主要是电压、电流变换，电气隔离，能量传递等 所以，我们计算正激变压器的时候，一般都是首先以变压次级后端的BUCK电感为研究对象的，BUCK电感的输入电压就是正激变压器次级输出电压减去整流二极管的正向压降，所以我们又称正激电源是BUCK的隔离版本。 首先说说初次级匝数的选择： 以第三绕组复位正激变压器为例，一旦匝比确定之后，接下来就是计算初次级的匝数，论坛里有个帖子里的工程师认为，正激变压器在满足满负载不饱和的情况下，匝数越小越好。其实这是个误区，匝数的多少决定了初级的电感量（在不开气隙，或开同样的气隙情况下），而电感量的大小就决定了初级的励磁电流大小，这个励磁电流虽不参与能量的传递，但也是需要消耗能量的，所以这个励磁电流越小电源的效率越高；再说了，过少的匝数会导致del tB变大，不加气隙来平衡的话，变压器容易饱和。 无论是单管正激还是双管正激，都存在磁复位的问题。且，都可以看成是被动方式的复位。复位的电流很重要，太小了，复位效果会被变压器自身分布参数（主要是不可控的电容，漏感）的影响。 复位电流是因为电感电流不能突变，初级MOSFET关断之后，初级绕组的反激作用，又复位绕组跟初级绕组的相位相反，所以在复位绕组中有复位电流产生 复位电流关系到磁芯能否可靠的退磁复位，其重要性不言自喻；当变压器不加气隙时，其初级电感量较大，复位电流自然就小。 但在大功率的单管正激和双管正激的实际应用中，往往需要增加一点小小的气隙，否则设计极不可靠， 大功率的电源，一次侧电流很大,漏感引起的磁感应强度变化，B=I*Llik/nAe,就大，加气隙是为了减小漏感Llik. 正激的占空比主要是取决于次级续流电感的输入与输出，次级则就是一个BUCK电路，而CCM的BUCK线路Vo=Vin*D，跟次级的电流无关 Vo=Vin*D Vo:输出电压，Vin：BUCK的输入电压，即正激变压器的输出电压减去整流管的正向压降，D：占空比在此，输出电压是已知的我们只要确定一个合适的占空比，就可以计算出BUCK 电感的Vin，也就是说变压器的输出电压基本就定下来了 在这特别要提醒大家，占空比D的取值跟复位方式有很大的关系，建议D的取值不要超过0.5 正激变压器加少量气隙能将电-磁转换中的剩磁清空,磁芯的实际利用率增加,同时增加的一点空载电流在大功率电流中所占比例较小,效率不会受到太大影响,这样可以让变压器不容 易饱和,电源的可靠性增加,同时可以减少初级匝数,变压器内阻降低,能小体积出大功率.加 气隙也相当于增大了变压器磁芯,但实际好处(特别是抗饱和能力)是胜于加大磁芯的. 加气隙后,减小的电感量会被增加的磁芯利用率补回来,而且有余,是合算的不用担心. 复位绕组的位置问题，是跟初级绕组近好呢，还是夹在初次级之间好？ 如果并绕，当然跟初级的耦合是最好的，但对漆包线的耐压是个考验！当然这不至于直接击穿。 无论从EMC角度还是工艺角度来说，复位绕组放在最内层比较好 实际量产中这是这样绕的占多数 单管正激，如果是市电或有PFC输出电压作为输入的话，MOSFET 的最低耐压是2倍直

变压器的连接组别介绍

变压器的连接组别介绍 本文来自: https://www.wendangku.net/doc/ad15721064.html, 原文网址：https://www.wendangku.net/doc/ad15721064.html,/articlescn/basic/71103.htm 变压器三相绕组有星型联结、三角形联结与曲折联结等三种联结法。在绕组联结中常用大写字母A、B、C表示高压绕组首端，用X、Y、Z表示其末端；用小写字母a、b、c表示低压绕组首端，x、y、z表示其末端，用o表示中性点。 新标准对星型、三角形和曲折形联结，对高压绕组分别用符号Y、D、Z表示；对中压和低压绕组分别用y、d、z表示。有中性点引出时分别用YN、ZN和yn、zn表示。自藕变压器有公共部分的两绕组中额定电压低的一个用符号a表示。变压器按高压、中压和低压绕组联结的顺序组合起来就是绕组的联结组。例如：高压为Y，低压为yn联结，那么绕组联结组为Yyn。加上时钟法表示高低压侧相量关系就是联结组别。 常用的三种联结组别有不同的特征： 1 Y联结：绕组电流等于线电流，绕组电压等于线电压的1/√3，且可以做成分级绝缘；另外，中性点引出接地，也可以用来实现四线制供电。这种联结的主要缺点是没有三次谐波电流的循环回路。 2 D联结：D联结的特征与Y联结的特征正好相反。 3 Z联结：Z联结具有Y联结的优点，匝数要比Y形联结多15.5%。成本较大。 据GB/T6451-1999《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》和GB/T10228-1997《干式电力变压器技术参数和要求》规定，配电变压器可采用Dyn11联结。而我国新颁布的国家规范《民用建筑电气设计规范》、《工业与民用供配电系统设计规范》、《10KV及以下变电所设计规范》等推荐采用Dyn11联结变压器用作配电变压器。现在国际上大多数国家的配电变压器均采用Dyn11联结，主要是由于采用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有优点：3.1 D联结对抑制高次谐波的恶劣影响有很大作用3.1.1在D联结绕组中的三次谐波环流能够在变压器中产生三次谐波磁动势，它与低压绕组的三次谐波磁动势平衡抵消；3.1.2高压相绕组的三次谐波电动势在D联结回路中环流，三次谐波电流可在D联结的一次绕组内形成环流，使之不致注入公共的高压电网中去。 3.2 Dyn11联结变压器的零序阻抗比Yyn0联结变压器小得多，有利于低压单相接地短路故障的切除。 3.3 Dyn11联结变压器允许中性线电流达到相电流的75%以上。因此，其承受不平衡负载的能力远比Yyn0联结变压器大。 3.4当高压侧一相熔丝熔断时，Dyn11联结变压器另二相负载仍可运行，而Yyn0却不行。因此，在变压器联结组别选择中，选择Dyn11联结变压器很有必要。由于Yyn0联结变压器高压绕组的绝缘强度要求较之Dyn11联结变压器稍低，所以，不宜将Yyn0联结变压器改为Dyn11联结。 变压器接线组别Yn d11是什么意思 在变压器的联接组别中“Yn”表示一次侧为星形带中性线的接线，Y表示星形，n表示带中性线；“d”表示二次侧为三角形接线。“11”表示变压器二次侧的线电压Uab滞后一次侧线电压UAB330度（或超前30度）。 变压器的联接组别的表示方法是：大写字母表示一次侧（或原边）的接线方式，小写字母表示二次侧（或副边）的接线方式。Y（或y）为星形接线，D（或d）为三角形接线。数字采用时钟表示法，用来表示一、二次侧线电压的相位关系，一次侧线电压相量作为分针，固定指在时钟12点的位置，二次侧的线电压相量作为时针。

单端正激式开关电源-主电路地设计

摘要：电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠工作。目前，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子设备中。 本设计的单端正激式开关电源是一种间接直流变流技术，本设计以正激电路为主体，采用以TOPSwitch系列开关电源集成芯片TOP244Y为核心的脉宽调制电路实现交-直-交-直变流，输出稳压稳频的直流电。 关键词开关电源；正激电路；变压器；脉宽调制； ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipment, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of phased manostat, and widely used in electronic equipment. The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the core of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability. KEY WORDS Switching power supply；Is induced circuit；Transformer；Pulse width modulation 目录 前言 (1)

三相变压器绕组的连接方法教案

（一体化）教学设计首页教案序号：NO.5

【组织教学】 1、学生按时进入实习教室。 2、点名记录考勤。 3 检查学生安全情况。 4 宣布课题教学目的要求 【知识回顾】 回顾上次所学内容 复习提问：三相变压器绕组的主要故障是什么？ 答：变压器绕组的主要故障是各部分绝缘老化，绕组受潮，绕组层间、匝间、相间、高低压绕组间发生接地、短路、断路、击穿或烧毁故障，系统短路造成的绕组机械损伤；冲击电流造成的绕组机械损伤等。 【导入新课】 三相变压器绕组的首末端标记 为了正确连接三相变压器需要要对三相变压器首末端进行标记。 三相变压器高、低压绕组的首端常用U1、V1、W1和u1、v1、w1标记,而其末端常用U2、V2、W2和u2、v2、w2标记。单相变压器的高、低压绕组的首端则用U1、u1标记，其末端则用U2、u2标记。 【新课内容】 三相变压器绕组的连接方法

在三相电力变压器中，不论是高压绕组，还是低压绕组我国均采用星形联结与三角形连接两种方法。 1、星形连接 图1 三相绕组星形连接方法 三相电力变压器的星形联结是把三相绕组的末端U2、V2、W2（或u2、v2、w2）联接在一起，而把它们的首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）分别用导线引出接三相电源，构成星形联结（Y接法）用字母“Y”“y”表示，如图1所示。 2、三角形连接 三相电力变压器的三角形联结是把一相绕组的首端和另外一相绕组的末端连接在一起，顺次连接成为一闭合回路，然后从首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）分别用导线引出接三相电源。 三角形联结用字母“D”或“d”表示。

三角形连接又分为顺序连接和逆序连接两种。图2（a）的三相绕组按U2W1、W2V1、V2U1的次序连接，称为逆序（逆时针）三角形联结。而图2(b)的三相绕组按U2V1、W2U1、V2W1的次序连接，称为顺序（顺时针）三角形联结。 三、总结 （1）三相变压器一、二次绕组不同接法的组合有：Y,y；YN,d；Y,yn；D,y；D,d等，其中最常用的组合形式有三种，即Y,yn；YN,d和Y,d。（2） 对于高压绕组来说，接成星形最为有利； 大容量的变压器通常采用Y,d或YN,d联结； 容量不太大而且需要中性线的变压器，广泛采用 Y,yn联结 （3） a.不同形式的组合，各有优缺点。对于高压绕组来说，接成星形最为有利，因为它的相电压只有线电压的，当中性点引出接地时，绕组对地的绝缘要求低。 b.大电流的低压绕组，采用三角形联结可以使导线截面比星形联结时小，方便于绕制，所以大容量的变压器通常采用Y,d 或YN,d联结。

关于变压器并列运行及负荷分配的计算

问一、变压器并列运行的条件是什么？ 1.变比相等。变压器比不同，二次电压不等，在二次绕组中也会产生环流，并占据变压器的容量，增加变压器的损耗。差值最多不超过±0.5%。 2.联结组序号必须相同。接线组别不同在并列变压器的二次绕组中会出现电压差，在变压器的二次侧内部产生循环电流。 3.两台变压器容量比不超过3：1。容量不同的变压器短路电压不同，负荷分配不平衡，运行不经济。 4.短路电压相同。 关于短路电压要求相同的说明：实际上是非常接近即可，因为试验值往往与设计理论值有一定的偏差，铭牌上写的都是试验值，即实际值。 如果短路电压相差过大，会导致短路电压小的发生过负荷现象，建议允许差一般不超过10%。至于为什么，请看文末的变压器并列运行负荷分配计算。 问二、什么叫变压器的短路电压？ 这里要先说一下变压器的阻抗电压 变压器的阻抗电压百分数由电抗电压降和电阻电压降组成。在数值上与变压器的阻抗百分数相等，表明变压器内阻抗的大小。阻抗电压百分数表明了变压器在满载（额定负荷）运行时变压器本身的阻抗压降的大小。它对于变压器在二次侧发生短路时，将产生的短路电流大小有决定性意义，对变压器制造价格和变压器的并联运行也有重要意义，也是考虑短路电流热稳定和动稳定及继电保护整定的重要依据。此数值在变压器设计时遵从国家标准。 阻抗电压百分数的大小与变压器的容量有关，一般变压器容量越大短路阻抗也就越大（一般情况哦）。我国生产的电力变压器，阻抗电压百分数一般在4％～24％的范围内。 再说变压器的短路电压 变压器的短路电压百分数是当变压器一侧短路，而另一侧通以额定电流时的电压，此电压占其额定电压百分比。实际上此电压是变压器通电侧和短路侧的漏抗在额定电流下的压降。同容量的变压器，其电抗愈大，这个短路电压百分数也愈大，同样的电流通过，大电抗的变压器，产生的电压损失也愈大，故短路电压百分数大的变压器的电抗变化率也越大。 所以说：短路电压百分数=阻抗电压百分数（有时说成短路阻抗百分数）。

变压器的设计实例

摘要：详细介绍了一个带有中间抽头高频大功率变压器设计过程和计算方法，以及要注意问题。根据开关电源变换器性能指标设计出变压器经过在实际电路中测试和验证，效率高、干扰小，表现了优良电气特性。关键词：开关电源变压器；磁芯选择；磁感应强度；趋肤效应；中间抽头 0 引言 随着电子技术和信息技术飞速发展，开关电源SMPS(switch mode power supply)作为各种电子设备、信息设备电源部分，更加要求效率高、成本小、体积小、重量轻、具有可移动性和能够模块化。变压器作为开关电源必不可少磁性元件，对其进行合理优化设计显得非常重要。在高频开关电源设计中，真止难以把握是磁路部分设计，开关电源变压器作为磁路部分核心元件，不但需要满足上述要求，还要求它性能高，对外界干扰小。由于它复杂性，对其设计一、两次往往不容易成功，一般需要多次计算和反复试验。因此，要提高设计效果，设汁者必须有较高理论知识和丰富实践经验。 1 开关电源变换器性能指标 开关电源变换器部分原理图如图1所示。 PCbfans提示请看下图: 其主要技术参数如下： 电路形式半桥式； 整流形式全波整流； 工作频率f=38kHz； 变换器输入直流电压Ui=310V； 1

变换器输出直流电压Ub=14.7V； 输出电流Io=25A； 工作脉冲占空度D=0.25～O.85； 转换效率η≥85％； 变压器允许温升△τ=50℃； 变换器散热方式风冷； 工作环境温度t=45℃～85℃。 2 变压器磁芯选择以及工作磁感应强度确定 2.1 变压器磁芯选择 目前，高频开关电源变压器所用磁芯材料一般有铁氧体、坡莫合金材料、非晶合金和超微晶材料。这些材料中，坡莫合金价格最高，从降低电源产品成本方面来考虑不宜采用。非晶合金和超微晶材料饱和磁感应强度虽然高，但在假定测试频率和整个磁通密度测试范围内，它们呈现铁损最高，因此，受到高功率密度和高效率制约，它们也不宜采用。虽然铁氧体材料损耗比坡莫合金大些，饱和磁感应强度也比非晶合金和超微晶材料低，但铁氧体材料价格便宜，可以做成多种几何形状铁芯。对于大功率、低漏磁变压器设计，用E-E型铁氧体铁芯制成变压器是最符合其要求，而且E-E型铁芯很容易用铁氧体材料制作。所以，综合来考虑，变换器变压器磁芯选择功率铁氧体材料，E-E型。 2.2 工作磁感应强度确定 工作磁感应强度Bm是开关电源变压器设计中一个重要指标，它与磁芯结构形式、材料性能、工作频率及输出功率因素有关关。若工作磁感应强度选择太低，则变压器体积重量增加，匝数增加，分布参数性能恶化；若工作磁感应强度选择过高，则变压器温升高，磁芯容易饱和，工作状态不稳定。一般情况下，开关电源变压器Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些，对于铁氧体材料，工作磁感应强度选取一般在0.16T 到0.3T之间。在本设计中，根据特定工作频率、温升、工作环境等因素，把工作磁感应强度定在0.2 T。 3 变压器主要设计参数计算 3.1 变压器计算功率 开关电源变压器工作时对磁芯所需功率容量即为变压器计算功率，其大小取决于变压器输出功率和整流电路形式。变换器输出电路为全波整流，因此 2

设计变压器的基本公式精编版

设计变压器的基本公式 为了确保变压器在磁化曲线的线性区工作，可用下式计算最大磁通密度（单位：T） Bm=(Up×104)/KfNpSc 式中：Up——变压器一次绕组上所加电压（V） f——脉冲变压器工作频率（Hz) Np——变压器一次绕组匝数（匝） Sc——磁心有效截面积（cm2） K——系数，对正弦波为4.44,对矩形波为4.0 一般情况下，开关电源变压器的Bm值应选在比饱和磁通密度Bs低一些。 变压器输出功率可由下式计算（单位：W） Po=1.16BmfjScSo×10－5 式中：j——导线电流密度（A/mm2） Sc——磁心的有效截面积（cm2) So——磁心的窗口面积（cm2） 3对功率变压器的要求 （1）漏感要小 图9是双极性电路（半桥、全桥及推挽等）典型的电压、电流波形，变压器漏感储能引起的电压尖峰是功率开关管损坏的原因之一。 图9双极性功率变换器波形 功率开关管关断时电压尖峰的大小和集电极电路配置、电路关断条件以及漏感大小等因素有关，仅就变压器而言，减小漏感是十分重要的。 （2）避免瞬态饱和

一般工频电源变压器的工作磁通密度设计在B－H曲线接近拐点处，因而在通电瞬间由于变压器磁心的严重饱和而产生极大的浪涌电流。它衰减得很快，持续时间一般只有几个周期。对于脉冲变压器而言如果工作磁通密度选择较大，在通电瞬间就会发生磁饱和。由于脉冲变压器和功率开关管直接相连并加有较高的电压，脉冲变压器的饱和，即使是很短的几个周期，也会导致功率开关管的损坏，这是不允许的。所以一般在控制电路中都有软启动电路来解决这个问题。 （3）要考虑温度影响 开关电源的工作频率较高，要求磁心材料在工作频率下的功率损耗应尽可能小，随着工作温度的升高，饱和磁通密度的降低应尽量小。在设计和选用磁心材料时，除了关心其饱和磁通密度、损耗等常规参数外，还要特别注意它的温度特性。一般应按实际的工作温度来选择磁通密度的大小，一般铁氧体磁心的Bm值易受温度影响，按开关电源工作环境温度为40℃考虑，磁心温度可达60～80℃，一般选择Bm=0.2～0.4T，即2000～4000GS。 （4）合理进行结构设计 从结构上看，有下列几个因素应当给予考虑： 漏磁要小，减小绕组的漏感； 便于绕制，引出线及变压器安装要方便，以利于生产和维护； 便于散热。 4磁心材料的选择 软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点，而被广泛应用于开关电源中。 软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO 等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。 在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多为高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。 开关电源用铁氧体磁性材应满足以下要求：

变压器组别不同并列运行

连接组别不同变压器的并列运行 张建国李仲明宁夏电力公司(750001) 1 概述 电力系统中，变压器有三种常见的连接组别，即Y0d-11、Yd-11、Y0y-12。其中分子是高压侧绕组的连接图，分母是低压侧绕组的连接图，后面的数字表示高、低压侧绕组的线电压(或高、低压侧线电流)的相位差，也就是变压器的连接组别。 变压器的并列运行固然具有很多优点，然而并非所有的变压器均能并列运行，变压器并列运行应同时满足下列条件：一是变压器的接线组别相同；二是变压器的变比相同（允许有±0.5%的差值），这两个条件保证了变压器空载时绕组内不会有环流；三是变压器的短路电压相等（允许有±10%的差值），保证负荷分配与容量成正比。同时，考虑到容量不同的变压器短路电压值不相同，容量小的变压器短路电压小，因此，对于并列运行变压器的容量比一般不宜超过3:1的要求。 图1 连接组别不同时变压器并列运行向量图 当并列运行变压器的变比和短路电压相同，而接线组别不同时，变压器并列运行的回路中会产生环流。以两台分别为Y0y-12和Yd-11接线组别的变压器为例说明：这两台变压器的一次侧接在同一母线上，相对应的一次线电压是同相位的，其二次侧相对应的线电压则有30°的相位差，如图1所示。由于两台变压 -Δ 器的二次线电压大小相等，所以变压器二次回路的合成电压Δ=Δ 1ab ，是两个对应线电压的向量差。从图1可以求得合成电压的数值： 2ab ΔU=2U2ab sin15°=0.52U2ab 其它两相情况也类侧，由此可见，在ΔU的作用下，并列运行的变压器的二次绕组内虽然没有接负载，但在回路中也会出现几倍于额定电流的环流。这个环流会烧坏变压器，因此接线组别不同的变压器绝对不能并列运行。 2 奇数连接组别不同的变压器的并列运行

三相变压器的绕组联结方法

三相变压器的绕组联结方法 变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。三相变压器广泛适用于交流50Hz至60Hz，电压660V以下的电路中，广泛用于进口重要设备、精密机床、机械电子设备、医疗设备、整流装置，照明等。产品的各种输入、输出电压的高低、联接组别、调节抽头的多少及位置(一般为±5%)、绕组容量的分配、次级单相绕组的配备、整流电路的运用、是否要求带外壳等，均可根据用户的要求进行精心的设计与制造。 三相电力变压器高、低压绕组的出线端都分别给予标记，以供正确连接及使用变压器，其出线端标志如表1所示。 在三相电力变压器中，不论是高压绕组，还是低压绕组，我国均采用星形联结及三角形联结两种方法。 星形联结是把三相绕组的末端U2、V2、W2（或u2、v2、w2）连接在一起，而把它们的首端U1、V1、Wl（或u1、v1、w1）分别用导线引出，如图1（a）所示。 三角形联结是把一相绕组的末端和另一相绕组的首端连在一起，顺次连接成一个闭合回路，然后从首端U1、V1、W1（或u1、v1、w1）用导线引出，如图1（b）及（c）所示。其中图（b）的三相绕组按U2Wl、W2V1、V2U1的次序连接，称为逆序（逆时针）三角

形联结。而图（c）的三相绕组按U2V1、W2U1、V2Wl的次序连接，称为顺序（顺时针）三角形联结。 三相变压器高、低压绕组用星形联结和三角形联结时，在旧的国家标准中分别用Y和△表示。新的国家标准规定：高压绕组星形联结用Y表示，三角形联结用D表示，中性线用N表示。低压绕组星形联结用y表示，三角形联结用d表示，中性线用n表示。 上述各种接法中，一次绕组线电压与二次绕组线电压之间的相位关系是不同的，这就是所谓三相变压器的联结组别。三相变压器联结组别不仅与绕组的绕向和首末端的标记有关，而且还与三相绕组的连接方式有关。理论与实践证明，无论怎样连接，一、二次绕组线电动势的相位差总是300的整数倍。因此，国际上规定，标志三相变压器一、二次绕组线电动势的相位关系用时钟表示法，即规定一次绕组线电势EUV为长针，永远指向钟面上的“12”，二次绕组线电势Evu为短针，它指向钟面上的哪个数字，该数字则为该三相变压器联结组别的标号。现就Y，y联结和Y，d联结的变压器分别加以分析。 2．Y，y联结组