浅谈微波炉高压变压器设计方法

浅谈微波炉用高压变压器的设计DesignofnewlyDevelopedHigh-VoltageTransformerforMicrowaveCookingAppliances田村电子(惠州)有限公司TAMURAELECTRONICS(H.Z.)CO.,LTD.ZhouJiIndrstryPark,XiaLangVillage,LuoYangTownBoLuo,country,HuiZhouCity,GuangDongProvince,China.中国广东省惠州市博罗县罗阳镇虾浪村洲际工业园邮政编码（PostCode）：516100开发部:聂应发摘要:微波炉用高压变压器是一种特殊电子变压器类型之一，与其它变压器设计有很多不同之处，主要运用技术要求较高的微波炉设备中，它的主要用途是作为电源变压器和隔离稳压变压器。具有抗干扰能力，作为一种的特殊电子变压器，因此本文拟对以上具体深入地探讨,对于从事环形变压器者，有一定的参考价值关键词：微波炉；高压变压器；设计1微波炉用高压变压器工作特点：详细电路如下：半波式微波炉高压电子变压器工作示意图1.1)高压变压器也称高压稳压电源压变压器，它的一、二次侧由磁芯插片分开，即在一、二次侧之间放置分流磁心，加大绝缘间隙。使这具有较大的安全系数。磁路插片的厚薄，决定着稳压性能好坏。变压器的一次侧工作在磁非饱和区，二次侧工作于磁饱和区。微波炉高压变压器是专用漏磁(感)变压器。1．2）高压变压器是一种专用漏磁(感)变压器，其结构示意如图3所示。由图可见，高压变压器共有3个绕组，其中一个初级绕组，交流220V市电电压施加在此绕组中；两个为各自独立的次级绕组；即输出交流3．3V的灯丝电压绕组和输出交流4000V左右的高压绕组。在初、次级绕组之间插有一定厚度的多片硅钢片，使变压器中形成一个具有高磁阻间隙的磁分路。当高压变压器工作时，磁分路中将产生一定量的漏磁通，它控制着变压器的输出电流，使磁控管工作电流保持相对稳定，原理简述如下：灯丝电压组1．3）磁控管工作时，变压器的次级高压绕组中有振荡电流流通，使其附近的铁芯产生磁饱和现象。假设因市电波动等原因而引起磁控管阳极电压上升、阳极电流增大，那么变压器次级绕组的电流也增加，使磁饱和度加深，漏磁通增大，这就使得变压器次级高压下降，也即磁控管阳极电压降低，阳极电流下降，反之则相反，从而起到自动调节阳极电压、电流及稳定微波输出功率的作用。可见，高压变压器主要是靠漏磁通使磁控管工作电流保持稳定的，因此也被称作漏磁(感)变压器。这种变压器可在市电波动范围较宽的情况下保持磁控管阳极电流的稳定，因而在微波炉中获得了广泛应用，除特种产品外，几乎所有的微波炉均采用这类变压器。2）为了更详细说明，现举例如下：高压变压器，初级电压U1=220V50Hz，输出功率：500W次级电压：输出微波电压4KV，灯丝电压=3.4V，自然风冷2.1）铁心计算决定：铁心断面积19.5cm2选择：EI96/68，EI114/60；EI105/62，EI133/48S=38×6×0.9=20.52cm22.2)Bm计算决定：经验值：一次取1.8T左右二次1.89T左右2.3）共振电压，普通微波炉输出共振电压大都是4kV（高电压），由于其电路中存在半波倍电压回路，所以很容易计算，我们只近一半电压进行计算2300～2400V即可，需要考虑其中的波形减少情况下，而使电压略偏高些，经验值2380V左右。如果电路中电容值为C=0.7μFVR=α×VAW×C=2.5×5002×3.14×50×0.7×10-6=2385V式中：α——系数与变压器功率有关，α=2-2.5，取α=2.5；VA——变压器输出功率，500VA。W=2×∏×fC=共振电容容量（μF）2.4）共振电流(A)I=W×C=2×3.14×50×0.7×10-6×2385=0.524A2.5）初级线径Φ1=2×β×VAδ∏V1=2×1×5004×3.14×220=0.851因此取线径Φ0.85β实数1-1.2,VA为输出功率δ电流密度，V1初级输入电压2.6）计算初级绕组匝数Np式中：f——电源频率（Hz），f=50Hz；N1=V1×1084.44×f×Ae×Bm1=220×1084.44×50×20.52×18000=268（T）Bm——磁通密度（T）,铁心断面积S=38×6×0.9=20.52cm22.7）选择次级导线线径Φ=2×Iδ∏=0.5245×3.14=0.365电流密度比初级稍作偏大些，所以取线径为Φ0.372.8）计算初级绕组匝数Np式中：f——电源频率（Hz），f=50Hz；N1=V2×1084.44×f×Ae×Bm2=2385×1084.44×50×20.52×18900=2770Bm2——磁通密度（T）,铁心断面积S=38×6×0.9=20.52cm22.9)灯丝线径及圈数et1=Ae×Bm45=20.52×1.845=0.82Bm——磁通密度（T）,Bm=1.8T。代入得et1==0.82匝/V，则Np=et1×Vp=0.82×3.4=4.15匝。实取4T2.10)LP铁心厚度选取，经验值：8mm2．11）占据率计算确认。对于标准E114型铁心，铁心空间，横为19mm；竖为57mm;依据经验，可确定为初级为宽度为13mm,次级宽度：23mm;LP铁心为10mm,取线径为2.4.2.12)初级线径为Φ0.85,带皮膜绝缘为Φ0.93,由于高度为13mm,所以层数13/0.93=14层中，每层为=268/14=19圈，可以满足要求，再验算可宽度=0.93×19×sin(600)=15.319mm有裕量。次级线径为Φ0.37,带皮膜绝缘为Φ0.41,由于高度为23mm,所以层数=23/0.41=56层中，每层为=2770/56=50圈，可以满足要求，再验算可宽度=0.41×50×sin(600)=17.719mm有裕量。灯丝线径为Φ2.4,带皮膜绝缘为Φ2.8,总圈数为4层，再验算可宽度=2.8×4=11.219mm有裕量高度=23+2.4+8.0+13.44=46.84占据率46.84/57=82.2%2.13)根据上述骨架可出：初级平均卷线长：=2×{{(38+2)+(60+20)}+∏×14.48}×268=76472mm初级电阻R1=平均卷线长×圈数×（线径所对应的Ω/km）×10-6DCR=76472×31.1×10-6=2.38Ω重量G=2.38×170.3=405.3（G）次级平均卷线长：=2×{{(38+2)+(60+10)}+∏×17.05}×2770=757661mm次级电阻R1=平均卷线长×圈数×（线径所对应的Ω/km）×10-6日DCR=757661×186×10-6=140.9Ω重量G=140.9×6.06=853.3（G）导体线径导体断面积最大完成线径(高)最大完成线径(幅)最大导体电阻1Ω折算重量100ｍ折算重量φSφh.max.φw.maxRmax/kmG/RG/100m[mm][mm2][mm][mm][Ω/km][g/Ω][g/hm]0.370.10750.4070.407186.0006.063100.6460.850.56750.9300.93031.100170.300529.6332.44.52392.5262.5263.81110553.6604022.0002.14)温度上升计算：铁心重量计算：由于E114/60尺寸可得重量G=3820G材质使用H14-50-N，单位损耗：5.2W/kgP0=3820×5.2×10-3=19.864W铜线损耗：W2=2.38×(5000.68×220)2+140.9×(5002385)2+3.332=36.1WOK满足要求变压器重量=1.1×(3820+405.3+853.3)=5586(g)(由于存在附件重量有，系数1.1)△T=全损耗0.1×（重量/0.487）2/3=19.86+36.10.1×（5.586/0.487）2/3=109.6K温度上升是满足H级（180度）的要求，所以选铁芯尺寸也是合适的。现提供以下外观及数据供设计者参考：型号高频率输出功率（W）输入电压频率（Hz）ABCMAXE105型4002205087.5105110E105型4001206087.5105110E96型400120608096110E114型4002405095114110E114型5002205095114110E96型500220508096110E114型5001206095114110E133型50024050111133100E133型60022050111133100E133型60012060111133100E133型60024050111133100E105型6002405087.5105110值得注意的地方，由于磁控管是电流型元件，在工作中存在温升问题，如不采取措施会导致阳极电压和电流的增加，使管温进一步升高。最终导致其磁控管损坏。为避免发生这种后果，在微波炉电路中普遍利用高压变压器采取稳压和稳流措施。微波炉采用的是具有良好稳压和稳流特性的带“漏磁”高压变压器(又称“磁饱和变压器”、“非线性漏感变压器”等)。高压变压器铁芯窗口，在铁芯左右窗口各插有9片硅钢片形成厚度约为5mm的“漏磁铁芯”(又称“漏感铁芯”、“分流铁芯”等)，将初级绕组和次级绕组分成上下两部分。高压变压器在额定电压下工作磁通密度接近饱和，若市电上升铁芯电压不会明显上升；反之。如果市电下降铁芯磁通减少，①漏磁通进行补偿，使初级和次级交链磁通保持基本不变，次级感应电压也不会因此而明显降低，从而利用“漏磁”作用来达到自动稳压和稳流目的，而且可在市电波动范围相当宽的情况下保持磁控管阳极及灯丝电压和电流的稳定。当初级额定电压变化±10％时。次级额定电压变化低于±3％，磁控管对阳极电压和电流及灯丝电压和电流要求非常严格，不但要稳定。而且范围要宽。否则。将+1.5-0.5+1.5-0.5影响磁控管正常工作，甚至影响其使用寿命。而带“漏磁”的高压变压器恰好能够适应这种客观要求。如果说磁控管是微波炉的“心脏”，那么带“漏磁”的高压变压器则是能为“心脏”提供良好动力的“肾脏”。可以说这两个音阼睦微波炉电路中才是真正的“黄金搭档”!另外再说明一点，由于带“漏电”的高压变压器具有良好的稳压和稳流特性，而且这种稳压和稳流具有双向性，既可使初级变化又不会引起次级很大变化；反之亦然。特别是当次级高压绕组输出端出现短路时，只有在短路瞬间会使初级、次级电流有短暂的无穷大增长趋势。但在漏磁铁芯等效感抗的作用下，很快会使电流下降到一个比较安全的范围内。保证在短时间内不至于将高压变压器烧毁。可见，带“漏磁”高压变压器是多功能保护变压器。8结语微波炉用高压变压器是一种特殊类型变压器，有其它特有设计方法和思路，随着微波炉用高压变压器技术性能进一步提高，它将会在电子变压器领域中有更广阔的应用前景。