反激变换器变压器设计

华中科技大学文华学院毕业设计(论文)反激变换器的变压器设计学生姓名：蔡明皓学号：080301011106学部（系）：机械与电气工程学部专业年级：08级电气工程及其自动化指导教师：张亚兰职称或学位：助教2012年5月20日华中科技大学文华学院毕业设计（论文）1目录摘要..........................................................2关键词.........................................................2Abstract.......................................................3KeyWords......................................................3前言..........................................................41变压器的简介................................................51.1变压器的基本原理..........................................51.2变压器的分类..............................................61.3变压器的组成..............................................71.4高频变压器和普通变压器的设计的区别........................72反激变压器简介.............................................92.1反激式变换器的简介.........................................92.3反激式开关电源变压器的工作原理.............................92.4三种工作模式..............................................102.4.1连续电流模式（CCM）..............................102.4.2断续电流模式（DCM）..............................112.4.3临界电流模式（CRM）..............................112.4.4结论.............................................122.5研究意义..................................................123反激变换器的变压器的设计..................................143.1已知参数的设定............................................143.2主要参数的确定............................................14结束语........................................................17参考文献......................................................18致谢.........................................................19华中科技大学文华学院毕业设计（论文）2反激变换器的变压器设计摘要本文学习了变换器的工作原理，类型与组成。阐述了反激式变换器的变压器，在三种工作模式下，反激变换器的工作特点及三种工作模式的优缺点；反激变压器的工作原理，最后设计了反激式变换器的变压器的参数。得到了一种反激变压器的参数设计方法。关键词反激式；变压器；参数设计华中科技大学文华学院毕业设计（论文）3DesignofFlybackconverterTransformerAbstractThispaperstudiestheworkingprincipleofthetransformer，classificationandcomponent。Lateron，toFlybackconverterTransformer，whenitworksonthreeoperatingmodel，whatworkingcharacteristicsshowsandadvantagesanddisadvantagesofthreeoperatingmodel；studiedtheworkingprincipleofFlybackconverterTransformer。FinallydonethedesignofparameterinFlybackconverterTransformer，getonekindofmethodtodesigntheparameterinFlybackconverterTransformer。KeyWords：Flyback；Transformer；designofParameter华中科技大学文华学院毕业设计（论文）4前言反激式开关电源电路结构简单．元件使用量相对较少，在低功率应用场合，相对其他拓扑结构的隔离式开关电源来说，反激式开关电源中以磁性元件和变压器的设计最为复杂。高频变压器工作在一个可变的电磁变换环境下，磁芯参数、线圈电感、匝数、线径、气隙等参数对整个开关电源的性能真起关键性作用。这些参数涉及的理论知识面广，计算公式繁多、过程复杂、计算步骤灵活多变，没有唯一确定的解，对设计者理论基础和实践经验都有较高的要求。本文以反激开关电源的变压器设计为例进行了参数设计。[1]给出了一种参数的设计方法。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）51变压器的简介1.1变压器的基本原理一个简单的单相变压器由两块导电体组成。当其中一块导电体有一些不定量的电流(如交流电或脉冲式的直流电)通过，便会产生变动的磁场。根据电磁的互感原理，这变动的磁场会使第二块导电体产生电势差。假如第二块导电体是一条闭合电路的一部份，那么该闭合电路便会产生电流。电力于是得以传送。[2]在通用的变压器中，有关的导电体是由(多数为铜质的)电线组成线圈，因为线圈所产生的磁场要比一条笔直的电线大得多。变压器的原理是由变化的电压加到原线圈在磁芯上产生变化的磁场，从而激发其他线圈产生变化的电动势。原线圈、副线圈的电压VS,VP和两者的绕线的匝数NS,NP之间有正比的关系：至于变压器两方之间的电流或电压比例，则取决于两方电路线圈的圈数。圈数较多的一方电压较高但电流较小，反之亦然。如果撇除泄漏等因素，变压器两方的电压比例相等于两方的线圈圈数比例，亦即电压与圈数成正比。[3]以算式表示如下=PPSSVNVN（1-1）另外，主副线圈中的电流按照线圈圈数成反比，如下式：SSPPININ（1-2）在以上两个算式中：PV是输入方的电压；SV是输出方的电压PN是输入方的线圈圈数；SN则是输出方的线圈圈数。因此可以减小或者增加原线圈和副线圈的匝数比，从而升高或者降低电压，变压器的这个性质使它成为转换电压的重要设备。另外，撇除泄漏的因素，变压器某一方(线圈)的电压可以从以下算式求得：4.44()fENBA(1-3)E是流经该线圈的电压的方根均值；f是电流的频率(单位为赫兹)N是线圈的圈数；A是线圈内空间(铁芯)的切面面积(单位为米^2)；B是通过线圈内空间(铁芯)的磁力(单位为韦伯/米^2)。常数值4.44是为了使算式结果对应于计算出来的单位而设。根据能量守恒定律，变压器输出的功率不能超越输入它的功率。根据欧姆定律，变压器的负载所消耗的功率等于流经它的电流与其抵受的电压的乘积。华中科技大学文华学院毕业设计（论文）6由于变压器遵守这两条定律，它不会是放大器。如果处在变压器两方的电压有所不同，那么流经变压器两方的电流也会不同，而两者的差距则成反比。如果变压器一方的电流比另一方小，那电流较小的一方会有较大的电压；反之亦然。然而，变压器两方所消耗的功率(即一方的电压和电流两值相乘)应是相等的。[4]转换因子为：12=NN(1-4)线圈等效自感值为：2i=NLR(1-5)线圈等效互感值为：12i=NNMR(1-6)1.2变压器的分类按相数分：单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。三相变压器：用于三相系统的升、降电压。按冷却方式分：干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。按用途分：电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器、电容式变压器、移相变压器等。按绕组形式分：双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。按铁芯形式分：芯式变压器：用于高压的电力变压器。非晶合金变压器：非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料，空载电流下降约80%，华中科技大学文华学院毕业设计（论文）7是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器箱式变压器。[5]1.3变压器的组成主要由变压器的箱体、高压绝缘套管、低压绝缘套管、油枕、散热管组成.铁芯与绕组。在铁芯上有A、B、C三相绕组，每相绕组又分为高压绕组与低压绕组。把铁芯与绕组放入箱体，绕组引出线通过绝缘套管内的导电杆连到箱体外，导电杆外面是瓷套管，通过它固定在箱体上，保证导电杆与箱体绝缘。为减小因灰尘与雨水引起的漏电，瓷套管外型为多级伞形。右边是低压绝缘套管，左边是高压绝缘套管，由于高压端电压很高，高压绝缘套管比较长。变压器箱体（即油箱）里灌满变压器油，铁芯与绕组浸在油里。变压器油比空气绝缘强度大，可加强各绕组间、绕组与铁芯间的绝缘，同时流动的变压器油也帮助绕组与铁芯散热。在油箱上部有油枕，有油管与油箱连通，变压器油一直灌到油枕内，可充分保证油箱内灌满变压器油，防止空气中的潮气侵入。油箱外排列着许多散热管，运行中的铁芯与绕组产生的热能使油温升高，温度高的油密度较小上升进入散热管，油在散热管内温度降低密度增加，在管内下降重新进入油箱，铁芯与绕组的热量通过油的自然循环散发出去。一些大型变压器为保证散热，装有专门的变压器油冷却器。冷却器通过上下油管与油箱连接，油通过冷却器内密集的铜管簇，由风扇的冷风使其迅速降温。油泵将冷却的油再打入油箱内.采用油冷却的变压器结构较复杂，由于油是可燃物，也就存在安全性问题。目前，在城市内、大型建筑内使用的变压器已逐渐采用干式电力变压器，变压器没有油箱，铁芯与绕组安装在普通箱体内。干式变压器绕组用环氧树脂浇注等方法保证密封与绝缘，容量较大的绕组内还有散热通道，大容量变压器并配有风机强制通风散热。由于材料与工艺的限制，目前多数干式电力变压器的电压不超过35kV，容量不大于20000kVA，大型高压的电力变压器仍采用油冷方式。1.4高频变压器和普通变压器的设计的区别普通变压器是用来改变电压(电流、阻抗)，是传递电能的，它由一个初级线圈、一个至几个次级线圈和铁芯组成(高频时，常用空心线圈)。同样的电感，随着频率的升高感抗逐步增大，所以为了适应高频信号的传输，变压器必须的以较少的圈数以适应该华中科技大学文华学院毕业设计（论文）8频率，甚至绕成空心线圈，微波的传输有的绕成3/4圈或1/2圈等。而高频信号是以其辐射能力感应到次级。综合来说开关变压器与