專利名稱：優化了分布參數的變壓器繞組部件的制作方法
技術領域：
本發明涉及變壓器繞組結構的改進，具體是優化了分布參數的變壓器繞組部件。
變壓器是一種非常常見的電路元件或裝置，理想變壓器的耦合系數等于1、無分布參數、傳輸特性與頻率無關，實際上變壓器的耦合系數僅能做到接近于1、寄生有分布性質的電感和電容等參數、其傳輸特性對于許多應用來說都明顯地呈頻率的函數。變壓器的漏感是我們熟知的一種分布參數，如果稱變壓器各繞組自身的分布電容為自感電容而稱變壓器原付邊繞組間的分布電容為互感電容的話顯然自感電容和互感電容也屬于分布參數的范疇。給定的變壓器在按照選定的計算程序確定了基本的變壓器參數例如各繞組的匝數、導線截面積等之后變壓器的各種分布參數在很大程度上將取決于具體的繞組結構，本發明主要關心滑感、自感電容和互感電容這三個變壓器分布參數的繞組結構優化，其它與變壓器有關的各種問題仍然是基于現有技術的。絕大多數情況下變壓器的滿感和分路性質的自感電容都是相當有害的例如在音頻放大器中變壓器頻響特性曲線的低端雖然很容易通過增加繞組的自感來擴展、但這往往也同時增加了繞組的漏感和自感電容等從而會使變壓器頻響特性曲線的高端向低端收縮變窄、以至于變壓器耦合電路總不象直接耦合或電容耦合電路那樣在帶寬方面容易達到高保真或者是發燒級的要求；又如在開關電源中變壓器的滿感等會引起寄生振蕩性質的關斷尖峰、容易擊穿損壞開關電源中的功率器件并產生大量的電磁干擾噪聲；等等。現有技術中分層、分段同繞以及蜂房繞法、錐形繞法等的繞組結構都可以在一定程度上減小變壓器的滑感或自感電容，目前的問題是對互感電容的重視不夠甚至一概而論地認為凡是分布電容都是有害的，設計或制作例如漏感與自感之比在1％以下的變壓器同時又要不過分依賴于增加成本或使用復雜的工藝等仍不是一件容易的事情僅以用于高保真電子管音響放大器的輸出變壓器和電源變壓器為例進行比較和說明、著名的深圳產金牛牌輸出變壓器和電源變壓器按單位標稱功率計算的售價之比達5∶1～28∶1，這高出的部分顯然是與要求低滑感、低自感電容的輸出變壓器需要更好的材料、更復雜的繞組工藝等有關的。詳細的關于變壓器設計、制造和使用方面的背景技術資料非常的多這里不再進一步介紹，例如涉及基本的變壓器參數計算問題時可參閱王瑞華等編、電子變壓器設計手冊、科學出版社1993年8月第1版、ISBN7—03—003433—3等等，注意該手冊之外的許多種類的變壓器象電流互感器、脈沖變壓器、各種頻率的電焊、電熔變壓器、有線無線傳輸收發系統中使用的各種變壓器等等的繞組部件只要有低漏感、低自感電容、高互感電容某方面的要求就都是本發明關心的對象，本發明將圍繞繞組結構的改進問題去普遍地關心它們。
本發明的任務是提出優化了分布參數的變壓器繞組部件，本發明所提出的變壓器繞組部件在實施成本和生產工藝方面與普通的變壓器繞組部件大致相當，先前的繞組分段等結構技術可用來強化本發明的效果，其它與變壓器有關的各種問題仍是基于現有技術實現的，本發明適用于有低漏感、低自感電容、高互感電容某方面要求的各種變壓器、包括自耦變壓器的形式在內。
本發明提出的任務是以如下方式完成的實現本發明提出的變壓器繞組部件時事先需參照現有技術按選定的計算程序確定變壓器原付邊繞組的匝數/匝數比、層數/層數比、層內匝數/層內匝數比、導線截面積/導線截面積比等原始繞組數據；設原始匝數比為n，原始層數比為l，原始層內匝數比為m，原始導線截面積比為s，而本發明的實施匝數比為N，實施層數比為L，實施層內匝數比為M，實施導線截面積比為S，則本發明提出的變壓器繞組部件以N、L、M、S均等于1或接近于1、原付邊繞組按層為單位交替配置為理想特征，以L等于1或接近于1、原付邊繞組按層為單位交替配置為必要特征。
這樣，當n、l、m、s均等于或接近于1時本發明提出的變壓器繞組部件將可以理想地實現原付邊繞組的各層以層為單位交替繞制，分屬原付邊繞組的各層線圈同相串聯連接使用。這種繞組結構適用于以安全或電位隔離、單端與推挽變換等為主要目的的變壓器，這類變壓器通常只有一對原付邊繞組或可以看作是只有一對原付邊繞組，忽略能量傳輸損耗n、l、m、s可以均等于或接近于1，且N、L、M、S分別等于n、l、m、s亦可以是很自然的，實現上除了各層線圈間額外的連接手續外其它方面的成本和工藝與傳統的變壓器繞組部件應該說是大致相當的。
當n等于或接近于1、付邊有兩個或兩個以上的繞組時一般而言l、s將大于1而m將小于1，此時通過減少各付邊繞組的原始層內匝數或者是用雙線或多線在同一層內同時繞制兩個或多個繞組的線圈都可以人為地增加l直至使其等于或接近于1，之后原邊繞組和經過重新分層的付邊繞組以層為單位交替繞制、并將分屬原付邊各繞組的各層線圈同相串聯連接起來使用便可以實現本發明這種情況下的繞組部件。
對于n明顯小于或大于1的更一般情況通過成倍增加原始匝數少的繞組的匝數使其等于或接近于原始匝數多的繞組的匝數可以人為地調整l直至使其等于或接近于1，之后原始匝數多的繞組和經過重新分層的原始匝數少的繞組以層為單位交替繞制、并將分屬原始匝數多的繞組各層線圈同相串聯連接起來使用而將分屬原始匝數少的繞組的各線圈以原始匝數少的繞組匝數為單位同相并聯連接起來使用便可以實現本發明這種情況下的繞組部件；注意同相并聯連接使用的分屬原始匝數少的繞組的各線圈的實施導線截面積若成倍減小到其截面積總和等于或接近于原始匝數多的繞組的原始導線截面積有助于同時調整m使其等于或接近于1、結構上將更為理想，當然以原始匝數少的繞組匝數為單位同相并聯連接起來使用的線圈如果占用一個以上的層則這些層是同相串聯連接使用的。
當按照選定的計算程序計算出來的原始繞組的窗口占空比很小時本發明該情況下的繞組結構為成倍增加原始分層數直到占滿規定的窗口空間，L等于1或接近于1、原付邊繞組按層為單位交替配置的基本原則不變，新增加的繞組線圈與原始繞組線圈同相并聯后使用。
對于層內匝數很少的繞組本發明建議的結構為成倍增加原始繞組數直到占滿規定的可用層長度，所增加的繞組與原始繞組同相并聯后使用；實施時層內的各繞組可以分段排列，或者是用雙線或多線并繞而成。
自耦變壓器的原付邊繞組有一部分是公共的，對于降壓型的自耦變壓器將公共部分看作是原始付邊繞組并將非公共部分看作是原始原邊繞組、對于升壓型的自耦變壓器將公共部分看作是原始原邊繞組并將非公共部分看作是原始付邊繞組后就可以比照上述非自耦變壓器時的各種情況實施本發明了。
當原始繞組數據比較復雜時例如電視機中的行輸出變壓器可能既有n大于1的繞組也有n小于1的繞組而燈絲繞組只有幾匝因而層內匝數特別的少，這種情況下顯然輸出上萬伏高壓的繞組是不宜和其它繞組按層為單位交替配置的否則絕緣問題將很難解決，而燈絲繞組也不一定有那么高的要求所以也不一定要成倍增加、同相并聯使用等，實施時應根據需要和可能有選擇地分別采用或不采用本發明提出的相應的繞組結構。進一步對于還有對稱要求的繞組則層內的多個線圈允許分屬不同的繞組并且可以雙線或多線并繞等，又比如考慮到出線的方便兩個串聯的層也算是一個層、由于出線頭較多最好是用印刷線路板作為繞組骨架的檔板以方便或簡化本發明有關的串、并聯連接，等等，實施時可以靈活掌握和合理運用本發明提出的繞組結構。
原付邊繞組以層為單位分層間繞大大減小了原付邊繞組的平均距離這樣滑感會大大減小；原付邊繞組以層為單位夾入對方的繞組后原、付邊繞組層間的平均空間距高分別增加了其分路性質的自感電容將隨之減小；原付邊繞組以層為單位夾入對方的繞組后原、付邊繞組之間的互感電容將是相當大的但這種分布電容具有傳輸耦合性質可以用來改善變壓器的高頻傳輸能力。容易理解這樣可比條件下具有本發明提出的繞組結構的變壓器將比傳統的變壓器在涉及分布參數影響時的性能要好得多，除了層同的串聯或并聯連接手續外其它方面的成本和工藝等與傳統的變壓器可以說是大致相當的，本發明邏輯上的變壓器變比并沒有改變所以可以很方便地用于新的設計或電路亦或是老的設計或電路，配合分段繞法本發明尚可進一步降低漏感和分路電容等。
以下結合有代表性的實施例對本發明做進一步的說明實施例1是仿真測試和性能對比性質的，變壓器采用EC70鐵氧體磁芯和骨架，用直徑0.54毫米的漆包圓銅線在骨架平繞有7個獨立的單層繞組，每層77匝，從里到外分別稱為第1層、第2層直到第7層，因為是小信號仿真測試模型所以層間沒有另加絕緣等。
測試設備是一臺南通無線電廠生產的LCCG—1型高頻電感電容測量儀，測試方法和結果如下一.仿真傳統的繞組結構第1、2、3、4層串聯連接作為變壓器的原邊，第7層作為變壓器的付邊；測得付邊開路時原邊的自感為10mH，付邊短路時原邊的漏感為0.243mH，原邊與付邊之間的耦合性分布電容為196pF；二.仿真本發明的繞組結構第1、3、5、7層串聯連接作為變壓器的原邊，第2、4、6層并聯連接作為變壓器的付邊；測得付邊開路時原邊的自感為10mH，付邊短路時原邊的漏感為0.0105mH，原邊與付邊之間的耦合性分布電容為1864pF；容易算出同一變壓器對于傳統繞組結構其原邊的漏感與自感的百分比為2.43％，對于本發明的繞組結構其原邊的滑感與自感的百分比為0.105％，前者是后者的23倍；也容易算出本發明繞組結構的原付邊耦合性分布電容為傳統繞組結構的原付邊耦合性分布電容的9.5倍；關于繞組自身的分路性質的分布電容沒有測，因直觀上相信其肯定是減小的，同樣關于分段繞法也沒有安排相應的測試等。
注意受條件的限制這里關于漏感的測量不是很嚴格的定量方法，除此之外就測試環境而言由于是在同一臺儀器上對同一只已經繞好了的變壓器進行不同接法的測量所以可以認為測量結果具有相當的可信度是沒有多大問題的。
實施例2的原始繞組數據部分地取之于上海無線電十八廠生產的飛躍牌R50-1型50瓦電子管擴音機的輸出變壓器原邊繞組2個1200匝，分段繞法，線徑0.23mm，半層79匝，付邊16歐繞組計120匝，不分段繞法，線徑1.08mm，每層37匝；本發明實施這樣的變壓器時繞組結構對原邊繞組仍為2個1200匝、分成左右兩段繞制、線徑0.23mm、半層75匝、均分為8個雙層線圈，對付邊16歐繞組改用7個120匝線圈、不分段繞法、線徑0.35mm、每層120匝、計有7層，繞制時付邊線圈一一夾在原邊線圈之間，最后原邊8個雙層線圈按推挽方式串聯使用，付邊7個單層線圈同相并聯使用。注意這里付邊繞組的實施導線截面積小于原始導線截面積是因為原設計為了統一線徑所以有相當大的余量可用，另外100KHz時銅導線的趨膚深度約為0.2mm，合理的線徑應小于2倍的趨膚深度，高頻或高保真應用時對此應有所考慮。
實施例3是關于自耦變壓器的，不同于實施例2的是原始原邊繞組2個1200匝的線圈從推挽中心抽頭處開始向兩邊各減去了60匝然后代之以原始付邊兩個60匝的；本發明實施這樣的變壓器時繞組結構對原邊繞組為2個1140匝、分成左右兩段繞制、線徑0.23mm、半層72匝、均分為8個雙層線圈，對付邊16歐繞組改用7個60匝雙線并繞的線圈、不分段繞法、線徑0.35mm、每層各60匝、計有7層，繞制時付邊線圈一一夾在原邊線圈之間，之后將原邊的雙層線圈分別同相串聯成兩組、將付邊的雙線并繞的單層線圈分別同相并聯成兩組，最后將四組繞組按推挽方式串聯起來就實現了本發明提出的繞組結構。注意可比條件下自耦變壓器一般比普通變壓器可以用更小的鐵芯、更細的線徑等，這里考慮到高保真的要求沒有變動這些參數，類似的情況在實施時是允許視設計任務的不同而有所加強或削弱的。
權利要求
1.一種變壓器繞組部件，特征是原付邊繞組的實施層數比部分或全部等于1或接近于1、原付邊繞組按平繞的層為單位交替配置，實施匝數等于原始匝數的繞組其各分層同相串聯連接使用，實施匝數成倍于原始匝數的繞組其各分層同相并聯連接使用，原始繞組數據轉換為實施繞組結構的原則是在保持邏輯上的變壓器變比不變的前提下盡量使原付邊繞組的實施匝數比、實施層數比、實施層內匝數比、實施導線截面積比部分或全部地等于1或接近于1。
2.按照權利要求1所述的變壓器繞組部件，特征是原付邊繞組的原始匝數比、原始層數比、原始層內匝數比、原始導線截面積比全部等于1或接近于1因而原付邊繞組的實施匝數比、實施層數比、實施層內匝數比、實施導線截面積比亦全部等于1或接近于1。
3.按照權利要求1所述的變壓器繞組部件，特征是原付邊繞組的原始匝數比等于或接近于1、付邊有兩個或兩個以上的繞組，實施時先通過減少各付邊繞組的原始層內匝數或者是用雙線或多線在同一層內同時繞制兩個或多個繞組的線圈人為地使實施分層數之比等于或接近于1，之后原邊繞組和經過重新分層的付邊繞組以層為單位交替繞制，分屬原付邊各繞組的各層線圈是同相串聯連接起來使用的。
4.按照權利要求1所述的變壓器繞組部件，特征是原付邊繞組的原始匝數比明顯小于或大于1，實施時通過成倍增加原始匝數少的繞組的匝數使其等于或接近于原始匝數多的繞組的匝數先人為地使實施分層數之比等于或接近于1，之后原始匝數多的繞組和經過重新分層的原始匝數少的繞組以層為單位交替繞制、并將分屬原始匝數多的繞組各層線圈同相串聯連接起來使用而將由原始匝數少的繞組派生出來的各線圈同相并聯連接起來使用。
5.按照權利要求1所述的變壓器繞組部件，特征是原始繞組的窗口占空比很小，實施時通過成倍增加原始分層數直到占滿規定的窗口空間，新增加的繞組線圈按歸屬與原始繞組線圈同相并聯后使用。
6.按照權利要求1所述的變壓器繞組部件，特征是原始層內匝數很少，實施時通過成倍增加原始繞組數直到占滿規定的可用層長度，所增加的繞組與原始繞組同相并聯后使用，繞法上層內的各繞組可以分段排列，或者是用雙線或多線并繞而成。
7.按照權利要求1、2、3、4、5、6或其組合所述的變壓器繞組部件，特征是原始的變壓器繞組是自耦變壓器的形式，原付邊繞組有一部分是公共的，實施時對于降壓型的自耦變壓器將公共部分看作是原始付邊繞組并將非公共部分看作是原始原邊繞組、對于升壓型的自耦變壓器將公共部分看作是原始原邊繞組并將非公共部分看作是原始付邊繞組而后比照相應的非自耦變壓器的繞組結構予以實施。
8.一種變壓器繞組部件，特征是部分或全部繞組具有如權利要求1、2、3、4、5、6、7或其組合所述的變壓器繞組結構。
全文摘要
本發明提出優化了分布參數的變壓器繞組部件，本發明所提出的變壓器繞組部件其原副邊繞組的實施層數比部分或全部等于1或接近于1、原副邊繞組按平繞的層為單位交替配置，在實施成本和生產工藝方面與普通的變壓器繞組部件大致相當，先前的繞組分段等結構技術可用來強化本發明的效果，其它與變壓器有關的各種問題仍是基于現有技術實現的。本發明適用于有低漏感、低自感電容、高互感電容某方面要求的各種變壓器，包括自耦變壓器的形式在內。
文檔編號H01F27/28GK1128394SQ9510170
公開日1996年8月7日 申請日期1995年2月3日 優先權日1995年2月3日
發明者溫建紅 申請人:溫建紅