大功率UV灯用的漏磁变压器

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
  摘 要:着重介绍大功率UV灯用的漏磁变压器的结构,自耦式漏磁变压器的设计和调试。 1 前言   在电子行业,印刷电路板的制作要用光固化油墨,常用UV紫外线光固化机,通过传送带使物件通过紫外线强光照射,促使光致抗蚀剂或光敏漆快速固化,且UV灯产生很高的热量将油墨烘干。完全固化后的膜层表面应平滑、硬度较高。UV光固化机的光源,常装有3支5kW的大功率高压紫外线灯,光固化速度约为每分钟3米。涂有光致抗蚀剂的印刷电路板,在UV光固化机的传送带上,通过3支紫外线灯的照射后,光致抗蚀剂就被固化,从而达到加工的目的。   UV紫外线灯是气体放电灯,在石英灯管中充以高压水银蒸气,它的供电方式以采用漏磁变压器为主,当UV灯起辉后,必须限制通过灯管的电流,大功率UV灯管有5kW、7.5kW和10kW等几种,灯管两端的电压约有1kV。UV灯用的漏磁变压器有隔离式和自耦式两种,其电原理如图1和图2所示。   2 UV灯漏磁变压器的结构      图1隔离式变压器      图2自耦式变压器   2.1 隔离型漏磁变压器   5kW隔离型漏磁变压器的结构类似于霓虹灯变压器,中间的两个绕组为初级绕组,为了适应220V或380V电源,初级绕两个0V-190V-220V相同的绕组,将它们串联或并联,可适应220V、380V或440V的电源电压,次级电压为1100V/5A,分绕成两个绕组,置于初级绕组的两边,初、次级绕组之间设有4个磁分路,将初、次级绕组隔开,当变压器通电时,能起到限流的作用。   从图1可见,次线绕组输出电路中串联一个电容器,再与UV灯管相接,就是一个RLC谐振电路。当电源电压变化时,次级回路还有稳压作用,由于电容器C的存在,也使电路的功率因数有所提高。      图3自耦式变压器      图4铁心尺寸   2.2 自耦式UV灯漏磁变压器   图3为自耦式变压器结构,采用□字形芯式铁心,左边的两个绕组为初级绕组,右边的两个绕组为次级绕组,初、次级绕组之间有磁分路隔开,初、次级绕组相互串联后,接成如图2所示的电路。因此,初级绕组既是输入回路,又是输出回路的一部份。   自耦式漏磁变压器的特点是体积小、效率高,但因变压器的阻抗小,通电开机时浪涌电流大,为了防止对灯管的冲击,必须在电路中串联一个电抗器,如图2中的L,以增加回路中的阻抗。   3 5kW自耦式漏磁变压器   按图2所示的电路图设计一台5kW自耦式UV灯漏磁变压器,其电气参数如下:   UV灯管的额定功率:P=5kW   灯管电压:U=1000V   灯管电流:I=5A   变压器输入电压:U1=380V,f=50Hz   变压器输出电压:U2=1170V   额定负载电流:I2=5A   绝缘等级:B级(130℃)   温升:Δτm≤80℃(在强迫风冷条件下)   耐压:3000V,10mA,1分钟   计算步骤如下:   1)变压器容量PT=U2I2=1170%26;#215;5=5850VA   2)变压器输入电流I1由下式求出: I1=PT/U1=5850/380=15.4(A)   3)输出绕组电流I2=灯管电流=5A   4)变压器输入端公共部份绕组N1的电流I1′,因输入电流和输出电流的方向相反,所以有一部份电流被抵消,故: I1′=I1-I2=15.4-5=10.4(A)   5)绕组N2的电压U2′ U2′=U2-U1=1170-380=790(V)   6)变压器平均功率P P=(U1I1′+U2′I2)/2=(380%26;#215;10.5+790%26;#215;5)/2=3970(VA)   7)求铁心截面积SC   UV灯漏磁变压器的次级回路工作在RLC谐振状态,铁心处于饱和条件,若采用DW360-50无取向冷轧硅钢片,磁感应强度B的值可取到约1.5T~1.6T,所以铁心截面积   8)确定铁心尺寸   铁心截面积SC=abKC=6%26;#215;8%26;#215;0.95=45.6()   铁心磁路长度LC=72cm   铁心重量GC为: GC=SCLcr%26;#215;10-3=45.6%26;#215;72%26;#215;7.7%26;#215;10-3=25.3kg   9)计算初级绕组匝数 N1=U1%26;#215;104/4.44fBSC=380%26;#215;104/4.44%26;#215;50%26;#215;1.55%26;#215;45.6=242(t)   10)每伏匝数 TV=N1/U1=242/380=0.637(t/v)   11)次级匝数 N2=1.035U2TV=1.035%26;#215;790%26;#215;0.637=520(t)   12)初级导线直径d1   13)次级导线直径d2   14)各绕组排列   初级分两个线包,每个线包用QZ-2.5漆包线绕121t,装配时串联;   次级也分两个线包,每个线包用QZ-2.1漆包线绕260t,装配时串联。   4个线包组装在铁心上的外形结构如图5所示。   4 UV灯漏磁变压器的调试   5kWUV灯漏磁变压器必须按图6所示的电路联接,并在UV灯点亮时产生强烈的紫外光线,以防止紫外线灼伤人的皮肤,必须将UV灯管用金属罩子罩起来,必要时,调试人员还应戴好太阳眼镜。      图5线包铁心组装图      图6调试电路图      图7回路失量图   4.1 开路试验   将3相调压器的指针调到0位。断开漏磁变压器输出回路。接通3相调压器的380V50Hz电源。逐步调节3相调压器旋钮,使漏磁变压器初级①-②的电压达到380V。用钳形电流表测量输入空载电流I1达到2A。用交流电压表测得次级③-④的电压为640V,测得①-④的输出电压为1020V。将3相调压器调回到0位,切断电源。   4.2 负载试验   按图6所示电路接上负载,输入和输出均用钳形电流表表示。接通3相调节器的380V50Hz电源。逐步调节3相调压器,使电压逐步上升到380V,此时UV灯管也开始发光,逐步点亮,两个钳形表的电流也逐步上升。待5分钟后,紫外线灯的发光基本稳定,记录输入电流I1为15A,输出电流I2为5.5A。测量各点的电压,输入电压U①-②=380V,输出电压U①-④=1170V,电容器两端电压UC=1300V,灯管两端电压U=920V,电抗器两端电压UL=180V。   若输出电流I2的偏差太大,即流过紫外线灯管的电流与额定值偏离太大,可调整变压器铁心中的磁分路片,增减磁分路的厚度,以改变输出回路的电气参数,达到最佳的数值。   经调整后,必须将主铁心和磁分路压紧,以防止在负载时铁心会产生振动噪声,因铁心处于磁饱和状态,所以最好将变压器整体浸漆、烘干后,变压器噪声会大为减小。   4.3 电抗器   电抗器工作时,两端的电压应预先调整到150V5A,所以当负载电流达到5.5A时,两端的电压增大到180V,铁心磁感应强度应设计在IT左右,不应太高,否则端电压升高时,磁通也会增加,铁心会产生较大的噪声。   4.4 回路各点的电压、电流矢量   回路各点的电压和电流失量如图7所示。   5 结论   1)自耦式UV灯用的漏磁变压器的结构简单、紧凑,体积比双圈隔离式的变压器小,成本低,更有市场竞争力。   2)铁心材料如采用低损耗、冷轧取向高Bs硅钢片,那么变压器体积还可进一步减小,而铜铁损耗也相应减小,有利于提高效率、节约能源,是下一步开发的方向。   3)由于漏磁变压器温升高,所以在机箱内必须用小风扇对变压器进行强迫风冷。也可将对UV灯管吹风的鼓风机装在变压器旁,借助鼓风机的吸风,使机箱内的空气加速对流,将变压器发出的热量迅速带走。
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