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大功率UV灯用的漏磁变压器 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。 2UV 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 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，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。 35kW 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=1170×5=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=（380×10.5＋790×5）/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=6×8×0.95=45.6(　) 铁心磁路长度 LC=72cm 铁心重量 GC 为： GC=SCLcr×10－3=45.6×72×7.7×10－3=25.3kg （9）计算初级绕组匝数 N1=U1×104/4.44fBSC=380×104/4.44×50×1.55×45.6=242（t） (10)每伏匝数 TV=N1/U1=242/380=0.637（t/v） （11）次级匝数 N2=1.035U2TV=1.035×790×0.637=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。 4UV 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。