1.6　变压器和电源

1.6.1　变压器

变压器（Transformer）是一种将某一数值的交流电压变换成频率相同但数值不同的交流电压的静止电器。

（1）控制变压器

常用的控制变压器有JBK、BKC、R、BK、JBK5等系列，其中，JBK系列是机床控制变压器，适用于交流50～60Hz，输入电压不超过660V的电路，BK系列控制变压器适用于交流50～60Hz的电路中，作为机床和机械设备中一般电器的控制电源、局部照明及指示电源；JBK5系列是引进德国西门子公司的产品。

现在普遍采用的三相交流系统中，三相电压的变换可用3台单相变压器，也可用一台三相变压器，从经济性和缩小安装体积等方面考虑，可优先选择三相变压器。图1-60所示为三相变压器图形及文字符号（星形-三角形连接），其外形如图1-61所示。

（2）控制变压器的选用

选择变压器的主要依据是变压器的额定值，根据设备的需要，变压器有标准和非标准两类。下面只介绍标准变压器的选择方法。

① 根据实际情况选择一次侧额定电压U_idGenCharOverride-4（380V，220V），再选择二次侧额定电压U_idGenCharOverride-4、U_idGenCharOverride-4，二次侧额定值是指一次侧加额定电压时，二次侧的空载输出，二次侧带有额定负载时输出电压下降5%，因此选择输出额定电压时应略高于负载额定电压。

② 根据实际负载情况，确定次级绕组额定电流I_idGenCharOverride-4、I_idGenCharOverride-4、I_idGenCharOverride-4…，一般绕组的额定输出电流应大于或等于额定负载电流。

③ 二次侧额定功率由总功率确定。总功率的算法如下：

P_idGenCharOverride-4=U_idGenCharOverride-4 I_idGenCharOverride-4+U_idGenCharOverride-4 I_idGenCharOverride-4+U_idGenCharOverride-4 I_idGenCharOverride-4+…

根据二次侧电压、电流（或总功率）可选择变压器，三相变压器也是按以上方法进行选择的。控制变压器型号的含义如图1-62所示，JBK变压器的主要技术参数见表1-19。

【例1-19】　CA6140A车床上有额定电压为24V、额定功率为40W的照明灯一盏，以及额定电压为24V的控制电路，据估算，控制电路的功率不大于60W，请选用一个合适的变压器（可以不考虑尺寸）。

【解】　二次侧额定功率由总功率确定，总功率为

P_idGenCharOverride-4=U_idGenCharOverride-4 I_idGenCharOverride-4+U_idGenCharOverride-4 I_idGenCharOverride-4=100W

一次侧线圈电压为380V，二次侧线圈电压为24V和24V。具体型号为JBK2-160，其中，照明电路分配功率60W，控制电路分配功率100W。

1.6.2　直流稳压电源

直流稳压电源（Power）的功能是将非稳定交流电源变成稳定直流电源，其图形和文字符号如图1-63所示。在自动控制系统中，特别是数控机床系统中，需要稳压电源给步进驱动器、伺服驱动器、控制单元（如PLC或CNC等）、小直流继电器、信号指示灯等提供直流电源，而且直流稳压电源的好坏在一定程度上决定着控制系统的稳定性。

（1）开关电源

开关电源被称作高效节能电源，因为内部电路工作在高频开关状态，所以自身消耗的能量很低，电源效率可达80%左右，比普通线性稳压电源提高近一倍，其外形如图1-64所示。目前生产的无工频变压器式和小功率开关电源中，仍普遍采用脉冲宽度调制器（简称脉宽调制器，PWM）或脉冲频率调制器（简称脉频调制器，PFM）专用集成电路。它们是利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离，因此能省掉体积笨重且损耗较大的工频变压器。

开关电源具有效率高、允许输入电压宽、输出电压纹波小、输出电压小幅度可调（一般调整范围为±10%）和具备过流保护功能等优点，因而得到了广泛的应用。

（2）电源的选择

在选择电源时需要考虑的问题主要有输入电压范围、电源的尺寸、电源的安装方式和安装孔位、电源的冷却方式、电源在系统中的位置及走线、环境温度、绝缘强度、电磁兼容、环境条件和纹波噪声。

① 电源的输出功率和输出路数。为了提高系统的可靠性，一般选用的电源工作在50%～80%负载范围内为佳。由于所需电源的输出电压路数越多，挑选标准电源的机会就越小，同时增加输出电压路数会带来成本的增加，因此目前多电路输出的电源以三路、四路输出较为常见。所以，在选择电源时应该尽量选用多路输出共地的电源。

② 应选用厂家的标准电源，包括标准的尺寸和输出电压。标准的产品价格相对便宜，质量稳定，而且供货期短。

③ 输入电压范围。以交流输入为例，常用的输入电压规格有110V、220V和通用输入电压（AC 85～264V）3种规格。在选择输入电压规格时，应明确系统将会用到的地区，如果要出口美国、日本等市电为110V交流的国家，可以选择110V交流输入的电源，而只在国内使用时，可以选择220V交流输入的电源。

④ 散热。电源在工作时会消耗一部分功率，并且产生热量释放出来，所以用户在进行系统设计时（尤其是封闭的系统）应考虑电源的散热问题。如果系统能形成良好的自然对流风道，且电源位于风道上时，可以考虑选择自然冷却的电源；如果系统的通风比较差，或者系统内部温度比较高，则应选择风冷式电源。另外，选择电源时还应考虑电源的尺寸、工作环境、安装形式和电磁兼容等因素。

【例1-20】　某一电路有10只电压为+12V功率为1.8W的直流继电器和5只电压为5V功率为0.8W的直流继电器，请选用合适的电源（不考虑尺寸和工作环境等）。

【解】　选择输入电压为220V，输出电压为+5V、+12V和-12V三路输出。

PCharOverride-16=PCharOverride-16+PCharOverride-16=18+4=22W，因为一般选用的电源工作在50%～80%负载范围内，所以电源功率应该不小于1.15倍的PCharOverride-16，即不小于27.5W，最后选择T-30B开关电源，功率为30W。