專利名稱：應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境力學(xué)電動振動試驗領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于電動振動試驗 系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器。該變壓器用于提高功率放大器的輸出電壓來滿 足音頻工況下，動圏高電壓輸入的需要。
背景技術(shù)：
在電動振動臺系統(tǒng)中，動圈(動圏繞組)的交流阻抗是隨交流頻率變化
的，振動臺高頻(500Hz以上)工作時主要呈現(xiàn)的感抗特性，隨交流工作頻 率的"t是高，動圈的等效阻抗也增大。為了達到額定的推力，功率放大器必須 有更高的輸出電壓。但功率放大器的最高輸出電壓往往受功率輸出器件或功 率輸出模式的限制，很難高于120VRMS (V核值)。所以通常在臺體動圈繞組 的磁鋼體兩側(cè)安裝短路環(huán)，降低動圈高頻的交流等效阻抗。
在大推力電動振動臺中，由于動圏繞組的線徑粗，磁路氣隙相應(yīng)增加， 因此短路環(huán)對高頻阻抗的耦合作用降低，不能將動圈繞組的等效阻抗降低到 較小的數(shù)值，從而使得功率放大器的輸出電壓增大很多(最大可達180V)。
為提高功率放大器的輸出電壓目前有兩種解決方案第一種方案是采用
兩套功率放大器串聯(lián)輸出，見圖1所示。通常功率放大器的最大輸出電壓在 IOOV左右，當(dāng)電動振動臺需要的最大驅(qū)動電壓為150V甚至更高時，為了實 現(xiàn)系統(tǒng)功率匹配，可以按圖l所示，采用兩套功率放大器串聯(lián)的方式來提高 輸出電壓。但是這種方式由于多用了一套功率放大器，制造成本增加一倍， 同時放大器的輸出功率容量也增加一倍，而實際的輸出功率卻小于輸出功率 容量，所以有很大的浪費。另外采用兩套功率放大器串聯(lián)時，每套功率放大 器的電參考點不同，要非常小心的區(qū)分。由于目前技術(shù)尚不成熟，功率放大 器經(jīng)常發(fā)生燒毀，極不可靠。而且由于電參考點的不同會增大系統(tǒng)噪音，使 工作系統(tǒng)的指標(biāo)惡化?？傊趯嶋H應(yīng)用中，由于系統(tǒng)接線復(fù)雜，兩個接地 點(電參考點)很難相互獨立，因此兩套功率放大器串聯(lián)實現(xiàn)困難，使用和 維護成本高，可靠性差。第二種方案是^f吏用普通輸出變壓器。電動振動臺工 作頻率通常在5-3000Hz范圍，使用輸出變壓器的電動振動臺一般都在20噸 推力以上，比如一個20噸推力的電動振動臺通常需要150V脂s驅(qū)動電壓， 2000A驅(qū)動電流，變壓器的容量需要300kVA以上。使用輸出變壓器雖然比 兩套功率放大器串聯(lián)應(yīng)用減少了很大費用，但這種容量要求的輸出變壓器仍
然體積大，成本高，同時由于輸出電流較大，導(dǎo)線較粗，給變壓器線圈繞制 后減少漏感帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器，其目 的是要用簡單、可靠、低成本的裝置來提高功率放大器輸出的電壓，以克服 現(xiàn)有技術(shù)不足，滿足大型電動振動臺功率輸出的要求。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的第一技術(shù)方案是 一種應(yīng)用于電動振動 試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器，主要由線圈繞組和鐵芯兩部分組成，其中， 線圈繞組由公共繞組和串聯(lián)繞組組成，其創(chuàng)新在于
以鐵芯的繞線柱的中心軸線為基準(zhǔn)，串聯(lián)繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從 內(nèi)向外繞制分布在第一、第三、第五至第N的奇數(shù)層，其中N表示大于或等
二、第四、第六至第N-1的偶數(shù)層；
公共繞組的兩端中一端作為第一引線端，另一端作為第二引線端，其中， 第一引線端位于第二層的端部，第二引線端位于第N-l層的端部；串耳關(guān)繞組 的兩端中一端作為第三引線端，另一端作為第四引線端，其中，第三引線端 位于第一層的端部，第四引線端位于第N層的端部；第一引線端作為自耦輸 出變壓器的公共端，第二引線端與第三引線端電連接后作為自耦輸出變壓器 的低壓端，第四引線端作為自耦輸出變壓器的高壓端。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的第二技術(shù)方案是 一種應(yīng)用于電動振動 試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器，主要由線圈繞組和鐵芯兩部分組成，其中， 線圈繞組由公共繞組和串聯(lián)繞組組成，其創(chuàng)新在于
以鐵芯的繞線柱的中心軸線為基準(zhǔn)，公共繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從 內(nèi)向外繞制分布在第一、第三、第五至第N的奇數(shù)層，其中N表示大于或等 于三的自然奇數(shù)；串聯(lián)繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第 二、第四、第六至第N-1的偶數(shù)層；
公共繞組的兩端中一端作為第一引線端，另一端作為第二引線端，其中， 第一引線端位于第一層的端部，第二引線端位于第N層的端部；串聯(lián)繞組的 兩端中一端作為第三引線端，另一端作為第四引線端，其中，第三引線端位 于第二層的端部，第四引線端位于第N-1層的端部；第一引線端作為自耦輸 出變壓器的公共端，第二引線端與第三引線端電連接后作為自耦輸出變壓器 的低壓端，第四引線端作為自耦輸出變壓器的高壓端。
上述兩個技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
1、 所述"音頻自耦輸出變壓器"實際上是一種專用于電動振臺系統(tǒng)在音 頻工況下提高功率放大器的輸出電壓來滿足動圏高電壓輸入需要的自耦變 壓器。它具有自耦變壓器的一般特性，比如只有一個線圈繞組，當(dāng)作為升壓 變壓器使用時，初級電壓只施加在該繞組的一部分線匝上。所以通常4巴同時 屬于初級和次級的那部分繞組稱為"公共繞組"，而其余部分稱為"串聯(lián)繞 組"。
2、 上述兩個方案中，由于繞組通過的電流大，當(dāng)單股導(dǎo)線不能滿足要求 時，可以采用多股導(dǎo)線并繞的方式來增大導(dǎo)線的表面積，有利于消除高頻交 流電的集膚效應(yīng)，同時有利于減小漏感。而采用多股導(dǎo)線并繞方式時有以下 三種變化形式
(1) 所述鐵芯上設(shè)一個繞線柱，見圖5所示，公共繞組和串聯(lián)繞組均由 二至四股絕緣導(dǎo)線并聯(lián)構(gòu)成，由二至四股絕緣導(dǎo)線并聯(lián)的公共繞組和串聯(lián)繞 組繞制在該一個繞線柱上。
(2) 所述鐵芯上設(shè)兩個繞線柱，見圖6所示，公共繞組和串聯(lián)繞組均由 二股(或四股)絕緣導(dǎo)線組成，每股(每兩股)公共繞組和串聯(lián)繞組繞制在 一個繞線柱上，兩個繞線柱上的公共繞組和串聯(lián)繞組對應(yīng)端并聯(lián)連接。
(3 )所述鐵芯上設(shè)兩個繞線柱，公共繞組和串聯(lián)繞組均由二股(或四股) 絕緣導(dǎo)線組成，公共繞組和串聯(lián)繞組均分成兩段，每段繞制在一個繞線柱上， 兩個繞線柱上的公共繞組和串聯(lián)繞組串聯(lián)連接。
3、 上述兩個方案中，鐵芯采用高磁導(dǎo)率、磁通密度大、低損耗的高硅鋼 片或非晶合金材料制作，目的是在有限的圈數(shù)下盡量增加電感和減少漏感。
4、 上述兩個方案中，線圈繞組采用分層繞制結(jié)構(gòu)，目的是減少高頻漏感 和降低分布電容。各層間包好絕緣紙，將上述繞組接頭進行連接，得到繞組 的接線引出端。
5、 上述兩個方案中，次級可留有多組抽頭，在使用中根據(jù)需要進行選擇。 本發(fā)明應(yīng)用的原理是采用大功率音頻自耦輸出變壓器，將功率放大器
的輸出電壓升高到動圈需要的數(shù)值。音頻自耦輸出變壓器連接在功率放大器 和臺體動圈之間，工作頻率范圍在2Hz到3kHz即音頻范圍之間，滿足了振 動臺系統(tǒng)的要求。
由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果 1、本發(fā)明使得大推力振動臺的功率匹配得以可靠、簡單的實現(xiàn)，滿足了
臺體的驅(qū)動電壓要求。
2、 本發(fā)明使得振動臺動圈需要更高的輸入電壓時，不必再釆用繁瑣的功 率放大器串聯(lián)方式，只需制作 一 只特殊的音頻自耦輸出變壓器即可達到目 的，因此具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實現(xiàn)方便，而且可靠性得到大幅提升。
3、 本發(fā)明音頻自耦輸出變壓器采用自耦的方式，使得相應(yīng)的體積大大縮 小，而且容易制作，工作頻率范圍寬。其原因是在變壓器變比ka<l (ka= 輸入電壓/輸出電壓)時，音頻自耦輸出變壓器功率容量為普通變壓器功率容 量的(l-ka)倍，ka越接近于1,體積越小。本發(fā)明中，動圈最大電壓在150VRMS, 功率放大器最大輸出電壓為120VRMS,最大輸出電流2000A腿s。音頻自耦輸 出變壓器變比ka=120/150=0.8,可以近似計算音頻自耦輸出變壓器功率容量 為(150-120) x2000=60kVA,功率容量僅為普通變壓器的1/5，而且由于乂> 共繞組的線徑減少，大大減少變壓器體積和制造成本。
4、 本發(fā)明中，由于振動臺本身的特點是低頻(20Hz以下)和高頻(500Hz), 參見圖4所示，因此所需的驅(qū)動電壓電流會大幅減小，所以變壓器鐵芯容量 比計算值可以減小1/3倍。振動臺要求驅(qū)動電壓電流隨頻率變化曲線如圖4。


附圖1為現(xiàn)有兩套功率放大器串聯(lián)工作原理附圖2為本發(fā)明自耦輸出變壓器線路等效原理附圖3為本發(fā)明實施例一自耦輸出變壓器線圈繞組結(jié)構(gòu)示意附圖4為本發(fā)明動圈阻抗、驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流隨頻率變化曲線附圖5為本發(fā)明 一 個繞線柱的自耦輸出變壓器結(jié)構(gòu)示意附圖6為本發(fā)明兩個繞線柱的自耦輸出變壓器結(jié)構(gòu)示意附圖7為安裝有自耦輸出變壓器的電動振動系統(tǒng)連接附圖8為本發(fā)明實施例二自耦輸出變壓器線圈繞組結(jié)構(gòu)示意附圖9為本發(fā)明實施例三自耦輸出變壓器線圈繞組結(jié)構(gòu)示意附圖10為本發(fā)明實施例四自耦輸出變壓器線圈繞組結(jié)構(gòu)示意圖。
以上附圖中1、第一引線端；2、第二引線端；3、第三引線端；4、第
四引線端；5、公共繞組；6、串聯(lián)繞組；7、固定支架；8、線圈繞組；9、
鐵芯；10、繞線柱。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一 一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器
如圖5所示，主要由線圈繞組8和鐵芯9兩部分組成，其中，鐵芯9具 有一個鐵芯繞線柱IO，線圈繞組8由一股絕緣導(dǎo)線構(gòu)成，或者由二股絕緣導(dǎo) 線并if關(guān)構(gòu)成。
線圈繞組8如圖2所示由公共繞組5和串聯(lián)繞組6組成，公共繞組5的 兩端中一端作為第一引線端1,另一端作為第二引線端2，串聯(lián)繞組6的兩 端中一端作為第三引線端3,另一端作為第四引線端4。繞制結(jié)構(gòu)如圖3所 示，以繞線柱IO的中心軸線為基準(zhǔn)，串聯(lián)繞組6在鐵芯的繞線柱IO徑向上 從內(nèi)向外繞制分布在第一、第三、第五的奇數(shù)層，其中第三引線端3位于第 一層的端部，第四引線端4位于第五層的端部。公共繞組5在鐵芯的繞線柱 IO徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二、第四的偶數(shù)層，其中第一引線端l位于 第二層的端部，第二引線端2位于第四層的端部。第一引線端l作為自耦輸 出變壓器的公共端，第二引線端2與第三引線端3電連接后作為自耦輸出變 壓器的低壓端，第四引線端4作為自耦輸出變壓器的高壓端。
本實施例音頻自耦輸出變壓器按照系統(tǒng)額定功率設(shè)計，采用自耦的方式 繞制。變壓器由線圈繞組8、鐵芯9和固定支架7組成，鐵芯9采用具有高 磁導(dǎo)率、低損耗的材料制作。線圈繞組8采用上述分層的方式繞制，層間用 電纜紙絕緣，鐵芯9和底筒間用環(huán)氧樹脂板絕緣。初級和次級根據(jù)需要可設(shè) 置兩組或多組輸出。音頻自耦輸出變壓器接于功率放大器和臺體動圈之間， 如圖7所示，低壓端與公共端作為初級接功率放大器的輸出端，高壓端與公 共端作為次級接臺體動圈。按照上述方案繞制的變壓器工作頻率范圍2Hz到 3kHz即音頻范圍之間，滿足了振動臺系統(tǒng)的要求。
本實施例還可以采用圖6所示的兩個繞線柱10的自耦輸出變壓器來實 現(xiàn)。假設(shè)公共繞組5和串聯(lián)繞組6均由二股(或四股)絕緣導(dǎo)線組成，每股 (每兩股)公共繞組5和串聯(lián)繞組6繞制在一個繞線柱10上，兩個繞線柱 10上的7>共繞組5和串聯(lián)繞組6對應(yīng)端并聯(lián)連接。
實施例二 一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器
如圖8所示，公共繞組5的兩端中一端作為第一引線端1,另一端作為第 二引線端2，串聯(lián)繞組6的兩端中一端作為第三引線端3,另一端作為第四 引線端4。繞制結(jié)構(gòu)以繞線柱10的中心軸線為基準(zhǔn)，公共繞組5在鐵芯的繞 線柱10徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第一、第三、第五的奇數(shù)層，其中第一 引線端1位于第一層的端部，第二引線端2位于第五層的端部。串聯(lián)繞組6 在鐵芯的繞線柱10徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二、第四的偶數(shù)層，其中
第三引線端3位于第二層的端部，第四引線端4位于第四層的端部。第一引 線端l作為自耦輸出變壓器的公共端，第二引線端2與第三引線端3電連接 后作為自耦輸出變壓器的低壓端，第四引線端4作為自耦輸出變壓器的高壓端。
其它內(nèi)容以及繞線柱IO數(shù)量的變化與實施例一相同這，這里不再重復(fù)描述。
實施例三 一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器 如圖9所示，公共繞組5的兩端中一端作為第一引線端1，另一端作為第 二引線端2，串聯(lián)繞組6的兩端中一端作為第三引線端3,另一端作為第四 引線端4。繞制結(jié)構(gòu)以繞線柱10的中心軸線為基準(zhǔn)，公共繞組5在鐵芯的繞 線柱IO徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第一、第三的奇數(shù)層，其中第一引線端l 位于第一層的端部，第二引線端2位于第三層的端部。串聯(lián)繞組6在鐵芯的 繞線柱10徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二的偶數(shù)層，其中第三引線端3位 于第二層的一個端部，第四引線端4位于第二層的另一個端部。第一引線端 1作為自耦輸出變壓器的公共端，第二引線端2與第三引線端3電連接后作 為自耦輸出變壓器的低壓端，第四引線端4作為自耦輸出變壓器的高壓端。 其它內(nèi)容以及繞線柱IO數(shù)量的變化與實施例一相同這，這里不再重復(fù)描述。
實施例四 一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器 如圖IO所示，公共繞組5的兩端中一端作為第一引線端1,另一端作為 第二引線端2，串聯(lián)繞組6的兩端中一端作為第三引線端3,另一端作為第 四引線端4。繞制結(jié)構(gòu)以繞線柱10的中心軸線為基準(zhǔn)，串聯(lián)繞組6在鐵芯的 繞線柱10徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第一、第三的奇^:層，其中第三引線 端3位于第一層的端部，第四引線端4位于第三層的端部。公共繞組5在鐵 芯的繞線柱IO徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二的偶數(shù)層，其中第一引線端1 位于第二層的一個端部，第二引線端2位于第四層的另一個端部。第一引線 端l作為自耦輸出變壓器的公共端，第二引線端2與第三引線端3電連接后 作為自耦輸出變壓器的低壓端，第四引線端4作為自耦輸出變壓器的高壓端。 其它內(nèi)容以及繞線柱IO數(shù)量的變化與實施例一相同這，這里不再重復(fù)描述。
兩個繞線柱，以及采用一股絕緣導(dǎo)線或二股絕緣導(dǎo)線或四股絕緣導(dǎo)線等等變
化方案。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項 技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保 護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器，主要由線圈繞組和鐵芯兩部分組成，其中，線圈繞組由公共繞組和串聯(lián)繞組組成，其特征在于:以鐵芯的繞線柱的中心軸線為基準(zhǔn)，串聯(lián)繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第一、第三、第五至第N的奇數(shù)層，其中N表示大于或等于三的自然奇數(shù)；公共繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二、第四、第六至第N-1的偶數(shù)層；公共繞組的兩端中一端作為第一引線端，另一端作為第二引線端，其中，第一引線端位于第二層的端部，第二引線端位于第N-1層的端部；串聯(lián)繞組的兩端中一端作為第三引線端，另一端作為第四引線端，其中，第三引線端位于第一層的端部，第四引線端位于第N層的端部；第一引線端作為自耦輸出變壓器的公共端，第二引線端與第三引線端電連接后作為自耦輸出變壓器的低壓端，第四引線端作為自耦輸出變壓器的高壓端。
2、 一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器，主要由線圈繞組 和鐵芯兩部分組成，其中，線圈繞組由公共繞組和串聯(lián)繞組組成，其特征在于.-以鐵芯的繞線柱的中心軸線為基準(zhǔn)，公共繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從內(nèi) 向外繞制分布在第一、第三、第五至第N的奇數(shù)層，其中N表示大于或等于 三的自然奇數(shù)；串聯(lián)繞組在鐵芯的繞線柱徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二、第四、第六至第N-l的偶數(shù)層；公共繞組的兩端中一端作為第一引線端，另一端作為第二引線端，其中， 第一引線端位于第一層的端部，第二引線端位于第N層的端部；串if關(guān)繞組的 兩端中一端作為第三引線端，另一端作為第四引線端，其中，第三引線端位于 第二層的端部，第四引線端位于第N-1層的端部；第一引線端作為自耦輸出變 壓器的公共端，第二引線端與第三引線端電連接后作為自耦輸出變壓器的低壓 端，第四引線端作為自耦輸出變壓器的高壓端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的音頻自耦輸出變壓器，其特征在于所述鐵 芯上設(shè)一個繞線柱，公共繞組和串聯(lián)繞組均由二至四股絕緣導(dǎo)線并聯(lián)構(gòu)成，由 二至四股絕緣導(dǎo)線并聯(lián)的公共繞組和串聯(lián)繞組繞制在該一個繞線柱上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的音頻自耦輸出變壓器，其特征在于所述鐵 芯上設(shè)兩個繞線柱，公共繞組和串聯(lián)繞組均由二股絕緣導(dǎo)線組成，每股公共繞 組和串聯(lián)繞組繞制在一個繞線柱上，兩個繞線柱上的公共繞組和串聯(lián)繞組對應(yīng) 端并聯(lián)連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的音頻自耦輸出變壓器，其特征在于所述鐵 芯上設(shè)兩個繞線柱，公共繞組和串聯(lián)繞組均由四股絕緣導(dǎo)線組成，每兩股7>共 繞組和串聯(lián)繞組繞制在一個繞線柱上，兩個繞線柱上的公共繞組和串聯(lián)繞組對應(yīng)端并聯(lián)連接。
全文摘要
一種應(yīng)用于電動振動試驗系統(tǒng)的音頻自耦輸出變壓器，主要由線圈繞組和鐵芯兩部分組成，線圈繞組由公共繞組和串聯(lián)繞組組成，其特征在于以鐵芯繞線柱的中心軸線為基準(zhǔn)，串聯(lián)繞組在鐵芯繞線柱徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第一、第三、第五至第N的奇數(shù)層，公共繞組在鐵芯繞線柱徑向上從內(nèi)向外繞制分布在第二、第四、第六至第N-1的偶數(shù)層，各層繞組相對鐵芯繞線柱的中心軸線繞制旋向一致。該變壓器連接在功率放大器和臺體動圈之間，用于提高功率放大器的輸出電壓來滿足音頻工況下，動圈高電壓輸入的需要。其特點是簡單、可靠、低成本，滿足了大型電動振動臺功率輸出的要求。
文檔編號H01F30/00GK101383224SQ200810123109
公開日2009年3月11日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者徐付新, 朱雅俐, 武元楨 申請人:蘇州試驗儀器總廠