電源變壓器的功能是功率傳送.doc

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電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁器件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA至0.5kVA為中功率，0.5kVA至25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設(shè)計(jì)也不一樣，應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送，把英文名稱“Power Transformers”譯成“功率變壓器”，在許多文獻(xiàn)資料中仍然在使用。究竟是叫“電源變壓器”，還是叫“功率變壓器”好呢？有待于科技術(shù)語方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來選擇決定。 同一個(gè)英文名稱“Power Transformer”，還可譯成“電力變壓器”。電力變壓器主要用于電力輸配系統(tǒng)中起功率傳送、電壓變換和絕緣隔離作用，原邊電壓為6kVA以上的高壓，功率最小5kVA，最大超過上萬kVA。電力變壓器和電源變壓器，雖然工作原理都是基于電磁感應(yīng)原理，但是電力變壓器既強(qiáng)調(diào)功率傳送大，又強(qiáng)調(diào)絕緣隔離電壓高，無論在磁芯線圈，還是絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，都與功率傳送小，絕緣隔離電壓低的電源變壓器有顯著的差別，更不可能將電力變壓器設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)條件生搬硬套地應(yīng)用到電源變壓器中去。電力變壓器和電源變壓器的設(shè)計(jì)方法不一樣，也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。 高頻電源變壓器是工作頻率超過中頻（10kHz）的電源變壓器，主要用于高頻開關(guān)電源中作高頻開關(guān)電源變壓器，也有用于高頻逆變電源和高頻逆變焊機(jī)中作高頻逆變電源變壓器的。按工作頻率高低，可分為幾個(gè)檔次：10kHz-50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。傳送功率比較大的，工作頻率比較低；傳送功率比較小的，工作頻率比較高。這樣，既有工作頻率的差別，又有傳送功率的差別，工作頻率不同檔次的電源變壓器設(shè)計(jì)方法不一樣，也應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。 如上所述，作者對(duì)高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則、要求和程序不存在錯(cuò)誤概念，而是在2003年7月初，閱讀《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年第6期特別推薦的2篇高頻磁性元件設(shè)計(jì)文章后，產(chǎn)生了疑慮，感到有些問題值得進(jìn)一步商討，因此才動(dòng)筆寫本文。正如《電源技術(shù)應(yīng)用》主編寄語所說的那樣：“具體地分析具體情況”，寫的目的，是嘗試把最難詳細(xì)說明和選擇的磁性元件之一的高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)問題弄清楚。如有說得不對(duì)的地方，敬請(qǐng)幾位作者和廣大讀者指正。 2 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則 高頻電源變壓器作為一種產(chǎn)品，自然帶有商品的屬性，因此高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則和其他商品一樣，是在具體使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好。有時(shí)可能偏重性能和效率，有時(shí)可能偏重價(jià)格和成本?，F(xiàn)在，輕、薄、短、小，成為高頻電源的發(fā)展方向，是強(qiáng)調(diào)降低成本。其中成為一大難點(diǎn)的高頻電源變壓器，更需要在這方面下功夫。所以在高頻電源變壓器的“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，只談性能，不談成本，不能不說是一大缺憾，如果能認(rèn)真考慮一下高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)原則，追求更好的性能價(jià)格比，傳送不到10VA的單片開關(guān)電源高頻變壓器，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出更輕、薄、短、小的方案來。不談成本，市場(chǎng)的價(jià)值規(guī)律是無情的！許多性能好的產(chǎn)品，往往由于價(jià)格不能為市場(chǎng)接受而遭冷落和淘汰。往往一種新產(chǎn)品最后被成本否決。一些“節(jié)能不節(jié)錢”的產(chǎn)品為什么在市場(chǎng)上推廣不開值得大家深思。 產(chǎn)品成本，不但包括材料成本，生產(chǎn)成本，還包括研發(fā)成本，設(shè)計(jì)成本。因此，為了節(jié)約時(shí)間，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)高頻電源變壓器的鐵損銅損比例、漏感與激磁電感比例原邊和副邊繞組損耗比例、電流密度提供一些參考數(shù)據(jù)，對(duì)窗口填充程度、繞組導(dǎo)線和結(jié)構(gòu)推薦一些方案，有什么不好？為什么一定要按步就班的來回進(jìn)行推算和仿真，才不是概念錯(cuò)誤？作者曾在 20世紀(jì)80年代中開發(fā)高頻磁放大器式開關(guān)電源，以溫升最低為條件，對(duì)高頻電源變壓器進(jìn)行過優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于熱阻難以確定，結(jié)果與試制樣品相差甚遠(yuǎn)，不得不再次修正?，F(xiàn)在有些公司的磁芯產(chǎn)品說明書中，為了縮短用戶設(shè)計(jì)高頻電源變壓器的時(shí)間，有的列出簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)公式，有的用表列出磁芯在某種工作頻率下的傳送功率。這種既為用戶著想，又推廣公司產(chǎn)品的雙贏行為，是完全符合市場(chǎng)規(guī)律的行為，決不是什么需要辨析的錯(cuò)誤概念。問題是提供的參考數(shù)據(jù)，推薦的方案是否是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)？有沒有普遍性？包括“辨析”一文中提出的一些說法，都需要經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，才能站得住腳。 總之，千萬記住：高頻電源變壓器是一種產(chǎn)品（即商品），設(shè)計(jì)原則是在具體的使用條件下完成具體的功能中追求性能價(jià)格比最好。檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能否經(jīng)受住市場(chǎng)的考驗(yàn)。 3 高頻電源變壓器的設(shè)計(jì)要求 以設(shè)計(jì)原則為出發(fā)點(diǎn)，可以對(duì)高頻電源變壓器提出四項(xiàng)設(shè)計(jì)要求：使用條件，完成功能，提高效率，降低成本。 3.1 使用條件 使用條件包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性。以前只注意可靠性，現(xiàn)在由于環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，必須注意電磁兼容性。 可靠性是指在具體的使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般使用條件對(duì)高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。有些軟磁材料，居里點(diǎn)比較低，對(duì)溫度敏感。例如錳鋅軟磁鐵氧體，居里點(diǎn)只有215℃，磁通密度、磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，除正常溫度25℃而外，還要給出60℃、80℃、 100℃時(shí)的各種參考數(shù)據(jù)。因此，錳鋅軟磁鐵氧體磁芯的溫度限制在100℃以下，也就是環(huán)境溫度為40℃時(shí)，溫升只允許低于60℃，相當(dāng)于A級(jí)絕緣材料溫度。與錳鋅軟磁鐵氧體磁芯相配套的電磁線和絕緣件，一般都采用E級(jí)和B級(jí)絕緣材料，采用H級(jí)絕緣的三重絕緣電磁線和聚酰胺薄膜，是不是大材小用？成本增加多少？是不是因?yàn)镠級(jí)絕緣的高頻電源變壓器優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，可以使體積減少1/2～1/3的緣故?如果是，請(qǐng)舉具體實(shí)例數(shù)據(jù)。作者曾開發(fā)H級(jí)絕緣工頻 50Hz10kVA干式變壓器，與B級(jí)絕緣工頻50Hz 10kVA干式變壓器相比，體積減小15%到20%，已經(jīng)相當(dāng)可觀了。本來體積就比較小的高頻100kHz10VA高頻電源變壓器，如次級(jí)繞組采用三重絕緣線，能把體積減小1/2～1/3，那一定是很寶貴的經(jīng)驗(yàn)。請(qǐng)有關(guān)作者詳細(xì)介紹優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以便廣大讀者學(xué)習(xí)。 電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對(duì)外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括可聞的音頻噪聲和不可聞的高頻噪聲。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。磁致伸縮大的軟磁材料，產(chǎn)生的電磁干擾大。例如錳鋅軟磁鐵氧體，磁致伸縮系數(shù)λS為2110-6(負(fù)六次方)，是取向硅鋼的7倍以上，是高磁導(dǎo)坡莫合金和非晶合金的20倍以上，是微晶納米晶合金的10倍以上。因此錳鋅軟磁鐵氧體磁芯產(chǎn)生的電磁干擾大。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因還有磁芯之間的吸力和繞組導(dǎo)線之間的斥力。這些力的變化頻率與高頻電源變壓器的工作頻率一致。因此工作頻率為100kHz左右的高頻電源變壓器，沒有特殊原因是不會(huì)產(chǎn)生20kHz以下音頻噪聲的。既然提出10W以下單片開關(guān)電源的音頻噪聲頻率，約為10kHz-20kHz，一定有其原因。由于沒有畫出噪聲頻譜圖，具體原因說不清楚，但是由高頻電源變壓器本身產(chǎn)生的可能性不大，沒有必要采用玻璃珠膠合劑粘合磁芯。至于采用這種粘合工藝可將音頻噪聲降低 5dB，請(qǐng)列出實(shí)例和數(shù)據(jù)和對(duì)噪聲原因的詳細(xì)說明，才會(huì)令人可信。 屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源變壓器電磁兼容性的好辦法。但是為了阻止高頻電源變壓器的電磁干擾傳播，在設(shè)計(jì)磁芯結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)繞組結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施，只靠加外屏蔽帶并不一定是最佳方案，因?yàn)樗荒茏柚馆椛鋫鞑ジ蓴_，不能阻止傳導(dǎo)傳播干擾。 3.2 完成功能 高頻電源變壓器完成功能有三個(gè)：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。 功率傳送有兩種方式。第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和磁通雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值△B=Bm-Br。為了提高△B，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從+ Bm變化到-Bm，或者從-Bm變化到+Bm。磁通密度變化值△B=2Bm，為了提高△B，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來，然后通過去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲(chǔ)能，而儲(chǔ)能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲(chǔ)能多。而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。在電源變壓器“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，很遺憾缺少這一個(gè)主要內(nèi)容。只是“降低交流損耗”一節(jié)中，提出BAC典型值為0.04-0.075T。顯然，文中的高頻電源變壓器采用電感功率傳送方式，為什么不提磁導(dǎo)率，而提BAC弄不清楚。經(jīng)查閱，在《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1-2期，同一主要作者寫的開關(guān)電源“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中，列出一節(jié)“磁芯的選擇”，也沒有提磁導(dǎo)率，只是提出最大磁通密度Bm為0.275T。由于沒有畫磁通密度變化波形，弄不清楚前文中的BAC和后文中的Bm是否一致：為什么BAC和Bm 相差6.8～3.7倍？更不清楚，選的那一種軟磁鐵氧體材料？為什么選這種型號(hào)？?jī)晌闹卸紱]有一點(diǎn)說明，只好讓讀者自己去猜想了。 電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成。不管功率傳送是那一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原和副繞組匝數(shù)比。繞組匝數(shù)設(shè)計(jì)成多少，只要不改變?cè)褦?shù)比，就不影響電壓變換。但是繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)的平方成正比。有趣的是，漏感能不能規(guī)定一個(gè)數(shù)值？《電源技術(shù)應(yīng)用》 2003年第6期同時(shí)刊登的兩篇文章有著不同的說法?！霸O(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中說：“對(duì)于一符合絕緣及安全標(biāo)準(zhǔn)的高頻變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開路時(shí)初級(jí)電感量的1%～3%”?！氨嫖觥币晃闹姓f：“在很多技術(shù)單上，標(biāo)注著漏感=1%的磁化電感或漏感<2%的磁化電感等類似的技術(shù)要求。其實(shí)這種寫法或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)很不專業(yè)。電源設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)根據(jù)電路正常工作要求，對(duì)所能接受的漏感值作一個(gè)數(shù)值限制。在制作變壓器的過程中，應(yīng)在不使變壓器的其它參數(shù)（如匝間電容等）變差的情況下盡可能減小漏感值，而非給出漏感與磁化電感的比例關(guān)系作為技術(shù)要求”。“否則這將表明你不理解漏感知識(shí)或并不真正關(guān)心實(shí)際的漏感值”。雖然兩篇文章說法不一樣，但是有一點(diǎn)是共同的，就是盡可能減小漏感值。因?yàn)槁└兄荡?，?chǔ)存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放，會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值，也對(duì)絕緣不利，產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾。 絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個(gè)繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會(huì)引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限?？傊?，在高頻電源變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強(qiáng)度問題。3.3 提高效率 提高效率是現(xiàn)在對(duì)電源和電子設(shè)備的普遍要求。雖然從單個(gè)高頻電源變壓器來看，損耗不大。例如，100VA高頻電源變壓器，效率為98%時(shí)，損耗只有2W，并不多。但是成十萬個(gè)，成百萬個(gè)高頻電源變壓器，總損耗可能達(dá)到上十萬W，上百萬W。還有，許多高頻電源變壓器一直長(zhǎng)期運(yùn)行，年總損耗相當(dāng)可觀，有可能達(dá)到上千萬kWh。這樣，高頻電源變壓器提高效率，可以節(jié)約電力。節(jié)約電力后，可以少建發(fā)電站。少建發(fā)電站后，可以少消耗煤和石油，可以少排放廢氣、廢水、煙塵和灰渣，減少對(duì)環(huán)境的污染。既具有節(jié)約能源，又具有環(huán)境保護(hù)的雙重社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。因此提高效率是高頻電源變壓器一個(gè)主要的設(shè)計(jì)要求，一般效率要提高到95%以上，損耗要減少到5%以下。 高頻電源變壓器損耗包括磁芯損耗（鐵損）和繞組損耗（銅損）。有人關(guān)心變壓器的鐵損和銅損的比例。這個(gè)比例是隨變壓器的工作頻率發(fā)生變化的。如果變壓器的外加電壓不變，工作頻率越低，繞組匝數(shù)越多，銅損越大。因此在 50Hz工頻下，銅損遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵損。例如：50Hz 100kVAS9型三相油浸式硅鋼電力變壓器，銅損為鐵損的5倍左右。50Hz100kVA SH11型三相油浸式非晶合金電力變壓器，銅損為鐵損的20倍左右。工頻電源變壓器的銅損也比鐵損大許多。并不存在“辨析”一文中所說那樣，工頻變壓器從熱穩(wěn)定熱均勻角度出發(fā)，把銅損等于鐵損作為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)則。隨著工作頻率升高，繞組匝數(shù)減少，雖然由于趨表效應(yīng)和鄰近效應(yīng)存在而使繞組損耗增加，但是總的趨勢(shì)是銅損隨著工作頻率升高而下降。而鐵損包括磁滯損耗和渦流損耗，隨著工作頻率升高而迅速增大。在某一段工作頻率，有可能出現(xiàn)銅損和鐵損相等的情況，超過這一段工作頻率，鐵損就大于銅損。造成鐵損不等于銅損的原因，也并不象“辨析”一文中所說那樣是由于“高頻變壓器采用非常細(xì)的漆包線作為繞組”。導(dǎo)線粗細(xì)的選擇，雖然受趨表效應(yīng)影響，但主要由高頻電源變壓器的傳送功率來決定，與工作頻率不存在直接關(guān)系。而且，選用非常細(xì)的漆包線作為繞組，反而會(huì)增加銅損，延緩銅損的下降趨勢(shì)。說不定在設(shè)計(jì)選定的工作頻率下，還有可能出現(xiàn)銅損等于鐵損的情況。根據(jù)有的資料介紹，中小功率高頻電源變壓器的工作頻率在 100kHz左右，鐵損已經(jīng)大于銅損，而成為高頻電源變壓器損耗的主要部分。 正因?yàn)殍F損是高頻電源變壓器損耗的主要部分，因此根據(jù)鐵損選擇磁芯材料是高頻電源變壓器設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。鐵損也成為評(píng)價(jià)軟磁芯材料的一個(gè)主要參數(shù)。鐵損與磁芯的工作磁通密度工作頻率有關(guān)，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時(shí)，必須說明在什么工作磁通密度下和在在什么工作頻率下?lián)p耗。用符號(hào)表示時(shí)，也必須標(biāo)明：Psπ其中工作磁通密度B的單位是T（特斯拉），工作頻率f的單位是Hz（赫芝）。例如Pos/doo表示工作磁能密度為0.5T，工作頻率為400Hz時(shí)的損耗。又例如()表示工作磁通密度為0.1T，工作頻率為 100kHz時(shí)的損耗。鐵損還與工作溫度有關(guān)，在介紹軟磁磁芯材料鐵損時(shí)，必須指明它的工作溫度，特別是軟磁鐵氧體材料，對(duì)溫度變化比較敏感，在產(chǎn)品說明書中都要列出25℃至100℃的鐵損。 軟磁材料的飽和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限，常常是鐵損限制使用的工作磁通密度的上限。所以在新的電源變壓器用軟磁鐵氧體材料分類標(biāo)準(zhǔn)中把允許的工作磁通密度和工作頻率乘積Bf，作為材料的性能因子，并說明在性能因子條件下允許的損耗值。新的分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)性能因子把軟磁鐵氧體材料分為 PW1、PW2、PW3、PW4、PW5五類，性能因子越高的，工作頻率越高，極限頻率也越高。例如，PW3類軟磁鐵氧體材料，工作頻率為100kHz，極限頻率為300kHz，性能因子Bf為10000mTkHz，即在100mT（0.1T）和100kHz下，100℃時(shí)損耗a級(jí)為 ≤300kW/m3（300mw/cm3），b級(jí)為≤150kW/m3（150mw/cm3）。日本TDK公司生產(chǎn)的PC44型號(hào)軟磁鐵氧體材料達(dá)到 PW3a級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到PW3的b級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 “設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中提出高頻變壓器使用的鐵氧體磁芯在100kHz時(shí)的損耗應(yīng)低于 50mW/cm3，沒指明是選那一類軟磁鐵氧體材料，也沒說明損耗對(duì)應(yīng)的工作磁通密度。讀者只好去猜：損耗對(duì)應(yīng)的工作磁通密度是《電源技術(shù)應(yīng)用》2003 年6期“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的BAC典型值0.04-0.075T？還是《電源技術(shù)應(yīng)用》2003年1～2期“設(shè)計(jì)要點(diǎn)”一文中的Bm值0.237T？不管是0.075T，還是0.237T？要達(dá)到100kHz下鐵損低于50mW/cm3的鐵氧體材料是非常先進(jìn)的。請(qǐng)介紹一下是那家公司那種型號(hào)產(chǎn)品，以便讀者也去購(gòu)買。 簡(jiǎn)介 　　 石家莊金山變壓器有限公司提供 電源變壓器的功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，作為一種主要的軟磁電磁元件，在電源技術(shù)中和電力電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～0.5kVA為中功率，0.5kVA～25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設(shè)計(jì)也不一樣，應(yīng)當(dāng)是不言而喻的。有人根據(jù)它的主要功能是功率傳送，把英文名稱“Power Transformers”譯成“功率變壓器”，在許多文獻(xiàn)資料中仍然在使用。究竟是叫“電源變壓器”，還是叫“功率變壓器”好呢？有待于科技術(shù)語方面的權(quán)威機(jī)構(gòu)來選擇決定。 　　幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，它原理簡(jiǎn)單但根據(jù)不同的使用場(chǎng)合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會(huì)有所不同的要求。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯。 　　變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 　　一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil);而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。 　　大部份的變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標(biāo)。由于此項(xiàng)升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長(zhǎng)途輸送電力更為經(jīng)濟(jì)，至于降壓變壓器，它使得電力運(yùn)用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實(shí)無法達(dá)到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 　　電子變壓器除了體積較小外，在電力變壓器與電子變壓器二者之間，并沒有明確的分界線。一般提供60Hz電力網(wǎng)絡(luò)之電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個(gè)洲地區(qū)那般大的容量。電子裝置的電力限制，通常受限于整流、放大，與系統(tǒng)其它組件的能力，其中有些部份屬放大電力者，但如與電力系統(tǒng)發(fā)電能力相比較，它仍然歸屬于小電力之范圍。 　　各種電子裝備常用到變壓器，理由是：提供各種電壓階層確保系統(tǒng)正常操作;提供系統(tǒng)中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對(duì)交流電流提供高阻抗，但對(duì)直流則提供低的阻抗;在不同的電位下，維持或修飾波形與頻率響應(yīng)?！缸杩埂蛊渲兄豁?xiàng)重要概念，亦即電子學(xué)特性之一，其乃預(yù)設(shè)一種設(shè)備，即當(dāng)電路組件阻抗系從一階層改變到另外的一個(gè)階層時(shí)，其間即使用到一種設(shè)備-變壓器。 　　對(duì)于電子裝置而言，重量和空間通常是一項(xiàng)努力追求之目標(biāo)，至于效率、安全性與可靠性，更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個(gè)系統(tǒng)里占有顯著百分比的重量和空間外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要項(xiàng)。在它應(yīng)用方面的差別，使得電力變壓器并不適合應(yīng)用于電子電路上. 　　變壓器---利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器是電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾?（石家莊金山變壓器有限公司） 　　1.變壓器 ---- 靜止的電磁裝置 　　變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能 　　電壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。 　　變壓器原理 　　與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組 　　與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組 　　一次繞組的 二次繞組的 　　電壓相量 U1 電壓相量 U2 　　電流相量 I1 電流相量 I2 　　電動(dòng)勢(shì)相量 E1 電動(dòng)勢(shì)相量 E2 　　匝數(shù) N1 匝數(shù) N2 　　同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為 φm ,該磁通量稱為主磁通 　　2.理想變壓器 　　不計(jì)一次、二次繞組的電阻和鐵耗， 　　其間耦合系數(shù) K=1 的變壓器稱之為理想變壓器 　　描述理想變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為 　　e1(t) = -N1 d φ/dt 　　e2(t) = -N2 d φ/dt 　　若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化， 　　則有 　　不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得 　　由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系 　　令 K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則 　　二.變壓器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 　　1.鐵心 　　鐵心是變壓器中主要的磁路部分。通常由含硅量較高，厚度為 0.35 \0.3\0.27 mm， 　　表面涂有絕緣漆的熱軋或冷軋硅鋼片疊裝或繞制而成 　　鐵心分為鐵心柱和橫片倆部分，鐵心柱套有繞組；橫片是閉合磁路之用 　　鐵心結(jié)構(gòu)的基本形式有心式和殼式兩種 　　2.繞組 　　繞組是變壓器的電路部分， 　　它是用雙絲包（紙包）絕緣扁線或漆包圓線繞成 　　變壓器的基本原理是電磁感應(yīng)原理，現(xiàn)以單相雙繞組變壓器為例說明其基本工作原理:當(dāng)一次側(cè)繞組上加上電壓Ú1時(shí)，流過電流Í1，在鐵芯中就產(chǎn)生交變磁通Ø1，這些磁通稱為主磁通，在它作用下，兩側(cè)繞組分別感應(yīng)電勢(shì)É1，É2，感應(yīng)電勢(shì)公式為：E=4.44fNØm 　　式中：E--感應(yīng)電勢(shì)有效值 　　f--頻率 　　N--匝數(shù) 　　Øm--主磁通最大值 　　由于二次繞組與一次繞組匝數(shù)不同，感應(yīng)電勢(shì)E1和E2大小也不同，當(dāng)略去內(nèi)阻抗壓降后，電壓Ú1和Ú2大小也就不同。 　　當(dāng)變壓器二次側(cè)空載時(shí)，一次側(cè)僅流過主磁通的電流（Í0），這個(gè)電流稱為激磁電流。當(dāng)二次側(cè)加負(fù)載流過負(fù)載電流Í2時(shí)，也在鐵芯中產(chǎn)生磁通，力圖改變主磁通，但一次電壓不變時(shí)，主磁通是不變的，一次側(cè)就要流過兩部分電流，一部分為激磁電流Í0，一部分為用來平衡Í2，所以這部分電流隨著Í2變化而變化。當(dāng)電流乘以匝數(shù)時(shí)，就是磁勢(shì)。 　　上述的平衡作用實(shí)質(zhì)上是磁勢(shì)平衡作用，變壓器就是通過磁勢(shì)平衡作用實(shí)現(xiàn)了一、二次側(cè)的能量傳遞。 　　變壓器技術(shù)參數(shù)　對(duì)不同類型的變壓器都有相應(yīng)的技術(shù)要求，可用相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)表示.如電源變壓器的主要技述參數(shù)有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級(jí)、溫升、電壓調(diào)整率、絕緣性能和防潮性能，對(duì)于一般低頻變壓器的主要技述參數(shù)是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等. 　　A.電壓比： 　　變壓器兩組線圈圈數(shù)分別為N1和N2，N1為初級(jí)，N2為次級(jí).在初級(jí)線圈上加一交流電壓，在次級(jí)線圈兩端就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).當(dāng)N2>N1時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要比初級(jí)所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當(dāng)N2N2，V1>V2，該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器. 　　B.變壓器的效率： 　　在額定功率時(shí)，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，即η=(P2P1)x100%式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率，P2為輸出功率. 　　當(dāng)變壓器的輸出功率P2等于輸入功率P1時(shí)，效率η等于100%，變壓器將不產(chǎn)生任何損耗.但實(shí)際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時(shí)總要產(chǎn)生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損. 　　銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當(dāng)電流通過線圈電阻發(fā)熱時(shí)，一部分電能就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗.由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損. 　　變壓器的鐵損包括兩個(gè)方面.一是磁滯損耗，當(dāng)交流電流通過變壓器時(shí)，通過變壓器硅鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗，當(dāng)變壓器工作時(shí).鐵芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且成旋渦狀，故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發(fā)熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗. 　　變壓器的效率與變壓器的功率等級(jí)有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗與輸出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低. 　　Ｃ變壓器的功率 　　變壓器鐵心磁通和施加的電壓有關(guān)。在電流中勵(lì)磁電流不會(huì)隨著負(fù)載的增加而增加。雖然負(fù)載增加鐵心不會(huì)飽和，將使線圈的電阻損耗增加，超過額定容量由于線圈產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)的散出，線圈會(huì)損壞，假如你用的線圈是由超導(dǎo)材料組成，電流增大不會(huì)引起發(fā)熱，但變壓器內(nèi)部還有漏磁引起的阻抗，但電流增大，輸出電壓會(huì)下降，電流越大，輸出電壓越低，所以變壓器輸出功率不可能是無限的。假如你又說了，變壓器沒有阻抗，那么當(dāng)變壓器流過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生特別大電動(dòng)力，很容易使變壓器線圈損壞，雖然你有了一臺(tái)功率無限的變壓器但不能用。只能這樣說，隨著超導(dǎo)材料和鐵心材料的發(fā)展，相同體積或重量的變壓器輸出功率會(huì)增大，但不是無限大！ 參數(shù) 　　電源變壓器標(biāo)稱功率、電壓、電流等參數(shù)的標(biāo)記，日久會(huì)脫落或消失。有的市售變壓器根本不標(biāo)注任何參數(shù)。這給使用帶來極大不便。下面介紹無標(biāo)記電源變壓器參數(shù)的判別方法。此方法對(duì)選購(gòu)電源變壓器也有參考價(jià)值。 　　一、識(shí)別電源變壓器 　?。保?從外形識(shí)別 常用電源變壓器的鐵芯有Ｅ形和Ｃ形兩種。Ｅ形鐵芯變壓器呈殼式結(jié)構(gòu)（鐵芯包裹線圈），采用Ｄ４１、Ｄ４２優(yōu)質(zhì)硅鋼片作鐵芯，應(yīng)用廣泛。Ｃ形鐵芯變壓器用冷軋硅鋼帶作鐵芯，磁漏小，體積小，呈芯式結(jié)構(gòu)（線圈包裹鐵芯）。 　　２． 從繞組引出端子數(shù)識(shí)別 電源變壓器常見的有兩個(gè)繞組，即一個(gè)初級(jí)和一個(gè)次級(jí)繞組，因此有四個(gè)引出端。有的電源變壓器為防止交流聲及其他干擾，初、次級(jí)繞組間往往加一屏蔽層，其屏蔽層是接地端。因此，電源變壓器接線端子至少是４個(gè)。 　?。常?從硅鋼片的疊片方式識(shí)別 Ｅ形電源變壓器的硅鋼片是交*插入的，Ｅ片和Ｉ片間不留空氣隙，整個(gè)鐵芯嚴(yán)絲合縫。音頻輸入、輸出變壓器的Ｅ片和Ｉ片之間留有一定的空氣隙，這是區(qū)別電源和音頻變壓器的最直觀方法。至于Ｃ形變壓器，一般都是電源變壓器。 　　二、功率的估算 　　電源變壓器傳輸功率的大小，取決于鐵芯的材料和橫截面積。所謂橫截面積，不論是Ｅ形殼式結(jié)構(gòu)，或是Ｅ形芯式結(jié)構(gòu)（包括Ｃ形結(jié)構(gòu)），均是指繞組所包裹的那段芯柱的橫斷面（矩形）面積。在測(cè)得鐵芯截面積Ｓ之后，即可按Ｐ＝Ｓ2／１．５估算出變壓器的功率Ｐ。式中Ｓ的單位是ｃｍ2。 　　例如：測(cè)得某電源變壓器的鐵芯截面積Ｓ＝７ｃｍ2，估算其功率，得Ｐ＝Ｓ2／１．５＝７2／１．５＝３３Ｗ?剔除各種誤差外，實(shí)際標(biāo)稱功率是３０Ｗ。 　　三、各繞組電壓的測(cè)量 　　要使一個(gè)沒有標(biāo)記的電源變壓器利用起來，找出初級(jí)的繞組，并區(qū)分次級(jí)繞組的輸出電壓是最基本的任務(wù)?，F(xiàn)以一實(shí)例說明判斷方法。 　　例：已知一電源變壓器，共１０個(gè)接線端子。試判斷各繞組電壓。 　　第一步：分清繞組的組數(shù)，畫出[緶吠糩? 　　用萬用表Ｒ１擋測(cè)量，凡相通的端子即為一個(gè)繞組。現(xiàn)測(cè)得：兩兩相通的有３組，三個(gè)相通的有１組，還有一個(gè)端子與其他任何端子都不通。照上述測(cè)量結(jié)果，畫出電路圖，并編號(hào)。 　　從測(cè)量可知，該變壓器有４個(gè)繞組，其中標(biāo)號(hào)⑤、⑥、⑦的是一帶抽頭的繞組，⑩號(hào)端子與任一繞組均不相通，是屏蔽層引出端子。 　　第二步：確定初級(jí)繞組。 　　對(duì)于降壓式電源變壓器，初級(jí)繞組的線徑較細(xì)，匝數(shù)也比次級(jí)繞組多。因此，像圖４這樣的降壓變壓器，其電阻最大的是初級(jí)繞組。 　　第三步：確定所有次級(jí)繞組的電壓。 　　在初級(jí)繞組上通過調(diào)壓器接入交流電，緩緩升壓直至２２０Ｖ。依次測(cè)量各繞組的空載電壓，標(biāo)注在各輸出端。如果變壓器在空載狀態(tài)下較長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)熱，說明變壓器性能基本完好，也進(jìn)一步驗(yàn)證了判定的初級(jí)繞組是正確的。 　　四、各次級(jí)繞組最大電流的確定 　　變壓器次級(jí)繞組輸出電流取決于該繞組漆包線的直徑Ｄ。漆包線的直徑可從引線端子處直接測(cè)得。測(cè)出直徑后，依據(jù)公式Ｉ＝２Ｄ2，可求出該繞組的最大輸出電流。式中Ｄ的單位是ｍｍ。 種類及特點(diǎn) 　　一般常用電源變壓器的分類可歸納如下： 　　(1)按相數(shù)分： 　　(1)單相電源變壓器：用于單相負(fù)荷和三相電源變壓器組。 　　(2)三相電源變壓器：用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。 　　(2)按冷卻方式分： 　　(1)干式電源變壓器：依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量電源變壓器。 　　(2)油浸式電源變壓器：依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強(qiáng)迫油循環(huán)等。 　　(3)按用途分： 　　(1)電力變壓器：用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓。 　　(2)儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。 　　(3)試驗(yàn)變壓器：能產(chǎn)生高壓，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行高壓試驗(yàn)。 　　(4)特種變壓器：如電爐變壓器、[鞅溲蠱鱗⒌髡溲蠱韉取? 　　(4)按繞組形式分： 　　(1)雙繞組變壓器：用于連接電力系統(tǒng)中的兩個(gè)電壓等級(jí)。 　　(2)三繞組變壓器：一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中，連接三個(gè)電壓等級(jí)。 　　(3)自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。 　　(5)按鐵芯形式分： 　　(1)芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。 　?。?）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導(dǎo)磁材料，空載電流下降約80%，是目前節(jié)能效果較理想的配電變 壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低的地方。 　　(3)殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、[找艋鶾鵲牡繚幢溲蠱鰲?div class="bpctrl"> 工作原理 　　1[2]是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器.升壓和降壓用不同的抽頭來實(shí)現(xiàn).比共用線圈少的部分抽頭電壓就降低.比共用線圈多的部分抽頭電壓就升高. 　　2其實(shí)原理和普通變壓器一樣的，只不過他的原線圈就是它的副線圈```一般的變壓器是左邊一個(gè)原線圈通過電磁感應(yīng)，使右邊的副線圈產(chǎn)生電壓，[擇畋溲蠱鱗親約河跋熳約骸? 　　3自耦變壓器是只有一個(gè)繞組的變壓器，當(dāng)作為降壓變壓器使用時(shí)，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當(dāng)作為升壓變壓器使用時(shí)，外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時(shí)屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其余部分稱為串聯(lián)繞組，同容量的自藕變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高．這個(gè)優(yōu)點(diǎn)就越加突出。因此隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展、電壓等級(jí)的提高和輸送容量的增大，自藕變壓器由于其容量大、損耗小、造價(jià)低而得到廣泛應(yīng)用. 　　由電磁感應(yīng)的原理可知,變壓器并不要有分開的原繞組和副繞組,只有一個(gè)線圈也能達(dá)到變換電壓的目的.在圖1中,當(dāng)變壓器原繞組W1接入交流電源U1時(shí),變壓器原繞組每匝的電壓降,電壓平均分配在變壓器原繞組1,2,變壓器副繞組W2的電壓等于原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數(shù).在U1不變的下,變更W1和W2的比例,就得到不同的U2值.這種原,副繞組直接串聯(lián),自行偶合的變壓器就叫自藕變壓器,又叫單圈變壓器. 　　普通變壓器的原,副繞組是互相絕緣的,只用磁的聯(lián)系而沒有電的聯(lián)系,依線圈組數(shù)的不同,這種變壓器又可分為雙圈變壓器或多圈變壓器.由電磁感應(yīng)的原理可知,并不要有分開的原繞組和副繞組,只有一個(gè)線圈也能達(dá)到變換電壓的目的.在圖1中,當(dāng)原繞組W1接入交流電源U1時(shí),原繞組每匝的電壓降,電壓平均分配在原繞組1,2,,副繞組W2的電壓等于原繞組每匝電壓乘以3,4的匝數(shù).在U1不變的下,變更W1和W2的比例,就得到不同的U2值.這種原,副繞組直接串聯(lián),自行偶合的變壓器稱為自耦變壓器,又叫單圈變壓器. 　　自耦變壓器中的電壓,電流和匝數(shù)的關(guān)系和變壓器,既:U1/U2=W1/W2=I2/I1=K 　　自耦變壓器最大特點(diǎn)是,副繞組是原繞組的一部分(如圖1的自耦降壓變壓器),或原繞組是副繞組的一部分(如圖2的自耦升壓變壓器). 　　自藕變壓器原,副繞組的電流方向和普通變壓器一樣是相反的. 　　在忽略變壓器的激磁電流和損耗的下,可如下關(guān)系式 　　降壓:I2=I1+I,I=I2-I1 　　升壓:I2=I1-I,I=I1-I2 　　P1=U1I1,P2=U2I2 　　式中: 　　I1是原繞組電流,I2是副繞組電流 　　U1是原繞組電壓,U2是副繞組電壓 　　P1是原繞組功率,P2是副繞組功率 功能 　　電源變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導(dǎo)線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當(dāng)一交流電流(具有某一已知頻率)流于其中之一組線圈時(shí)，于另一組線圈中將感應(yīng)出具有相同頻率之交流電壓，而感應(yīng)的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 　　一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil);而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應(yīng)電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此，電源變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。 大部份的電源變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導(dǎo)磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當(dāng)高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵芯二者間緊密地結(jié)合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標(biāo)。由于此項(xiàng)升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長(zhǎng)途輸送電力更為經(jīng)濟(jì)，至于降壓變壓器，它使得電力運(yùn)用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實(shí)無法達(dá)到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 　　電源變壓器除了體積較小外，在電力變壓器與電子變壓器二者之間，并沒有明確的分界線。一般提供60Hz電力網(wǎng)絡(luò)之電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個(gè)洲地區(qū)那般大的容量。電子裝置的電力限制，通常受限于整流、放大，與系統(tǒng)其它組件的能力，其中有些部份屬放大電力者，但如與電力系統(tǒng)發(fā)電能力相比較，它仍然歸屬于小電力之范圍。 　　各種電子裝備常用到變壓器，理由是：提供各種電壓階層確保系統(tǒng)正常操作;提供系統(tǒng)中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對(duì)交流電流提供高阻抗，但對(duì)直流則提供低的阻抗;在不同的電位下，維持或修飾波形與頻率響應(yīng)。「阻抗」其中之一項(xiàng)重要概念，亦即電子學(xué)特性之一，其乃預(yù)設(shè)一種設(shè)備，即當(dāng)電路組件阻抗系從一階層改變到另外的一個(gè)階層時(shí)，其間即使用到一種設(shè)備-變壓器。 　　對(duì)于電子裝置而言，重量和空間通常是一項(xiàng)努力追求之目標(biāo)，至于效率、安全性與可靠性，更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個(gè)系統(tǒng)里占有顯著百分比的重量和空間外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要項(xiàng)。在它應(yīng)用方面的差別，使得電力變壓器并不適合應(yīng)用于電子電路上. 　　變壓器---利用電磁感應(yīng)原理，從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器是電能傳遞或作為信號(hào)傳輸?shù)闹匾? 　　1.電源變壓器 ---- 靜止的電磁裝置 　　電源變壓器可將一種電壓的交流電能變換為同頻率的另一種電壓的交流電能 　　電源變壓器的主要部件是一個(gè)鐵心和套在鐵心上的兩個(gè)繞組。 　　電源變壓器原理 　　與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組 　　與負(fù)載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組 　　一次繞組的 二次繞組的 　　電壓相量 U1 電壓相量 U2 　　電流相量 I1 電流相量 I2 　　電動(dòng)勢(shì)相量 E1 電動(dòng)勢(shì)相量 E2 　　匝數(shù) N1 匝數(shù) N2 　　同時(shí)交鏈一次，二次繞組的磁通量的相量為 φm ,該磁通量稱為主磁通 　　2.理想變壓器 　　不計(jì)一次、二次繞組的電阻和鐵耗， 　　其間耦合系數(shù) K=1 的變壓器稱之為理想變壓器 　　描述理想變壓器的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為 　　e1(t) = -N1 d φ/dt 　　e2(t) = -N2 d φ/dt 　　若一次、二次繞組的電壓、電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值均按正弦規(guī)律變化， 　　則有 　　不計(jì)鐵心損失，根據(jù)能量守恒原理可得 　　由此得出一次、二次繞組電壓和電流有效值的關(guān)系 　　令 K=N1/N2，稱為匝比（亦稱電壓比），則 損耗 　　當(dāng)電源變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵芯流動(dòng)，因?yàn)殍F芯本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵芯的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好像p一個(gè)旋渦所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱電源變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制電源變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的?！∮捎陔娫醋儔浩鞔嬖谥F損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率，為此我們引入了一個(gè)效率的參數(shù)來對(duì)此進(jìn)行描述，η=輸出功率/輸入功率。 材料 　　要繞制一個(gè)電源變壓器我們必須對(duì)與電源變壓器有關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識(shí)，為此這里我就介紹一下這方面的知識(shí)?！?、鐵芯材料 　　電源變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，電源變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為12000-16000， 　　2、繞制電源變壓器通常用的材料 　　漆包線，紗包線，絲包線，最常用的漆包線。對(duì)于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用QZ型號(hào)的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。 　　3、絕緣材料 　　在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的電源變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。 　　4、浸漬材料 　　電源變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)電源變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長(zhǎng)使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。 比較 　　一、電源變壓器的制作中，線圈的機(jī)器繞制和手工繞制各有什么優(yōu)缺點(diǎn)? 　　機(jī)器繞制電源變壓器的優(yōu)點(diǎn)是效率高且外觀成形漂亮，但繞制高個(gè)子小洞眼的環(huán)型變壓器卻比較麻煩，而且在絕緣處理工藝的可靠性方面反不如手工繞制到位。手工繞制可以將變壓器的漏磁做得非常小，其在繞制過程中能針對(duì)線圈匝數(shù)的布局隨時(shí)予以調(diào)整，所以真正的Hi–END變壓器一定是純手工繞制，純手工繞制的唯一缺點(diǎn)是效率低、速度慢。 　　二、環(huán)型、EI型、R型、C型幾種電源變壓器哪一種最好? 　　它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)而不存在誰最好之說，所以嚴(yán)格來講哪一種電源變壓器都可以做得最好。從結(jié)構(gòu)上來講，環(huán)型能夠做到漏磁最小，但聲音聽感方面EI型則可以把中頻密度感做得更好一些。單就磁飽和而言，EI型要比環(huán)型強(qiáng)，但在效率上則環(huán)型又優(yōu)于EI型。盡管如此，其問題的關(guān)鍵還是在于你能不能揚(yáng)長(zhǎng)避短而將它們各自的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來，而這才是做好電源變壓器的最根本。 　　目前的進(jìn)口放大器中，環(huán)型電源變壓器的應(yīng)用仍然是主流，這基本說明了一個(gè)問題。發(fā)燒友對(duì)電源變壓器的評(píng)價(jià)要客觀公正，你不能拿一個(gè)沒做好的東西作參考而說它不好。有人說環(huán)型電源變壓器容易磁飽和，那你為什么不去想辦法把它做到不容易磁飽和?而原本通過技術(shù)手段是可以做到這一點(diǎn)的。不下足功夫或者一味地為了省成本，那它當(dāng)然就容易磁飽和了。同理，只要你認(rèn)真制作，EI型電源變壓器的效率也是能做到很高的。 　　電源變壓器的品質(zhì)好壞對(duì)聲音的影響很大，因?yàn)殡娫醋儔浩鞯膫鬏斈芰颗c鐵芯、線圈密切關(guān)聯(lián)，其傳遞速率對(duì)聲音的影響起決定性作用。像EI型電源變壓器，人們通常覺得它的中頻比較厚，高頻則比較纖細(xì)，為什么呢?因?yàn)樗膫鬏斔俣认鄬?duì)比較慢。而環(huán)型呢?低頻比較猛，中高頻則又稍弱一點(diǎn)，為什么?因?yàn)樗鼈鬏斔俣缺容^快，但是如果通過有效的結(jié)構(gòu)改變，你就可以把環(huán)型和EI型都做得非常完美，所以關(guān)鍵還是要看你怎么做。 　　不過至少可以肯定一點(diǎn)的是，R型電源變壓器不是太容易做好。用它來做小電流的前級(jí)功放和CD唱機(jī)電源還可以，如果用來做后級(jí)功放的電源，則有比較嚴(yán)重的缺陷。因?yàn)镽型電源變壓器本身的結(jié)構(gòu)形式不太容易改變，而環(huán)型和EI型則相對(duì)容易通過改變結(jié)構(gòu)來達(dá)到靚聲目的。采用R型電源變壓器制作的功率放大器電源，通常聲音很板結(jié)而匱乏靈氣，低頻往往沒有彈跳力而顯得較硬。 　　三、電源變壓器鐵芯的硅鋼片含硅量越大就越好嗎? 　　未見得，矽鋼片含硅量的大小對(duì)變壓器的質(zhì)量影響不是很大，而有取向和無取向則和鐵芯的型號(hào)有關(guān)系。其次，即使是同樣型號(hào)的鐵芯如果你工藝處理不好，那品質(zhì)差別也是很大的，其差別有時(shí)甚至高達(dá)百分之四五十。 　　好的鐵芯而同樣的材料其熱處理和線卷繞制工藝十分關(guān)鍵，良好的熱處理只需很小的10mA激磁電流就能達(dá)到15000高斯，而不好的熱處理則可能要50mA的激磁電流才能達(dá)到相應(yīng)的15000高斯，這二者之間的懸殊差別是很大的。從專業(yè)的角度來判斷鐵芯的好與不好，主要是通過激磁電流、鐵損耗、飽和參數(shù)幾項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。 　　四、環(huán)型電源變壓器的帶式硅鋼片若采用了拼接工藝，是不是就意味著品質(zhì)肯定不好? 　　還不能一概而論，但是拼接的斷位頭不易太多，因?yàn)槎嘁粋€(gè)斷位就多了一個(gè)漏磁點(diǎn)，所以接頭點(diǎn)最好不要超過2–3個(gè)。制作工藝上凡斷頭拼接均要予先經(jīng)過酸洗處理，但制造高檔音響器材的環(huán)型變壓器，嚴(yán)格來講還是采用無拼接的矽鋼片為最好，其工藝質(zhì)量會(huì)更有保障。 　　五、電源變壓器中的硅鋼片材料有什么講究? 　　由于硅鋼在交變磁場(chǎng)中的損耗很小，所以電源變壓器主要都是采用硅鋼片來作磁性材料。硅鋼片可分為熱軋和冷軋兩類，冷軋硅鋼帶由于具有較高的導(dǎo)磁系數(shù)和較低的損耗，因此用來制作電源變壓器具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)勢(shì)。熱軋硅鋼帶的性能則略遜色于冷軋硅鋼帶。 　　普通的EI型電源變壓器是將硅鋼板沖制成0.35–0.5mm厚的E型和I型片子，經(jīng)過熱處理后再插入繞組線包內(nèi)，這類鐵芯以使用熱軋硅鋼片居多(含硅量很高的優(yōu)質(zhì)硅鋼片型號(hào)為D41、D42、D43、D301)。環(huán)型和C型電源變壓器的鐵芯則是采用冷軋硅鋼帶經(jīng)卷繞而成形，其中C型電源變壓器系經(jīng)熱處理浸漆后再切開制成。 　　電源變壓器的漏電感是由未穿過初、次級(jí)線圈的磁通產(chǎn)生的，這些磁通穿過空氣而自成閉合磁路。增強(qiáng)電源變壓器變壓器初、次級(jí)間的耦合密度可以減小漏感。良好的電源變壓器其漏感應(yīng)不超過初級(jí)線圈電感的1/100，高保真Hi–Fi用的膽機(jī)輸出變壓器則不應(yīng)超過1/500。 　　判斷音響用電源變壓器硅鋼片質(zhì)量高低的重要參數(shù)之一是硅鋼片的最大磁力線密度。常用的幾種優(yōu)質(zhì)硅鋼片型號(hào)如下∶D41–D42，最大磁力線密度(單位–GS高斯)10000–12000GS;D43，最大磁力線密度11000–12000GS;D301，最大磁力線密度12000–14000GS。 檢測(cè) 　　一、中周電源變壓器的檢測(cè)：?? 　　A、將萬用表?yè)苤罵1擋，按照中周變壓器的各繞組引腳排列規(guī)律，逐一檢查各繞組的通斷情況，進(jìn)而判斷其是否正常。 　　B、檢測(cè)絕緣性能：將萬用表置于R10k擋，做如下幾種狀態(tài)測(cè)試：?? 　　(1)初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間的電阻值；?? 　　(2)初級(jí)繞組與外殼之間的電阻值；?? 　　(3)次級(jí)繞組與外殼之間的電阻值。 　　上述測(cè)試結(jié)果分出現(xiàn)三種情況：?? 　　(1)阻值為無窮大：正常；?? 　　(2)阻值為零：有短路性故障；?? 　　(3)阻值小于無窮大，但大于零：有漏電性故障。?? 　　二、電源變壓器的檢測(cè)：?? 　　A、通過觀察變壓器的外貌來檢查其是否有明顯異?，F(xiàn)象。如線圈引線是否斷裂，脫焊，絕緣材料是否有燒焦痕跡，鐵芯緊固螺桿是否有松動(dòng)，硅鋼片有無銹蝕，繞組線圈是否有外露等。 　　B、絕緣性測(cè)試。用萬用表R10k擋分別測(cè)量鐵芯與初級(jí)，初級(jí)與各次級(jí)、鐵芯與各次級(jí)、靜電屏蔽層與衩次級(jí)、次級(jí)各繞組間的電阻值，萬用表指針均應(yīng)指在無窮大位置不動(dòng)。否則，說明變壓器絕緣性能不良。 　　C、線圈通斷的檢測(cè)。將萬用表置于R1擋，測(cè)試中，若某個(gè)繞組的電阻值為無窮大，則說明此繞組有斷路性故障。 　　D、判別初、次級(jí)線圈。電源變壓器初級(jí)引腳和次級(jí)引腳一般都是分別從兩側(cè)引出的，并且初級(jí)繞組多標(biāo)有220V字樣，次級(jí)繞組則標(biāo)出額定電壓值，如15V、24V、35V等。再根據(jù)這些標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別。 　　E、空載電流的檢測(cè)。 　　(1)直接測(cè)量法。將次級(jí)所有繞組全部開路，把萬用表置于交流電流擋(500mA，串入初級(jí)繞組。當(dāng)初級(jí)繞組的插頭插入220V交流市電時(shí)，萬用表所指示的便是空載電流值。此值不應(yīng)大于變壓器滿載電流的10％～20％。一般常見電子設(shè)備電源變壓器的正常空載電流應(yīng)在100mA左右。如果超出太多，則說明變壓器有短路性故障。 　　(2)間接測(cè)量法。在變壓器的初級(jí)繞組中串聯(lián)一個(gè)10?/5W的電阻，次級(jí)仍全部空載。把萬用表?yè)苤两涣麟妷簱?。加電后，用兩表筆測(cè)出電阻R兩端的電壓降U，然后用歐姆定律算出空載電流I空，即I空=U/R。 　　F、空載電壓的檢測(cè)。將電源變壓器的初級(jí)接220V市電，用萬用表交流電壓接依次測(cè)出各繞組的空載電壓值(U21、U22、U23、U24)應(yīng)符合要求值，允許誤差范圍一般為：高壓繞組≤10％，低壓繞組≤5％，帶中心抽頭的兩組對(duì)稱繞組的電壓差應(yīng)≤2％。 　　G、一般小功率電源變壓器允許溫升為40℃～50℃，如果所用絕緣材料質(zhì)量較好，允許溫升還可提高。 　　H、檢測(cè)判別各繞組的同名端。在使用電源變壓器時(shí)，有時(shí)為了得到所需的次級(jí)電壓，可將兩個(gè)或多個(gè)次級(jí)繞組串聯(lián)起來使用。采用串聯(lián)法使用電源變壓器時(shí)，參加串聯(lián)的各繞組的同名端必須正確連接，不能搞錯(cuò)。否則，變壓器不能正常工作。I.電源變壓器短路性故障的綜合檢測(cè)判別。電源變壓器發(fā)生短路性故障后的主要癥狀是發(fā)熱嚴(yán)重和次級(jí)繞組輸出電壓失常。通常，線圈內(nèi)部匝間短路點(diǎn)越多，短路電流就越大，而變壓器發(fā)熱就越嚴(yán)重。檢測(cè)判斷電源變壓器是否有短路性故障的簡(jiǎn)單方法是測(cè)量空載電流(測(cè)試方法前面已經(jīng)介紹)。存在短路故障的變壓器，其空載電流值將遠(yuǎn)大于滿載電流的10％。當(dāng)短路嚴(yán)重時(shí)，變壓器在空載加電后幾十秒鐘之內(nèi)便會(huì)迅速發(fā)熱，用手觸摸鐵芯會(huì)有燙手的感覺。此時(shí)不用測(cè)量空載電流便可斷定變壓器有短路點(diǎn)存在。 　　國(guó)內(nèi)四大變壓器制造廠商為：沈陽(yáng)變壓器廠（2004年被特變電工股份有限公司兼并），西安變壓器廠，保定變壓器廠，特變電工股份有限公司，國(guó)外有名的公司有西門子，ABB等。 　　電源變壓器磁屏蔽 　　人造衛(wèi)星遠(yuǎn)離地面幾千至幾萬千米，為了使各種資料正確無誤發(fā)回地球，應(yīng)避免衛(wèi)星上 的各種儀器間的相互干擾和宇宙磁場(chǎng)的影響；在電信技術(shù)中，有些通信設(shè)備的線圈會(huì)產(chǎn)生互感；各種精密儀器儀表，為保持精確，必須避免雜散磁場(chǎng)和地磁場(chǎng)的影