变压器基础知识

变压器基础知识主讲人：向寿勤主要内容1、变压器的基础知识。2、变压器的结构和材料特性。3、变压器的主要功能和性能参数。4、变压器相关安规要求（部份）一、变压器的基础知识：1、变压器的发展自法拉第发明感应线圈到现在已有170多年历史，真正有实用价值的变压器是1850年德国技师鲁姆科尔夫制成，变压器经过一百多年的发展与不断改进，现已相当成熟。从感应线圈→低频变压器→高频变压器，高频变压器的频率越做越高，外形越来越小，近几年更是趋向平面式和贴片式发展。传统低频变压器趋向于小型化、节能化发展。2、变压器的基本原理。U1U2这是一个简单的原理图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路，在次级线圈中感应出互感电势U2。3、变压器的损耗当变压器的初级通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好像一个旋涡所以称为“涡流”，这个“涡流”使变压器损耗增加，并且使铁心发热温升增加，由涡流所生产的损耗称为“铁损”，另外绕制变压器所用的导线，一般是用漆包铜线（也有用铝线），导线存在电阻，电流通过电阻会消耗一定的功率，这部分损耗变成热量而消耗，称为铜耗。所以变压器温升主要由铜损和铁损产生的，因此变压器的输出功率永远小于输入功率，效率与P1、P2之关系为η=P2/P1。二、变压器结构和材料特性1、变压器的材料用于变压器的材料有铁芯（CORE）（环型、C型、R型、异型、EI型等等）漆包铜线（GW）有（1UEW、2UEW、1PEW、2PEW等），绝缘胶带（有聚脂薄膜、唛拉胶带、电工胶带），电子线（LW）（有双层绝缘线1672、1617，单层1015等），套管（TUBE）（有热缩套管，矽质套管，硅胶套管等），温控保护器，温度保险丝（FUSE），保险管（T。FUSE）等，凡立水，天那水（表面），环氧树脂（EPOXY）（灌封用）等。2．变压器的结构：以图示说明加强绝缘（MARGINTAPE）（防止漏电）（1）EI型变压器骨架（BOBBIN）（2）已绕好初级和次级线圈的线苞（3）已包好胶带（TAPE）的半成品线苞，欧规双层绝缘（4）已插好铁芯（CORE）的变压器（5）成品变压器（TRANSFORMER）（1）环形铁芯（CORE）（2）已包好聚脂薄膜（POLYESTERTAYE）的铁芯（3）已绕好初级线圈（PRIMARY）的变压器（4）初级绝缘（5）安装温控保护器（FUSE）（6）已绕好次级等最后绝缘LABEL需灌注环氧树脂（EPOXY）（6）成品变压器（1）环形镇流器铁芯（2）气隙处已灌好绝缘树脂A。B胶（3）已绕好漆包线（GW）的镇流器（4）成品镇流器三：变压器主要功能和参数：变压器的用途广泛，几乎所有的电子产品都要用到变压器，比如我们身边的手机、电视机、日光灯、音响、功放，无一不用到变压器，它的主要功能有电压变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。在大多数电子产品中，变压器起着举足轻重的作用，变压器的好坏直接关系到终端产品的质量，比如：功放、音箱变压器在功放中相当于人的心脏，它的主要参数有（只针对目前我们生产的产品）常规低三：变压器主要功能和参数：频有：输入电压（INPUTVOLTAGE））、频率（HZ）、电流（A）、空载电流（UNLOAD）、输出电压（OUTPUTVOLTAGE）、输出电流、功率（POWER）、满载电流、耐高压（HI-POTTEST）、温升、寿命、外形尺寸，镇流器有：输入电压频率、电流、最低启动电压、最大（MAX）启动电流、功率因数（POWERFACTOR）等。四：变压器的安规在VDE标准规格里，对于变压器的设计、制造与利用都有严格的规定，以满足大多数其它国家的安全需求，在UL标准规格中，要求用在变压器结构中的所有材料必须有94V-2或是更好的材料。1、变压器的绝缘变压器的绕线依照需求，必须以绝缘做物理上的分隔，在绕组线上的亮漆、瓷漆或洋漆涂料以及其它的金属组件，必须符合标准要求，比如漆包线要求1PEW在经过20％的拉伸后能承受3750V/0.5Ma/1秒的高压，击穿针孔每米不能多于6个。2、变压器的电介值强度当使用复合层的绝缘厚度时，任何两层之间必须能够承受电介质强度，测试时绝缘层接触在一起且测试电位加于外部表面（一般为3750V0.5MA60秒）。3、变压器的绝缘电阻绝缘用于变压器的结构中必须在绕组之间，以及在绕组与铁心和框架金属之间必须有10M殴的最小电阻值，并在1分钟内提供500Vac的电压。4、变压器沿面与间隙距离绕组之间，绕组与端点，金属板、铁心框架，绕组通过引线间，端点之间、端点---铁心与框架之间必须满足标准，VDE为3MM，UL较高4-6MM。5、变压器水阻在高湿度91-95％的情况下，湿度在20-30℃之间，变压器须保持绝缘阻抗及介电强度。6、变压器温度额定值在VDE标准中规定，正常操作下对特定的绝缘等级而言，最大的稳定化温度必须不超过绝缘等级温度。绝缘等级分为七个等级：YAEBFHC90℃105℃120℃130℃150℃180℃180℃以上环型变压器的发展1、自米切尔·法拉第发明了变压器以来，变压器生产工艺和使用材料发生了重大改变。最初由于线圈骨架上容易绕线，叠片变压器得到广泛应用。但是由于叠片变压器的磁路有气隙，磁路的有效性不高。C型铁芯变压器虽然减小了气隙，并保留了线圈骨架上容易绕制线圈的优点，但是磁路中仍有气隙。环型变压器的发展高速环型变压器绕线机的发明，使得有可能快速、完整地把导线绕在封闭的环型铁芯上，因而可以发挥无气隙铁芯的全部优点。无气隙铁芯变压器和同等容量的叠片变压器相比，有体积小、重量轻、漏磁小等优点。近年来，由于劳动力成本急剧上升和绕线技术不断改进，环型变压器与叠片变压器的价差很小。目前，与叠片变压器和C型变压器相比，15～50VA的环型变压器价格较贵，200～500VA环型变压器的价格略低一些，500VA以上环型变压器的价格有很大优势。然而，在许多应用中，环型变压器的技术特性优势更重要。环型变压器的发展2、环型铁芯环型铁芯由硅钢带缠绕而成，很象一个绕紧的钟表发条，绕好后浸渍并封装于塑料壳内，铁芯可以涂覆。1990年，铁芯材料的最重大发明是：在低含碳量0．04%热轧低碳钢中，渗入少量的硅，形成合金，改善了热轧硅钢带的性能。新材料虽克服了磁性退化问题，但导磁率和延展性下降，冲压和成型困难。环型变压器的发展l930年冷轧硅钢带在压延方向上的磁特性得到重大改善，晶粒取向性、硅钢带的工作磁通密度、导磁率大大提高，损耗减少。遗憾的是，这些优点只有在磁通与晶粒方向一致的条件下，才能够得到。对于叠片铁芯磁路的研究表明，大约有40％铁芯与最优方向成90°；另外40％做为磁通回路，剩余的一小部分铁芯能够充分发挥潜能状态。然而，在环型铁芯中，磁通方向总与晶粒方向一致，但当晶粒取向与磁通方向成90°时，GOSS的有效性比热轧硅钢带的性能还要差。环型变压器的发展GOSS铁芯的平均工作磁密大约为1.6T，相应的热轧硅钢带大约为1．3T，两种材料相应的耗损为0．45W／1B和1．25W／1B，比铜损小许多。低铁损的主要原因是，环型铁芯有一个连续不断的磁路，而叠片铁芯变压器在EI片间有气隙；因此，存在较大的气隙磁阻是叠片变压器的主要缺点。环型变压器的发展在磁性元件中，空气间隙的滋阻远远大于铁芯的滋阻。空气间隙的磁阻不仅使叠片铁芯变压器效率降低，而且还会使气隙边缘磁密增加。一部分磁通漏到变压器周围的空间，在导线、印制板和无源元件上产生寄生电动势。为了减少气隙的影响，可采用C型铁芯。把钢带绕在芯轴上，浸渍后切成两半，磨光切开的表面，抛光并蚀刻。这样，两部分铁芯在线圈骨架内接触时，间隙很小。环型铁芯没有空气间隙，并且有反向缠绕的绕组，可进一步减小寄生磁场，电噪声可减小到叠片变压器的1／7～1／10。环型变压器的发展环型铁芯不但磁性能优良，而且还有许多机械方面的优点：片间压力可以严格控制，并且可达到95％的同一水准。采用浸渍技术，可使铁芯成为牢固的整体，在绕线和加工过程中不变形；由于环型铁芯非常牢固，减少了磁致伸缩力的影响；因而减少了振动和音频噪声。环型变压器有许多固定方法，最常用的方法是利用环型变压器的中心孔固定。环型铁芯的直径／高度／宽度比可以按照要求随意变化。通常，变压器的重量随着高度的增加而减少，但是铁芯高度、导线平均匝长和铜重增加，抵消了铁重的减轻。环型变压器的发展3环型变压器的绕组绕线时，导线通过铁芯中心孔，绕到铁芯，外表面，再绕回中心孔。绕线是利用可将铁芯套入的开口环型线梭完成的；把适当长度的导线绕入线梭的线槽内，导线的一端固定在铁芯上：将导线从线梭绕在铁芯。当所需的匝数绕完后，剽余的导线从线梭上除去，然后打开线梭开口，将铁芯从线梭中取出。绕组和铁芯尺寸受绕线机限制，对线梭的要求与导线和绝缘有关，铁芯的最大高度也受线梭直径限制。绕组的另一个作用是坚固铁芯，以减小电磁振动，降低音频噪声，还可以作为绕组间的静电屏蔽。利用特殊的绕线技术，可能减小绕组的磁场影响。标准环型绕线机的最高绕线速度为2000匝/分。由延伸性和绝缘性良好的导线制成的绕组成品率极高。环型变压器的发展4应用环型变压器明显优于叠片铁芯变压器的实例是：船用低压高亮度导航灯的电源变压器，可安装在全方位无线电信标机天线杆的顶端上。其它变压器安装在这种位置上很困难，但是，环型变压器有中心孔，只要筒单地套在天线秆上，接上电源即可。环型变压器的低辐射场是它固有的优点。当使用叠片变压器时，若辐射噪声过大，可采用屏蔽技术，当这种方法仍不能达到要求时，应当采用环型变压器。由于环型变压器具有低噪声持性，因此美国将它用于高保真度音响设备和视频显示终端；日本把它用于功率放大器、电子试验仪和通用设备。当环型变压器固有的低噪声特性不能满足要求时，可外加低碳钢或微金属罐屏蔽。保险或软起动电阻。目前受绕线机的限制，可制作的环型变压器最大容量为10kVA。对于一般电子设备来说。这个容量已经足够了。5主要优点环型变压器主要优点是辐射场较低和效率较高。在尺寸和重量减半的情况下，能够达到给定的容量，如果使用容量稍大—些的变压器，则变压器的温度可以降低。中心孔固定方式使环型变压据很容易安装印刷电路板上。环型变压器具有高度的灵活性，可根据机箱与整体装配的要求，设计变压器的尺寸。由于制作环形变压器不需要冲模，也不需要线圈骨架注塑模具，所以生产周期短，适用于中小批量生产，能够满足当代电子设备不断改型的需要。培训结束！谢谢大家！