变压器滤波器讲义综述

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1、变压器讲义 演讲人：刘忠生 2010-1-22 演讲内容提纲 一、变压器的工作原理 二、变压器的分类 三、变压器的用途 四、变压器的构成及要求 五、变压器制作的工艺流程 六、变压器常出现的问题 七、变压器制作需要的信息 一、变压器的工作原理 变压器（火牛）的基本原理就是电磁感应原理：电-磁-电 当有交变电流 I1 通过 N1 时铁心中将感应产生一个交变的磁通 m （最大磁通密度），在主磁通m的作用下在线圈（N1、N2 ）上分别产生感应电压 E1、E2， (E14.44 f m N1；E24.44 f m N2) (m=BS) 当不考虑线圈上的压降时: E1U1； E2U2 U1/U2 =N1/

2、N2 即匝数比=电压比，当U1一定时通过改变匝数比 就可得到所需要的电压U2N2/N1U1 磁场强度H=NI/L(安匝/米);磁通密度B(1T=1000mT=10000GS); 磁导率u=B/H N1叫初级（初侧、一次侧、原边）线圈；N2叫次级（次侧、 二次侧、副边）线圈；N1/ N2=n 称为变比 当不接负载R（空载）时，次级电流I20,初级电流I1I0, 称激磁电流，也是空载电流（铁损电流不计时）。当接有 负载时，I2U1/R；初级电流I1I0+n/I2+Ii(损耗电流) 变压器与电感最大不同之处：电感只有自感，变压器有自感 还有互感（不同绕组之间互相感应，或叫耦合）从而实现 变压器的特性

3、。 变压器的主要特性有: 1、实现初级与次级之间的隔离； 2、实现电压的变换：N1/N2=V1/V2 （成正比） 3、实现电流的变换：N1/N2=I2/I1 （成反比） 4、实现阻抗的变换：N1/N2=Z1/Z2 （成正比） 当变压器的次级为多个绕组时：（如下图） 中间两线表示为铁芯中间一线表示为磁芯虚线表示为内屏蔽, 起静电屏蔽作用。 输入功率输出的总功率+损耗功率 P1=P2+P3+P4+P0 P2I2*U2=I2*U1*N2/N1 P3=I3*U3=I3*U1*N3/N1 P4=I4*U4=I4*U1N4/N1 P0=I0*U1 (铁损+铜耗)变为热量耗掉 变压器的转换效率输出的总功 率

4、/输入功率（60%95%） 输入功率与铁心截面积成正比 S系数*P开方，每匝电压V04.44 f B S*10-8 线圈匝数N1=V1/ 4.44 f B S*10-8 二、变压器的分类 按用途上分有: 1、电力变压器-用于电力系统的电能传输（升压及降压） 2、电炉变压器-用于炼钢炉供电 3、电焊变压器-用于电焊机 4、整流变压器-用于电机供电 5、仪器变压器-用于电子仪器设备中 6、陶瓷变压器-用于电子线路中升高压比较理想 7、电子变压器-用于电子线路中（电源、音频、换向、脉 冲、扫描、匝配、谐振、选频、变频、等） 按电源相数上分有： 单相、三相、及多相变压器； 按绕组上分有： 单绕组（自耦

5、）、双绕组、多绕组； 按线包与磁心组合上分有：心式（线圈在内）和壳式（ 线圈在外），心式效率高些； 按冷却方式上分有：干式（自泠）、油浸式（油泠）、等 等 按防潮方式上分有：开放式、灌封式、全密封式、 按安装方式上分有：直插式变压器（立式和卧式）、贴片 式变压器、引线式、接线式、螺装式变压器； 按工作频率上分有：1、低频变压器：一般指工作频率在 1kHz 以下的变压器，以50Hz的工频变压器为主；2、 高频率变压器：一般指工作频率在1kHz 以上的变压器 ，以30kHz300kHz为主；3、甚高频率变压器：一般 指工作频率在1MHz 以上的变压器，常用于信号处理中 ；按功率大小上分有：小功率变

6、压器（100W以下）、 中功率变压器（100W500W）、大功率变压器（ 500W以上）、及超大变压器（电力上用的数万W以上 ）功率愈大体积愈大 三、变压器的用途 变压器只适用于交变电，可把交流电转变为不同要求的交流电 ，即 AC-AC ,这个AC可以是各种波，如正弦波、或脉冲波。 如果要把直流电转为直流电，就要先把直流电转为交流电 后再通过变压器变为交流电，然后通过整流后变为直流电 ，即DC-AC-AC-DC。 我国的用电为单相220V/50Hz和三相380V/50Hz的正弦波交流电 ，除了少数用电设施（如电机、电灯、加热、等）可不通 过转换直接用电外，大多数都是需要通过转换后才能使用 的，

7、要转换就离不变压器，特别是电子变压器，被普遍用 于各种家电，各种电源以及各种电子产品之中。采用直流 供电的也需要转换成不同的电压值。可以说变压器的应用 非常广泛。AC-AC、AC-DC、DC-AC、DC-DC的电压变换、电 流变换、阻抗变换、隔离、及各种信号的耦合都需要用到 变压器。 信号隔离耦合用的变压器工作频率是不定的，如脉冲变压器。 四、变压器的构成及要求 一般变压器主要由磁材、骨架、线材、绝缘材构成， 1、磁材：主要有铁心和磁心，以磁材的H-B曲线说明： H轴为磁场强度，单位奥斯特（安匝/米），H=线圈匝数N*线圈电 流I/磁路长度；B轴为磁通密度，单位特斯拉（T）1T 1000mT=

8、10000GS，曲线1为初始磁化曲线，曲线1的B/H变化率 为初磁导率ui,曲线2和曲线3为磁滞曲线，B跟不上H的变化， Br为剩磁，Hc为矫顽力，Bs为饱和磁通密度，Hs为饱和磁场强 度，磁饱和时磁导率为ui 0， 感量L= 0；（L= ui*4*10-9*N2*S/L） 为了不出现磁饱和，要求Bs愈高愈好， 线圈电流过大时，容易饱和，有时需 在磁路上开气隙来增大磁阻，使其不 易达到饱和点Bs；实际工作时是在Bs 以内的；造成铁/磁损的原因是：磁滞、 涡流、漏感、 铁心：铁心是采用0.20.5mm厚的硅钢片加工成(EE、O 、 EI 、CD、CE 、 )等形后，再经过热处理和绝缘处理后（每

9、片间是绝缘的）叠放起来而成。根据不同的功率要求选用 不同的铁心尺寸。铁心截面积S1.2*P的根号。 它的最大特点是具有很高的磁饱和密度Bs值，一般可达 1200020000高斯，导磁率比较高。缺点是电阻率很小， 铁心中有感应电流-涡流，涡流是磁损的主要原因，它使 得铁心发热，且与频率正比，频率愈高铁心的温度愈高， 所以铁心只能用于工作频率在1kHz以下的场和。 磁心：磁心是采用磁粉压制成形后，高温烧结而成的。从结 构形状上的不同,常用的有：EE形、EI形、EER形、 EED形 、 EFD形、 EPC形、 EP形、 ER形、 ET形、 RM形、 POT 形、 PQ形、 UI形、 UU形、 T形、

10、等等。 每种形状分有不同的尺寸以满足不同功率的需要，根据功率 不同的要求选用不同尺寸的磁心，尺寸愈大的磁心功率愈 大，电子变压器常用的磁心在几千W以下。 从材质上的不同分有锰锌、镍锌、铜锌、铁粉心、合金磁粉 心、非晶以及纳米晶等。 磁心比起铁心具有较低的电阻率，涡流损耗小，可工作在较 高的频率下，工作频率在1kHz 1MHz的一般采用锰锌材质 的磁心，1MHz以上的可采用镍锌及其它材质的磁心。但磁 心的饱和磁通密度较低，一般为Bs只有几千高斯以下， 磁导率高的磁心电阻率低，磁损大，居里温度Tc低，工作频 率也就低；磁导率低的磁心电阻率高，磁损小，居里温度 Tc高，工作频率也就高； 对于一般的电

11、子变压器，工作频率常在几十到几百kHz，可采 用磁导率在2000至4000的锰锌磁材为佳，对于较大功率的 变压器因工作温度较高，应选用居里温度Tc大于200度以上 的磁心。 2、骨架：它主要是用来支撑线圈和隔离铁/磁心的。要求 具 有较高的绝缘性和机械强度以及耐热性。一般为塑胶或胶木 材质，是专为不同规格的铁/磁心配套设计的，种类比较多 。小功率的有贴片式和直插式，大功率的螺装为主。骨架属 安规材料，要通过安规认证的才能使用。 环形（T形）磁心可不需用骨架。 3、线材：也叫电磁线，用来绕制各绕组线圈，要求有很好的 导电性、柔韧性，外表面的绝缘层要求有足够的耐电压性、 耐热性、耐磨性、耐化学腐蚀

12、性，常用的有漆包线、纱包线 、丝包线、纸包线、还有三层绝缘线等。电子变压器大多采 用圆铜漆包线，从绝缘层材料上分有：油基性线（Q）、聚 酯线（QZ/PEW）、聚氨酯线（QA/UEW）、聚酯亚氨线（QZA ）、聚酰亚胺线（QYZ）等；从绝缘层的厚度上分为0、1、2 、3几种，0号的漆层最厚，耐电压最高；从温度等级上分有 A级/105、E级/120、B级/130、F级/155、H级/180； 小功率电子变压器中最常用的圆铜芯漆包线是聚氨酯线（ QA/UEW） ，其优点是可直接焊接，不用去漆皮，有以下几 种温度等级的，直焊性130/B级的去漆皮的锡温为380度，直 焊性155/F级的为400度，直焊

13、性180/H级的为420度；绝缘层 厚度有0、1、2、3几种，线径有0.03mm到2.5mm各种规格， 可根据不同工作电流值及电流密度的需要来选用不同的线径 ，也可用线号来表示（常用4910）。电流密度单位（A/mm2 ），取值可根据不同温升要求及变压器的散热条件而定，一 般可在2.56中选择。用线愈粗，直流电阻愈小，铜损愈小 ，温升就愈小。但线粗了线包会增大，成本会升高 选用什么规格的线材，要根据具体使用条件及要求合理选用。 要考虑到漆皮的材质、漆皮的厚度、温度等级以及价格的不 同。电流较大时还可用铜带。 4、绝缘材料：主要用于线包绕制中的绝缘，可分为层间、组 间、组外、留边以及引出绝缘。要

14、求有足够的耐电压性、耐 热性、耐破损性、耐化学腐蚀性等，常用的有电话纸、电缆 纸、牛皮纸、黄腊布、聚脂膜、聚酰胺膜、聚亚胺膜等， 目前小功率变压器最常用的是厚度为0.030.1mm的聚脂绝缘 胶带。层间绝缘一般细线为一层，较粗的线要两层，组间绝 缘为三至四层，组外绝缘为两至三层。对耐压要求较高的要 在引出线加绝缘套管，并在绕制 每层时加绝缘挡墙（0.10.5mm厚的 无坊绝缘胶带，宽度28mm）， 以保证有足够的爬电距离。有时引 出线需加绝缘套管（铁氟龙套管） 绝缘材料也属安规材料，需有安规 认证。还需注意绝缘材料的温度等 级。 五、变压器制作的工艺流程 1、材料的确认 制作前需对所用的材料的

15、规格、参数及尺寸进行确认，包括 材料的温度等级要求。所有材料应是通过确认及来料检验 合格的。 2、线包的绕制 线包的绕制可分为蜂绕、乱绕、排绕（密绕和疏绕），电子 变压器一般都要求排绕，在绕制绕时注意：同名端不能搞 错，线不能打结，不能叠压，不能损伤线的漆皮，要绕平 绕紧，引出线时要加绝缘隔离，不能直接压在线圈上，层 间及组间绝缘层的重叠部份不能在装铁心窗口的哪一面。 注意装入铁心一面线包的尺 寸要求。外绝缘层的收口应 在装铁心窗口的中心部位， （装上铁心后看不到收口） 有时要求测试匝数。 3、装铁/磁心 装铁心时将硅钢片交错叠放入线包的窗口中，0.3mm厚以下 的可每两片两片的装， 0.35

16、mm以上厚的每一片交错装， 要求装平装紧，注意不能用力敲打，可用木板垫着轻轻敲 平，不能损伤硅钢片表面的绝缘层，最后固定紧。 装磁心时注意接触面不能有异物，磁心的接口要对齐，有要 求磁心开气隙的应将开气隙的另一半统一装在上面，最后 用胶带固定紧，要求胶带平整，收口处在底部的中心位置 装配好后要对引出端上锡处理。 4、浸渍绝缘清漆（凡立水） 一般变压器都要求进行真空浸漆处理，真空浸漆可让漆能进 入到变压器的小缝隙里。浸漆的目的在于增强绝缘、防潮 ，对线圈及铁心起到很好的固定作用，变压器常因浸漆不 好产生嘶叫声。有的要求两次真空浸漆。浸漆要通过高温 烘烤，最后对引出脚去漆处理。 5、电性测试 变压器需要测试的参数有：绝缘电阻、耐电压、感量、漏感 、直流电阻、匝间短路、空载电流、电压比、同名端、效 率、温升、尺寸等，许多参数可在变压器综合测试仪上一 次完成。 6、外观处理 对残留漆及引脚要进行处理 7、成品测试、检验 8、包装 六、变压器常出现的问题 1、耐电压不过