高頻變壓器的分析與設計

1、高頻鏈中高頻變壓器的分析與設計 文章作者：四川成都西南交通大學 龍海峰 郭世明 江蘇南京國電南京自動化股份有限公司 咼道靜文章類型：設計應用 文章加入時間：2004年9月6日14:54文章出處：電源技術應用    摘要：高頻鏈逆變技術用高頻變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)逆變器中笨重的工頻變壓器，大大減小了逆變器的體積和重量。在高頻鏈的硬件電路設計中，高頻變壓器是重要的一環(huán)。敘述了高頻變壓器的設計過程。實驗結(jié)果證明該設計滿足要求。     關鍵詞：高頻鏈；高頻變壓器；逆變器引言MESPELAGE于1977年提出了高頻鏈逆變技術的新概念1。高頻鏈逆變技術與常規(guī)的逆

2、變技術最大的不同，在于利用高頻變壓器實現(xiàn)了輸入與輸出的電氣隔離，減小了變壓器的體積和重量。近年來，高頻鏈技術引起人們越來越多的興趣。1 概述圖1是傳統(tǒng)的逆變器框圖。其缺點是采用了笨重龐大的工頻變壓器和濾波電感，導致效率低，噪音大，可靠性差。另外，諧波含量大，波形畸變嚴重，與要求的優(yōu)質(zhì)正弦波相差甚遠。    圖2所示為電壓源高頻鏈逆變器的框圖，該方案是當今研究的最先進方案2，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的優(yōu)點，諸如，以小型的高頻變壓器替代工頻變壓器；只有兩級功率變換；正弦波質(zhì)量高；控制靈活等。高頻變壓器是高頻鏈的核心部件，肩負著隔離和傳輸功率的重任，其

3、性能好壞直接決定逆變器的性能好壞。不合格的變壓器溫升高，效率低，漏感嚴重，輸出波形畸變大，直接影響電路的穩(wěn)定性和可靠性，甚至損壞開關器件，導致實驗失敗。2 高頻變壓器的設計設計高頻變壓器首先應該從磁芯開始。開關電源變壓器磁芯多是在低磁場下使用的軟磁材料，它有較高磁導率，低的矯頑力，高的電阻率。磁導率高，在一定線圈匝數(shù)時，通過不大的激磁電流就能承受較高的外加電壓，因此，在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯面積小，則鐵耗也少。高的電阻率，則渦流小，鐵耗小。各種磁芯物理性能及價格比如表1所列。鐵氧體材料是復合氧化物燒結(jié)體，電阻率很高，適合高頻下使用，但Bs值比較小，常使用在開關電

4、源中。本文采用的就是鐵氧體材料。表1 各種磁芯特性比較表磁芯類型 非晶合金 薄硅鋼片 坡莫合金 鐵氧體 鐵損 低 高 中 低 磁導率 高 低 高 中 飽和磁密 高 高 中 低 溫度影響 中 小 小 中 加工 難 易 易 易 價格 中 低 中 低 高頻變壓器的設計通常采用兩種方法3：第一種是先求出磁芯窗口面積AW與磁芯有效截面積Ae的乘積AP（AP=AW×Ae，稱磁芯面積乘積），根據(jù)AP值，查表找出所需磁性材料之編號；第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號，再進行設計。本文詳細討論如何用AP法設計高頻變壓器。原邊NP匝，副邊Ns匝的變壓器，在NP匝上以電壓V1開關工作時，根據(jù)法拉第定

5、律，有V1=KffsNPBWAe    （1）式中：Kf為波形系數(shù)，即有效值和平均值之比，正弦波為4.44，方波為4；fs為工作頻率；BW為工作磁通密度。NP=V1/(KffsBwAe)    (2)鐵芯窗口面積AW乘以窗口使用系數(shù)Ko（一般取04）為有效面積，該面積為原邊繞組NP占據(jù)的窗口面積NPAP與副邊繞組Ns占據(jù)的窗口面積NsAs之和，即KoAW=NPAPNsAs    （3）式中：AP及As分別為原、副邊繞組每匝的截面積。每匝所占用面積與流過該匝的電流值I和電流密度J有關，如式（4）所示。AP=

6、I1/JAs=I2/J    (4)將式（4）代入式（3），則得KoAW=(V1/KffsBwAe)I1/J(V2/KffsBwAc)(I2/J)即AWAe=(V1I1+V2I2)/(KoKffsBwJ)    (5)電流密度J直接影響到溫升，亦影響到AWAe，其關系可用式（6）表示。J=KJ(AWAe)X    (6)式中：KJ為電流密度系數(shù)；X為常數(shù)，由所用磁芯確定。若變壓器的視在功率PT=V1I1V2I2，則AWAe=(PT)/(KoKffsBwJ(AWAe)x即AP=(PT×10 4)/

7、(KoKffsBwKJ)(1/1+X)    (7)式中：AP單位為cm4，其余的單位為國際單位制。視在功率隨線路結(jié)構(gòu)不同而不同。如圖3所示。變壓器效率為，則在圖3（a）中PT=PoPi=PoPo/=Po(1+1/)在圖3（b）中在圖3（c）中本文采用圖3（b）的結(jié)構(gòu)，VDC=24V，Po=250W，設=0.95，則若采用E型磁芯，允許溫升25，則有KJ=323，X=0.14。飽和磁密約為0.35T，考慮到高溫時飽和磁密會下降，同時，為了防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，取飽和磁密的1/3為變壓器的工作磁密，即BW=0.117T。工作頻率為20kHz，由式（7）可得取1

8、0的裕度，即AP=6.65×（110）7.28cm4，查手冊選取E17鐵氧體磁芯，其AW=2.56cm2，Ae=3.80cm2，AP=9.73cm4，滿足要求。確定磁芯材料后，則其他參數(shù)計算如下：1）原邊繞組匝數(shù)NPNP=(V1)/(KffsBwAe)7匝；2）原邊電流IPIP=(Po)/(VDC)10.96A；3）電流密度JJ=KJ(AWAe)x=234.9A/cm2；4）原邊繞組裸線面積AXPAXP=Ip/J0.04666cm2；5)副邊繞組匝數(shù)Ns逆變器工作時占空比D=0.75，幅值為根號2 220V，則Ns=(NpV2)/DV1=120.99121匝6）副邊繞組裸線面積AXS

9、注意中間抽頭變壓器Io須乘0.707的校正系數(shù)，則AXS=(Io×0.707)/J=(Po×0.707)/(Vo×J)=(250×0.707)/(220×234.9)=0.00342cm2。3 實驗結(jié)果實驗采用圖3（b）的結(jié)構(gòu)，參數(shù)如下：輸入電壓DC24V；開關頻率20kHz；占空比D=0.75；輸出電壓AC220V；輸出功率250W；輸出頻率50Hz；變壓器磁芯E17鐵氧體磁芯；原邊繞組匝數(shù)7匝；副邊繞組匝數(shù)121匝。該高頻鏈工作穩(wěn)定可靠，噪聲很小，實驗結(jié)果證明該高頻變壓器滿足實際要求。4 結(jié)語1）設計中，在最大輸出功率時，磁芯中的磁感應強度

10、不應達到飽和，以免在大信號時產(chǎn)生失真。2）在瞬變過程中，高頻鏈漏感和分布電容會引起浪涌電流和尖峰電壓及脈沖頂部振蕩，使損耗增加，嚴重時會造成開關管損壞。同時，輸出繞組匝數(shù)多，層數(shù)多時，應考慮分布電容的影響，降低分布電容有利于抑制高頻信號對負載的干擾。對同一變壓器同時減少分布電容和漏感是困難的，應根據(jù)不同的工作要求，保證合適的電容和電感。3）本文采用的工作頻率為20kHz，由于工作頻率較高，趨膚效應影響比較大，因此，在設計時應注意趨膚效應引起的有效面積的減少。 變壓器的漏感應該是線圈所產(chǎn)生的磁力線不能都通過次級線圈,因此產(chǎn)生漏磁的電感稱為漏感。 變壓器的基本知識 變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要

11、用到，它原理簡單但根據(jù)不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。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，變壓器常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心。 一、變壓器的基本原理 圖1是變壓器的原理簡體圖，當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通1，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2，同時1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1，E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近，從而限制了I1的大小。為了保持磁通1的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此

12、時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流”。 如果次級接上負載，次級線圈就產(chǎn)生電流I2，并因此而產(chǎn)生磁通2，2的方向與1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓E1減少，其結(jié)果使I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時I1增加，1也增加，并且1增加部分正好補充了被2所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，但是不能改變允許負載消耗的功率。 二、變壓器的損耗 當

13、變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動，因為鐵心本身也是導體，在垂直于磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，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。 由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小于輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數(shù)來對此進行描述，=輸出功

14、率/輸入功率。 三、變壓器的材料 要繞制一個變壓器我們必須對與變壓器有關的材料要有一定的認識，為此這里我就介紹一下這方面的知識。 1、鐵心材料： 變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、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，變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關系，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、繞制變壓器通常用的材料有 漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。對于導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐

15、熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2型號的高強度的聚脂漆包線。 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： 變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。 電工學名詞解釋 要學好電工技術必須要對在電工學上的一些物理量的概念有所理解，為此本人將一些常用的電工學名詞匯總并作注解： 1、電阻率-又叫電阻系數(shù)或叫比電阻。是衡量物質(zhì)導電性能

16、好壞的一個物理量，以字母表示，單位為歐姆*毫米平方/米。在數(shù)值 上等于用那種物質(zhì)做的長1米截面積為1平方毫米的導線，在溫度20C時的電阻值，電阻率越大，導電性能越低。則物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數(shù)值等于溫度每升高1C時，電阻率的增加與原來的電阻電阻率的比值，通常以字母表示，單位為1/C。 2、電阻的溫度系數(shù)-表示物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量，其數(shù)值等于溫度每升高1C時，電阻率的增加量與原來的電阻率的比值，通常以字母表示，單位為1/C。 3、電導-物體傳導電流的本領叫做電導。在直流電路里，電導的數(shù)值就是電阻值的倒數(shù)，以字母表示，單位為歐姆。 4、電導率-又叫電導系數(shù)，也是衡量物質(zhì)導

17、電性能好壞的一個物理量。大小在數(shù)值上是電阻率的倒數(shù)，以字母表示，單位為米/歐姆*毫米平方。 5、電動勢-電路中因其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能所引起的電位差，叫做電動勢或者簡稱電勢。用字母E表示，單位為伏特。 6、自感-當閉合回路中的電流發(fā)生變化時，則由這電流所產(chǎn)生的穿過回路本身磁通也發(fā)生變化，因此在回路中也將感應電動勢，這現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，這種感應電動勢叫自感電動勢。 7、互感-如果有兩只線圈互相*近，則其中第一只線圈中電流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線圈相環(huán)鏈。當?shù)谝痪€圈中電流發(fā)生變化時，則其與第二只線圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化，在第二只線圈中產(chǎn)生感應電動勢。這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象。 8、電感-自感與

18、互感的統(tǒng)稱。 9、感抗-交流電流過具有電感的電路時，電感有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做感抗，以Lx表示，Lx=2fL. 10、容抗-交流電流過具有電容的電路時，電容有阻礙交流電流過的作用，這種作用叫做容抗，以Cx表示，Cx=1/12fc。 11、脈動電流-大小隨時間變化而方向不變的電流，叫做脈動電流。 12、振幅-交變電流在一個周期內(nèi)出現(xiàn)的最大值叫振幅。 13、平均值-交變電流的平均值是指在某段時間內(nèi)流過電路的總電荷與該段時間的比值。正弦量的平均值通常指正半周內(nèi)的平均值，它與振幅值的關系：平均值=0.637*振幅值。 14、有效值-在兩個相同的電阻器件中，分別通過直流電和交流電，如果經(jīng)過

19、同一時間，它們發(fā)出的熱量相等，那么就把此直流電的大小作為此交流電的有效值。正弦電流的有效值等于其最大值的0.707倍。 15、有功功率-又叫平均功率。交流電的瞬時功率不是一個恒定值，功率在一個周期內(nèi)的平均值叫做有功功率，它是指在電路中電阻部分所消耗的功率，以字母P表示，單位瓦特。 16、視在功率-在具有電阻和電抗的電路內(nèi)，電壓與電流的乘積叫做視在功率，用字母Ps來表示，單位為瓦特。 17、無功功率-在具有電感和電容的電路里，這些儲能元件在半周期的時間里把電源能量變成磁場（或電場）的能量存起來，在另半周期的時間里對已存的磁場（或電場）能量送還給電源。它們只是與電源進行能量交換，并沒有真正消耗能量

20、。我們把與電源交換能量的速率的振幅值叫做無功功率。用字母Q表示，單位為芝。 18、功率因數(shù)-在直流電路里，電壓乘電流就是有功功率。但在交流電路里，電壓乘電流是視在功率，而能起到作功的一部分功率（即有功功率）將小于視在功率。有功功率與視在功率之比叫做功率因數(shù)，以COS表示。 19、相電壓-三相輸電線（火線）與中性線間的電壓叫相電壓。 20、線電壓-三相輸電線各線（火線）間的電壓叫線電壓，線電壓的大小為相電壓的1.73倍。 21、相量-在電工學中，用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。 22、磁通-磁感應強度與垂直于磁場方向的面積的乘積叫做磁通，以字母表示，單位為麥克斯韋。 23、磁通

21、密度-單位面積上所通過的磁通大小叫磁通密度，以字母B表示，磁通密度和磁場感應強度在數(shù)值上是相等的。 24、磁阻-與電阻的含義相仿，磁阻是表示磁路對磁通所起的阻礙作用，以符號Rm表示，單位為1/亨。 25、導磁率-又稱導磁系數(shù)，是衡量物質(zhì)的導磁性能的一個系數(shù)，以字母表示，單位是亨/米。 26、磁滯-鐵磁體在反復磁化的過程中，它的磁感應強度的變化總是滯后于它的磁場強度，這種現(xiàn)象叫磁滯。 27、磁滯回線-在磁場中，鐵磁體的磁感應強度與磁場強度的關系可用曲線來表示，當磁化磁場作周期的變化時，鐵磁體中的磁感應強度與磁場強度的關系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線如圖1。 28、基本磁化曲線-鐵磁體的磁

22、滯回線的形狀是與磁感應強度（或磁場強度）的最大值有關，在畫磁滯回線時，如果對磁感應強度（或磁場強度）最大值取不同的數(shù)值，就得到一系列的磁滯回線，連接這些回線頂點的曲線叫基本磁化曲線。 29、磁滯損耗-放在交變磁場中的鐵磁體，因磁滯現(xiàn)象而產(chǎn)生一些功率損耗，從而使鐵磁體發(fā)熱，這種損耗叫磁滯損耗。 30、擊穿-絕緣物質(zhì)在電場的作用下發(fā)生劇烈放電或?qū)щ姷默F(xiàn)象叫擊穿。 31、介電常數(shù)-又叫介質(zhì)常數(shù)，介電系數(shù)或電容率，它是表示絕緣能力特性的一個系數(shù)，以字母表示，單位為法/米。 32、電磁感應-當環(huán)鏈著某一導體的磁通發(fā)生變化時，導體內(nèi)就出現(xiàn)電動勢，這種現(xiàn)象叫電磁感應。 33、趨膚效應-又叫集膚效應，當高頻電

23、流通過導體時，電流將集中在導體表面流通，這種現(xiàn)象叫趨膚效應。 變壓器的概念及分類 變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件,當初級線圈中通有交流電流時,鐵芯(或磁芯)中便產(chǎn)生交流磁通,使次級線圈中感應出電壓(或電流).變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其余的繞組叫次級線圈. 按冷卻方式分類:干式(自冷)變壓器、油浸(自冷)變壓器、氟化物(蒸發(fā)冷卻)變壓器. 按防潮方式分類:開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器. 按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類:芯式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、殼式變壓器(插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯)、環(huán)型變壓器、

24、金屬箔變壓器. 按電源相數(shù)分類:單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器. 按用途分類:電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、脈沖變壓器. 變壓器常見生產(chǎn)問題(非設計問題) 1) 由于繞線過于飽滿造成膠心變形,插片后鐵心E片與I片之間有較大氣隙,引起空載電流大,將繞好線的膠心整形后問題得到解決. 2)EI-76鐵心片規(guī)定空載電流不大與57ma實際達到67ma:實際產(chǎn)生原因是鐵心片插得過緊,使鐵心產(chǎn)生應力,將鐵芯片取出一片空載電流即達到54ma. 3)空載電流大,換了幾款鐵心片均不合格,此款變壓器空載電流要求較高,換一款高一級性能的鐵心片,問題得到解決. 4)空載電流比原來小,而

25、溫升超差:采用H50材料空載電流小而鐵損大,批料人注意了空載電流而忽略了鐵損,改用H23材料,但要注意空載電流是否滿足見要求. 5)EI-66鐵心變壓器,設計磁通密度為1.3T,測空載電流為135ma,且有嗡嗡叫聲:發(fā)現(xiàn)該鐵心片為彈簧片、需更換鐵心片. 6)搖片困難,且鐵心片表面有劃傷:發(fā)現(xiàn)鐵心片表面有雜質(zhì),分析研究為熱處理時,放置鐵芯片的爐架焊接時,焊渣沒有處理乾凈,高溫后焊渣崩裂形成碎末,混入鐵心片行成搖片困難 7)變壓器含浸前,端面無銹跡,含浸后,端面發(fā)現(xiàn)銹跡;主要是手汗引起,含浸前如不進行驅(qū)水份處理易發(fā)生此現(xiàn)象,由于含浸漆層很薄,有針孔,含浸后放置一段時間,產(chǎn)生了銹痕.操作時夏天帶手套

26、可避免此現(xiàn)象. 8)變壓器含浸后,空載電流增加很多:主要是采用環(huán)氧類浸漬漆,這類漆含浸后收縮應力較大.改變漆的粘度,或改用其他漆. 9)驗收時鐵心片電氣性能合格,生產(chǎn)時空載電流偏大:驗收時用的是塑料或橡膠榔頭,生產(chǎn)時用的是鐵榔頭,捶擊過重引起空載電流過大. 10)測試時變壓器發(fā)生嗡嗡叫聲:這是由于鐵心片E片與I片厚薄不一致引起,解決措施是換片或增加含浸工序.特別要注意不同批次的E片與I片要測量厚薄后才能投入生產(chǎn). 11)鐵心片要求板型形多少?將鐵心片放在平板上,用厚薄規(guī)去測量要求板形小于0.25mm 查找變壓器耐壓不合格的原因-排除法 某客戶投訴,有一批電子變壓器耐壓不合格,懷疑是漆包線的針孔

27、超標所致,與我司提供的3UEW 0.10mm產(chǎn)品有關,希望我們在兩日內(nèi)到現(xiàn)場處理. 在第一時間,我們到達了某電子公司品管部.肖先生接待了我們.據(jù)他介紹,這次有萬余變壓器耐壓不合格,排查了很多原因,最后懷疑漆包線針孔超標.漆包線是我司產(chǎn)品,所以請我們共同排查原因.因為平時客戶對我司的漆包線在使用前和使用中的針孔檢測基本上都是0或1個針孔,但是,“此次發(fā)現(xiàn)的針孔較多,有六、七個,比較嚇人,可能是導致變壓器耐壓不合格的原因”.他拿出二軸基本已用完的、尚剩二層底線的我公司漆包線產(chǎn)品(上面貼有NG紅色不合格標簽),于是雙方共同對這軸漆包線作了針孔試驗,四次的試驗結(jié)果分別是4、6、3、7個針孔,屬于合格范

28、圍.對于這個結(jié)果,我對他進行了解釋:漆包線在生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需要換盤.在換盤過程中,漆包線與線軸底部有一定的輕微摩擦,底盤線有時由此產(chǎn)生少量的針孔,是正常的. 國家標準和日本標準的針孔數(shù)是12個及以下,在此范圍內(nèi)都是安全的,我們沒有理由去懷疑作為一個國家標準的安全性和嚴謹性.盡管各企業(yè)都有自己的原材料檢驗內(nèi)控標準(據(jù)我了解,各電子變壓器廠的針孔驗收標準有8、7、6個不等),其目的也只是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量保險系數(shù).因此,基本上可以排除針孔原因引起的變壓器耐壓不合格,必須擴大分析范圍. 我請肖先生拿來了幾個耐壓不合格的變壓器,小心拆開,取出骨架,再繞出一段漆包線,測得外徑為0.107mm,銅徑為0

29、.096mm.然后在線軸上測得漆包線的外徑為0.113mm、0.112mm、銅徑為0.10、0.10mm. 這就證明,在繞線過程中繞線機的張力沒有調(diào)整好,導致漆包線整體被嚴重拉小,漆膜在外力作用下變形且附著力降低,影響到絕緣遭受破壞,是變壓器耐壓不合格的主要原因.同時,由于銅徑被拉小,導致電阻變大且不合格,當變壓器外接負載時,線圈發(fā)熱,并產(chǎn)生惡性循環(huán),最終變壓器燒毀. 變壓器耐壓不合格,原因是多元化的.作為變壓器生產(chǎn)廠,首先考慮的是絕緣是否存在問題,在制程中是否破壞了漆膜(如裝矽鋼片時)然后考慮供應商的漆包線是否合格,而忽視了漆包線拉伸后絕緣遭受的破壞.漆包線生產(chǎn)廠為了查找自己產(chǎn)品的質(zhì)量問題,

30、其思維方式比較單一,反而能夠發(fā)現(xiàn)變壓器廠忽視的問題. 鹽水針孔試驗法最早見于日本標準JIS  C  30031976漆包銅線及漆包鋁線試驗方法,分為加熱處理法和無處理法兩種.由于其方法具有簡單,快捷,測試結(jié)果清晰、明了,更由于測試成本低等優(yōu)點,所以鹽水針孔試驗法的無處理法在電子行業(yè)很快流行起來,可以說無廠不做針孔.正是考慮到用戶的這種情況,國家標準GB 6109.4-88直焊性聚氨酯漆圓銅線收入了鹽水針孔試驗法的加熱處理法,近年,國際電工委員會IEC標準、歐盟都將鹽水針孔試驗法納入了試驗范圍,由此可見,鹽水針孔試驗法的重要性.但是,在判斷產(chǎn)品質(zhì)量問題時,

31、要正確依據(jù)標準,否則,一旦進入誤區(qū),就會延誤戰(zhàn)機,造成更大的損失. 變壓器的基本專業(yè)知識(YC) 變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到,它原理簡單但根據(jù)不同的使用場合(不同的用途)變壓器的繞制工藝會有所不同的要求.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,變壓器常用的鐵心形狀一般有E型和C型鐵心. 一、變壓器的基本原理 圖1是變壓器的原理簡體圖,當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時,導線中就有交變電流I1并產(chǎn)生交變磁通1,它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路.在次級線圈中感應出互感電勢U2,同時1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1,E1的方向與所加

32、電壓U1方向相反而幅度相近,從而限制了I1的大小.為了保持磁通1的存在就需要有一定的電能消耗,并且變壓器本身也有一定的損耗,盡管此時次級沒接負載,初級線圈中仍有一定的電流,這個電流我們稱為“空載電流”. 如果次級接上負載,次級線圈就產(chǎn)生電流I2,并因此而產(chǎn)生磁通2,2的方向與1相反,起了互相抵消的作用,使鐵心中總的磁通量有所減少,從而使初級自感電壓E1減少,其結(jié)果使I1增大,可見初級電流與次級負載有密切關系.當次級負載電流加大時I1增加,1也增加,并且1增加部分正好補充了被2所抵消的那部分磁通,以保持鐵心里總磁通量不變.如果不考慮變壓器的損耗,可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初

33、級從電源取得的電功率.變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈 而改變次級電壓,但是不能改變允許負載消耗的功率.二、變壓器的損耗 當變壓器的初級繞組通電后,線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動,因為鐵心本身也是導體,在垂直于磁力線的平面上就會感應電勢,這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流,好象一個旋渦所以稱為“渦流”.這個“渦流”使變壓器的損耗增加,并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加.由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”.另外要繞制變壓器需要用大量的銅線,這些銅導線存在著電阻,電流流過時這電阻會消耗一定的功率,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

34、銅損產(chǎn)生的. 由于變壓器存在著鐵損與銅損,所以它的輸出功率永遠小于輸入功率,為此我們引入了一個效率的參數(shù)來對此進行描述,=輸出功率/輸入功率. 三、變壓器的材料 要繞制一個變壓器我們必須對與變壓器有關的材料要有一定的認識,為此這里我就介紹一下這方面的知識. 1、鐵心材料: 變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、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,變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關系,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12000-1

35、6000, 2、繞制變壓器通常用的材料有 漆包線,沙包線,絲包線,最常用的漆包線.對于導線的要求,是導電性能好,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Q2型號的高強度的聚脂漆包線. 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: 變壓器繞制好后,還要過最后一道工序,就是浸漬絕緣漆,它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命,一般情況下,可采用甲酚清漆作為浸漬材料. 電工學名詞解釋要學好電工技術必須要對在電工學上的

36、一些物理量的概念有所理解,為此本人將一些常用的電工學名詞匯總并作注解: 1、電阻率-又叫電阻系數(shù)或叫比電阻.是衡量物質(zhì)導電性能好壞的一個物理量,以字母表示,單位為歐姆*毫米平方/米.在數(shù)值 上等于用那種物質(zhì)做的長1米截面積為1平方毫米的導線,在溫度20C時的電阻值,電阻率越大,導電性能越低.則物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量,其數(shù)值等于溫度每升高1C時,電阻率的增加與原來的電阻電阻率的比值,通常以字母表示,單位為1/C. 2、電阻的溫度系數(shù)-表示物質(zhì)的電阻率隨溫度而變化的物理量,其數(shù)值等于溫度每升高1C時,電阻率的增加量與原來的電阻率的比值,通常以字母表示,單位為1/C. 3、電導-物體傳導電

37、流的本領叫做電導.在直流電路里,電導的數(shù)值就是電阻值的倒數(shù),以字母表示,單位為歐姆. 4、電導率-又叫電導系數(shù),也是衡量物質(zhì)導電性能好壞的一個物理量.大小在數(shù)值上是電阻率的倒數(shù),以字母表示,單位為米/歐姆*毫米平方. 5、電動勢-電路中因其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能所引起的電位差,叫做電動勢或者簡稱電勢.用字母E表示,單位為伏特. 6、自感-當閉合回路中的電流發(fā)生變化時,則由這電流所產(chǎn)生的穿過回路本身磁通也發(fā)生變化,因此在回路中也將感應電動勢,這現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象,這種感應電動勢叫自感電動勢. 7、互感-如果有兩只線圈互相*近,則其中第一只線圈中電流所產(chǎn)生的磁通有一部分與第二只線圈相環(huán)鏈.當?shù)谝痪€圈

38、中電流發(fā)生變化時,則其與第二只線圈環(huán)鏈的磁通也發(fā)生變化,在第二只線圈中產(chǎn)生感應電動勢.這種現(xiàn)象叫做互感現(xiàn)象. 8、電感-自感與互感的統(tǒng)稱. 9、感抗-交流電流過具有電感的電路時,電感有阻礙交流電流過的作用,這種作用叫做感抗,以Lx表示,Lx=2fL 10、容抗-交流電流過具有電容的電路時,電容有阻礙交流電流過的作用,這種作用叫做容抗,以Cx表示,Cx=1/12fc. 11、脈動電流-大小隨時間變化而方向不變的電流,叫做脈動電流. 12、振幅-交變電流在一個周期內(nèi)出現(xiàn)的最大值叫振幅. 13、平均值-交變電流的平均值是指在某段時間內(nèi)流過電路的總電荷與該段時間的比值.正弦量的平均值通常指正半周內(nèi)的平均值,它與振幅值的關系:平均值=0.637*振