變壓器濾波器講義

1、變壓器講義演講人：劉忠生2010-1-22演講內(nèi)容提綱一、變壓器的工作原理二、變壓器的分類三、變壓器的用途四、變壓器的構(gòu)成及要求五、變壓器制作的工藝流程六、變壓器常出現(xiàn)的問題七、變壓器制作需要的信息一、變壓器的工作原理變壓器（火牛）的基本原理就是電磁感應(yīng)原理：電-磁-電當(dāng)有交變電流 I1 通過 N1 時鐵心中將感應(yīng)產(chǎn)生一個交變的磁通 m （最大磁通密度），在主磁通m的作用下在線圈（N1、N2）上分別產(chǎn)生感應(yīng)電壓 E1、E2， (E14.44 f m N1；E24.44 f m N2) (m=BS) 當(dāng)不考慮線圈上的壓降時: E1U1； E2U2U1/U2 =N1/N2 即匝數(shù)比=電壓比，當(dāng)U1

2、一定時通過改變匝數(shù)比就可得到所需要的電壓U2N2/N1U1磁場強(qiáng)度H=NI/L(安匝/米);磁通密度B(1T=1000mT=10000GS); 磁導(dǎo)率u=B/HN1叫初級（初側(cè)、一次側(cè)、原邊）線圈；N2叫次級（次側(cè)、二次側(cè)、副邊）線圈；N1/ N2=n 稱為變比當(dāng)不接負(fù)載R（空載）時，次級電流I20,初級電流I1I0,稱激磁電流，也是空載電流（鐵損電流不計時）。當(dāng)接有負(fù)載時，I2U1/R；初級電流I1I0+n/I2+Ii(損耗電流)變壓器與電感最大不同之處：電感只有自感，變壓器有自感還有互感（不同繞組之間互相感應(yīng)，或叫耦合）從而實現(xiàn)變壓器的特性。變壓器的主要特性有: 1、實現(xiàn)初級與次級之間的隔

3、離；2、實現(xiàn)電壓的變換：N1/N2=V1/V2 （成正比）3、實現(xiàn)電流的變換：N1/N2=I2/I1 （成反比）4、實現(xiàn)阻抗的變換：N1/N2=Z1/Z2 （成正比）當(dāng)變壓器的次級為多個繞組時：（如下圖）中間兩線表示為鐵芯中間一線表示為磁芯虛線表示為內(nèi)屏蔽,起靜電屏蔽作用。輸入功率輸出的總功率+損耗功率P1=P2+P3+P4+P0P2I2*U2=I2*U1*N2/N1P3=I3*U3=I3*U1*N3/N1P4=I4*U4=I4*U1N4/N1P0=I0*U1 (鐵損+銅耗)變?yōu)闊崃亢牡糇儔浩鞯霓D(zhuǎn)換效率輸出的總功率/輸入功率（60%95%）輸入功率與鐵心截面積成正比S系數(shù)*P開方，每匝電壓V0

4、4.44 f B S*10-8線圈匝數(shù)N1=V1/ 4.44 f B S*10-8二、變壓器的分類 按用途上分有: 1、電力變壓器-用于電力系統(tǒng)的電能傳輸（升壓及降壓） 2、電爐變壓器-用于煉鋼爐供電 3、電焊變壓器-用于電焊機(jī) 4、整流變壓器-用于電機(jī)供電 5、儀器變壓器-用于電子儀器設(shè)備中 6、陶瓷變壓器-用于電子線路中升高壓比較理想 7、電子變壓器-用于電子線路中（電源、音頻、換向、脈沖、掃描、匝配、諧振、選頻、變頻、等） 按電源相數(shù)上分有： 單相、三相、及多相變壓器； 按繞組上分有： 單繞組（自耦）、雙繞組、多繞組； 按線包與磁心組合上分有：心式（線圈在內(nèi)）和殼式（線圈在外），心式效率

5、高些；按冷卻方式上分有：干式（自泠）、油浸式（油泠）、等等按防潮方式上分有：開放式、灌封式、全密封式、按安裝方式上分有：直插式變壓器（立式和臥式）、貼片式變壓器、引線式、接線式、螺裝式變壓器；按工作頻率上分有：1、低頻變壓器：一般指工作頻率在1kHz 以下的變壓器，以50Hz的工頻變壓器為主；2、高頻率變壓器：一般指工作頻率在1kHz 以上的變壓器，以30kHz300kHz為主；3、甚高頻率變壓器：一般指工作頻率在1MHz 以上的變壓器，常用于信號處理中；按功率大小上分有：小功率變壓器（100W以下）、中功率變壓器（100W500W）、大功率變壓器（500W以上）、及超大變壓器（電力上用的數(shù)萬

6、W以上）功率愈大體積愈大三、變壓器的用途變壓器只適用于交變電，可把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌蟮慕涣麟?，?AC-AC ,這個AC可以是各種波，如正弦波、或脈沖波。如果要把直流電轉(zhuǎn)為直流電，就要先把直流電轉(zhuǎn)為交流電后再通過變壓器變?yōu)榻涣麟?，然后通過整流后變?yōu)橹绷麟?，即DC-AC-AC-DC。我國的用電為單相220V/50Hz和三相380V/50Hz的正弦波交流電，除了少數(shù)用電設(shè)施（如電機(jī)、電燈、加熱、等）可不通過轉(zhuǎn)換直接用電外，大多數(shù)都是需要通過轉(zhuǎn)換后才能使用的，要轉(zhuǎn)換就離不變壓器，特別是電子變壓器，被普遍用于各種家電，各種電源以及各種電子產(chǎn)品之中。采用直流供電的也需要轉(zhuǎn)換成不同的電壓值?？梢哉f變壓器

7、的應(yīng)用非常廣泛。AC-AC、AC-DC、DC-AC、DC-DC的電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、及各種信號的耦合都需要用到變壓器。信號隔離耦合用的變壓器工作頻率是不定的，如脈沖變壓器。四、變壓器的構(gòu)成及要求一般變壓器主要由磁材、骨架、線材、絕緣材構(gòu)成，1、磁材：主要有鐵心和磁心，以磁材的H-B曲線說明：H軸為磁場強(qiáng)度，單位奧斯特（安匝/米），H=線圈匝數(shù)N*線圈電流I/磁路長度；B軸為磁通密度，單位特斯拉（T）1T1000mT=10000GS，曲線1為初始磁化曲線，曲線1的B/H變化率為初磁導(dǎo)率ui,曲線2和曲線3為磁滯曲線，B跟不上H的變化，Br為剩磁，Hc為矯頑力，Bs為飽和磁通密度，

8、Hs為飽和磁場強(qiáng)度，磁飽和時磁導(dǎo)率為ui 0，感量L= 0；（L= ui*4*10-9*N2*S/L）為了不出現(xiàn)磁飽和，要求Bs愈高愈好，線圈電流過大時，容易飽和，有時需在磁路上開氣隙來增大磁阻，使其不易達(dá)到飽和點Bs；實際工作時是在Bs以內(nèi)的；造成鐵/磁損的原因是：磁滯、渦流、漏感、鐵心：鐵心是采用0.20.5mm厚的硅鋼片加工成(EE、O 、 EI、CD、CE 、 )等形后，再經(jīng)過熱處理和絕緣處理后（每片間是絕緣的）疊放起來而成。根據(jù)不同的功率要求選用不同的鐵心尺寸。鐵心截面積S1.2*P的根號。它的最大特點是具有很高的磁飽和密度Bs值，一般可達(dá)1200020000高斯，導(dǎo)磁率比較高。缺點

9、是電阻率很小，鐵心中有感應(yīng)電流-渦流，渦流是磁損的主要原因，它使得鐵心發(fā)熱，且與頻率正比，頻率愈高鐵心的溫度愈高，所以鐵心只能用于工作頻率在1kHz以下的場和。磁心：磁心是采用磁粉壓制成形后，高溫?zé)Y(jié)而成的。從結(jié)構(gòu)形狀上的不同,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、等等。每種形狀分有不同的尺寸以滿足不同功率的需要，根據(jù)功率不同的要求選用不同尺寸的磁心，尺寸愈大的磁心功率愈大，電子變壓器常用的磁心在幾千W以下。從材質(zhì)上的不同分有錳鋅、鎳鋅、銅鋅、鐵粉心、合金磁粉心、非晶以及

10、納米晶等。磁心比起鐵心具有較低的電阻率，渦流損耗小，可工作在較高的頻率下，工作頻率在1kHz 1MHz的一般采用錳鋅材質(zhì)的磁心，1MHz以上的可采用鎳鋅及其它材質(zhì)的磁心。但磁心的飽和磁通密度較低，一般為Bs只有幾千高斯以下，磁導(dǎo)率高的磁心電阻率低，磁損大，居里溫度Tc低，工作頻率也就低；磁導(dǎo)率低的磁心電阻率高，磁損小，居里溫度Tc高，工作頻率也就高；對于一般的電子變壓器，工作頻率常在幾十到幾百kHz，可采用磁導(dǎo)率在2000至4000的錳鋅磁材為佳，對于較大功率的變壓器因工作溫度較高，應(yīng)選用居里溫度Tc大于200度以上的磁心。2、骨架：它主要是用來支撐線圈和隔離鐵/磁心的。要求 具有較高的絕緣性

11、和機(jī)械強(qiáng)度以及耐熱性。一般為塑膠或膠木材質(zhì)，是專為不同規(guī)格的鐵/磁心配套設(shè)計的，種類比較多。小功率的有貼片式和直插式，大功率的螺裝為主。骨架屬安規(guī)材料，要通過安規(guī)認(rèn)證的才能使用。 環(huán)形（T形）磁心可不需用骨架。3、線材：也叫電磁線，用來繞制各繞組線圈，要求有很好的導(dǎo)電性、柔韌性，外表面的絕緣層要求有足夠的耐電壓性、耐熱性、耐磨性、耐化學(xué)腐蝕性，常用的有漆包線、紗包線、絲包線、紙包線、還有三層絕緣線等。電子變壓器大多采用圓銅漆包線，從絕緣層材料上分有：油基性線（Q）、聚酯線（QZ/PEW）、聚氨酯線（QA/UEW）、聚酯亞氨線（QZA）、聚酰亞胺線（QYZ）等；從絕緣層的厚度上分為0、1、2、3

12、幾種，0號的漆層最厚，耐電壓最高；從溫度等級上分有A級/105、E級/120、B級/130、F級/155、H級/180； 小功率電子變壓器中最常用的圓銅芯漆包線是聚氨酯線（QA/UEW） ，其優(yōu)點是可直接焊接，不用去漆皮，有以下幾種溫度等級的，直焊性130/B級的去漆皮的錫溫為380度，直焊性155/F級的為400度，直焊性180/H級的為420度；絕緣層厚度有0、1、2、3幾種，線徑有0.03mm到2.5mm各種規(guī)格，可根據(jù)不同工作電流值及電流密度的需要來選用不同的線徑，也可用線號來表示（常用4910）。電流密度單位（A/mm2），取值可根據(jù)不同溫升要求及變壓器的散熱條件而定，一般可在2.5

13、6中選擇。用線愈粗，直流電阻愈小，銅損愈小，溫升就愈小。但線粗了線包會增大，成本會升高選用什么規(guī)格的線材，要根據(jù)具體使用條件及要求合理選用。要考慮到漆皮的材質(zhì)、漆皮的厚度、溫度等級以及價格的不同。電流較大時還可用銅帶。4、絕緣材料：主要用于線包繞制中的絕緣，可分為層間、組間、組外、留邊以及引出絕緣。要求有足夠的耐電壓性、耐熱性、耐破損性、耐化學(xué)腐蝕性等，常用的有電話紙、電纜紙、牛皮紙、黃臘布、聚脂膜、聚酰胺膜、聚亞胺膜等， 目前小功率變壓器最常用的是厚度為0.030.1mm的聚脂絕緣膠帶。層間絕緣一般細(xì)線為一層，較粗的線要兩層，組間絕緣為三至四層，組外絕緣為兩至三層。對耐壓要求較高的要在引出線

14、加絕緣套管，并在繞制每層時加絕緣擋墻（0.10.5mm厚的無坊絕緣膠帶，寬度28mm），以保證有足夠的爬電距離。有時引出線需加絕緣套管（鐵氟龍?zhí)坠埽┙^緣材料也屬安規(guī)材料，需有安規(guī)認(rèn)證。還需注意絕緣材料的溫度等 級。五、變壓器制作的工藝流程1、材料的確認(rèn)制作前需對所用的材料的規(guī)格、參數(shù)及尺寸進(jìn)行確認(rèn)，包括材料的溫度等級要求。所有材料應(yīng)是通過確認(rèn)及來料檢驗合格的。2、線包的繞制線包的繞制可分為蜂繞、亂繞、排繞（密繞和疏繞），電子變壓器一般都要求排繞，在繞制繞時注意：同名端不能搞錯，線不能打結(jié)，不能疊壓，不能損傷線的漆皮，要繞平繞緊，引出線時要加絕緣隔離，不能直接壓在線圈上，層間及組間絕緣層的重疊部

15、份不能在裝鐵心窗口的哪一面。注意裝入鐵心一面線包的尺寸要求。外絕緣層的收口應(yīng)在裝鐵心窗口的中心部位，（裝上鐵心后看不到收口） 有時要求測試匝數(shù)。3、裝鐵/磁心裝鐵心時將硅鋼片交錯疊放入線包的窗口中，0.3mm厚以下的可每兩片兩片的裝， 0.35mm以上厚的每一片交錯裝，要求裝平裝緊，注意不能用力敲打，可用木板墊著輕輕敲平，不能損傷硅鋼片表面的絕緣層，最后固定緊。裝磁心時注意接觸面不能有異物，磁心的接口要對齊，有要求磁心開氣隙的應(yīng)將開氣隙的另一半統(tǒng)一裝在上面，最后用膠帶固定緊，要求膠帶平整，收口處在底部的中心位置裝配好后要對引出端上錫處理。4、浸漬絕緣清漆（凡立水）一般變壓器都要求進(jìn)行真空浸漆處

16、理，真空浸漆可讓漆能進(jìn)入到變壓器的小縫隙里。浸漆的目的在于增強(qiáng)絕緣、防潮，對線圈及鐵心起到很好的固定作用，變壓器常因浸漆不好產(chǎn)生嘶叫聲。有的要求兩次真空浸漆。浸漆要通過高溫烘烤，最后對引出腳去漆處理。5、電性測試變壓器需要測試的參數(shù)有：絕緣電阻、耐電壓、感量、漏感、直流電阻、匝間短路、空載電流、電壓比、同名端、效率、溫升、尺寸等，許多參數(shù)可在變壓器綜合測試儀上一次完成。6、外觀處理對殘留漆及引腳要進(jìn)行處理7、成品測試、檢驗8、包裝六、變壓器常出現(xiàn)的問題1、耐電壓不過:原因有安全距離不夠、骨架不良、繞線絕緣不良、留邊不夠、凡立水中有雜質(zhì)、凡立水沒烘干、等2、叫聲過大:原因有線包繞得過松、鐵/磁心

17、裝配不緊、鐵/磁心不良、浸漆不良、凡立水沒烘干、等3、空載電流過大:原因有鐵/磁心不良、鐵損過大、鐵/磁心裝配不緊、初級匝數(shù)不夠、匝間有短路、等4、效率過低:原因有鐵/磁心不良、鐵損過大、等5、溫升過高:原因有鐵/磁心不良、鐵損過大、匝間有短路、6、匝間短路:原因有線皮損傷、絕緣不好造成高壓擊穿、7、負(fù)載能力差:原因有鐵/磁心不良、鐵損及銅損過大、耦合不好、漏感過大、8、引腳脫落:原因有骨架不良、9、骨架損壞:原因有骨架不良、材質(zhì)不好或太薄、七、變壓器制作需要的信息1、變壓器原理圖；2、工作頻率或頻率范圍；3、各繞組匝數(shù)及線徑（或電壓及電流）；4、電感量、漏感及氣隙要求；5、最大允許外形尺寸（

18、長*寬*高）；6、安裝尺寸或引出腳尺寸圖；7、絕緣電阻及耐電壓要求(輸入對輸出、輸入及輸出對鐵心)8、變壓器允許最大溫升的要求；9、安規(guī)或認(rèn)證要求(可以無要求)；10、環(huán)保ROHS要求(注明有鉛還是無鉛)；11、其它要求；如屏蔽、防潮、溫度等級、等 （注：電子變壓器不能作為標(biāo)準(zhǔn)件使用，需針對需要來設(shè)計）電源濾波器講義演講人：劉忠生2010-1-22演講內(nèi)容提綱一、濾波器的用途二、濾波器的工作原理三、濾波器的分類四、濾波器的構(gòu)成及要求五、濾波器制作的工藝流程六、濾波器制作需要的信息一、濾波器的用途隨著計算機(jī)、電氣化、數(shù)字化設(shè)備的發(fā)展，許多的電氣設(shè)備中都有數(shù)字控制或電腦控制裝置部份。（如電信系統(tǒng)、

19、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、醫(yī)用設(shè)備、電力驅(qū)動、數(shù)控機(jī)床、變頻裝置、逆變類設(shè)備、等）。通常會產(chǎn)生嚴(yán)重的高頻干擾信號，嚴(yán)重地相互影響著用電系統(tǒng)的正常工作，嚴(yán)重時會出現(xiàn)死機(jī)。高頻干擾噪聲信號是以電磁的方式傳輸?shù)?，所以解決電磁干擾噪聲被叫做電磁兼容（EMC），其中包括電磁干擾EMI和抗干擾EMS（EMCEMI+EMS）；插入濾波器確是解決電磁兼容最有效的措施之一，它能有效地抑制電網(wǎng)中傳來的和設(shè)備自產(chǎn)生的高頻干擾噪聲，從而可大大提高電氣設(shè)備及控制系統(tǒng)的可靠性。電磁兼容已俞來俞引起國內(nèi)外的高度重視，各國都制訂了強(qiáng)制性的法規(guī)，如中國的3C、西歐的CE、美國的FCC、德國的VDE等，濾波器已成為電氣設(shè)備產(chǎn)品

20、中必不可少的重要組成部份二、濾波器的工作原理電感對電流的阻礙叫感抗：XLjL，與頻率成正比，串在電路中時，低頻交流信號容易通過，而高頻交流信號不易通過；所以說電感據(jù)有通直隔交的（低通）特性；電容對電流的阻礙叫容抗：Xc1/jC，與頻率成反比，串在電路中時，高頻交流信號容易通過，而低頻交流信號不易通過；所以說電容據(jù)有通交隔直的（高通）特性；利用電感和電容的特性來讓有用的低頻信號通過，讓沒有用的高頻噪聲信號不能通過。這就是電源濾波器的工作原理。但電感和電容都不是理想元件：電感中存在分布電容及電阻，電感就成了電感、電容及電阻的組合體，這時電感要用阻抗來Z表示：Z R+(XL/ Xc)當(dāng)頻率低時 Xc

21、 XL，當(dāng)頻率高時Xc XL；當(dāng)Xc XL為高阻態(tài)。電容中有分布電感及電阻，阻抗Z R+(Xc+XL)分布電感和分布電容及電阻值愈大，對濾波效果就愈差；三、濾波器的分類按用電形式分有直流、單相交流、三相三線和四線交流濾波器按頻率上分有低通(電源濾波器)、高通、帶通、帶阻濾波器。按引出方式上分主要有導(dǎo)線、導(dǎo)針、插片、螺栓、幾種，按傳播形式上分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，傳導(dǎo)干擾是通過線路的途徑進(jìn)行傳播的，頻率范圍介于10kHz30MHz之間，輻射干擾是通過空間輻射的方式進(jìn)行傳播的， 頻率范圍介于30MHz1GHz之間。輻射干擾主要是通過電屏蔽和磁屏蔽來解決，或采用磁珠對干擾源實施衰減。傳導(dǎo)干擾主要是通

22、過濾波器來解決，傳導(dǎo)干擾中分共模CM(共態(tài))和差模DM (正態(tài))。共模干擾存在于線地之間，大小相等，相位相同；一般為外來的干擾，如雷電等。差模干擾存在于線線之間，大小相等，相位相反。一般為電路中產(chǎn)生的，如高頻變壓器濾波器應(yīng)同時對共模(共態(tài))干擾和差模(正態(tài))干擾抑制的作用；水平以插入損耗來表示，IL=20lgV1/V2（dB）是在空載時，阻 抗為50/ 50的條件下測試的。四、濾波器的構(gòu)成及要求一般濾波器是將元件電感及電容組裝入金屬殼內(nèi)，用膠灌封填充后密封而成。電感分為共模電感和差模電感，一般采用環(huán)形磁心繞制，電路方案及參數(shù)的選擇是根據(jù)電壓、電流、插入損耗、耐電壓、溫升等要求來確定的。理論上說用的磁環(huán)愈大、線愈粗、電容愈多、耐電壓愈高、濾波級數(shù)愈多，對濾波效