开关电源变压器原理、设计、型号

开关电源变压器原理 设计 型号 电源变压器的功能是功率传送 电压变换和绝缘隔离 作为一种主要的软磁电 磁元件 在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用 根据传送功率的大 小 电源变压器可以分为几档 10kVA 以上为大功率 10kVA 0 5kVA 为中功 率 0 5kVA 25VA 为小功率 25VA 以下为微功率 传送功率不同 电源变压 器的设计也不一样 应当是不言而喻的 有人根据它的主要功能是功率传送 把英文名称 Power Transformers 译成 功率变压器 在许多文献资料中 仍然在使用 究竟是叫 电源变压器 还是叫 功率变压器 好呢 有待于 科技术语方面的权威机构来选择决定 几乎在所有的电子产品中都要用到 它原理简单但根据不同的使用场合 不同 的用途 变压器的绕制工艺会有所不同的要求 变压器的功能主要有 电压变 换 阻抗变换 隔离 稳压 磁饱和变压器 等 变压器常用的铁芯形状一般 有 E 型和 C 型铁芯 变压器的最基本型式 包括两组绕有导线之线圈 并且彼此以电感方式称合一 起 当一交流电流 具有某一已知频率 流于其中之一组线圈时 于另一组线圈 中将感应出具有相同频率之交流电压 而感应的电压大小取决于两线圈耦合及 磁交链之程度 一般指连接交流电源的线圈称之为 一次线圈 Primary coil 而跨于此线圈的 电压称之为 一次电压 在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压 是由一次线圈与二次线圈问的 匝数比 所决定的 因此 变压器区分为升压 与降压变压器两种 大部份的变压器均有固定的铁芯 其上绕有一次与二次的线圈 基于铁材的高 导磁性 大部份磁通量局限在铁芯里 因此 两组线圈藉此可以获得相当高程 度之磁耦合 在一些变压器中 线圈与铁芯二者间紧密地结合 其一次与二次 电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同 因此 变压器之匝数比 一般可作 为变压器升压或降压的参考指标 由于此项升压与降压的功能 使得变压器已 成为现代化电力系统之一重要附属物 提升输电电压使得长途输送电力更为经 济 至于降压变压器 它使得电力运用方面更加多元化 吾人可以如是说 倘 无变压器 则现代工业实无法达到目前发展的现况 电子变压器除了体积较小外 在电力变压器与电子变压器二者之间 并没有明 确的分界线 一般提供 60Hz 电力网络之电源均非常庞大 它可能是涵盖有半 个洲地区那般大的容量 电子装置的电力限制 通常受限于整流 放大 与系 统其它组件的能力 其中有些部份属放大电力者 但如与电力系统发电能力相 比较 它仍然归属于小电力之范围 各种电子装备常用到变压器 理由是 提供各种电压阶层确保系统正常操作 提 供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离 对交流电流提供高阻抗 但对直流 则提供低的阻抗 在不同的电位下 维持或修饰波形与频率响应 阻抗 其中 之一项重要概念 亦即电子学特性之一 其乃预设一种设备 即当电路组件阻 抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时 其间即使用到一种设备 变压器 对于电子装置而言 重量和空间通常是一项努力追求之目标 至于效率 安全 性与可靠性 更是重要的考虑因素 变压器除了能够在一个系统里占有显著百 分比的重量和空间外 另一方面在可靠性方面 它亦是衡量因子中之一要项 在它应用方面的差别 使得电力变压器并不适合应用于电子电路上 变压器 利用电磁感应原理 从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的 一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件 中国变压器网 1 变压器 静止的电磁装置 变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能 电压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组 变压器原理 与电源相连的线圈 接收交流电能 称为一次绕组 也称初级绕组 与负载相连的线圈 送出交流电能 称为二次绕组 也称次级绕组 一次绕组的 二次绕组的 电压相量 U1 电压相量 U2 电流相量 I1 电流相量 I2 电动势相量 E1 电动势相量 E2 匝数 N1 匝数 N2 同时交链一次 二次绕组的磁通量的相量为 m 该磁通量称为主磁通 2 理想变压器 不计一次 二次绕组的电阻和铁耗 其间耦合系数 K 1 的变压器称之为理想变压器 描述理想变压器的电动势平衡方程式为 e1 t N1 d dt e2 t N2 d dt 若一次 二次绕组的电压 电动势的瞬时值均按正弦规律变化 则有 不计铁心损失 根据能量守恒原理可得 由此得出一次 二次绕组电压和电流有效值的关系 令 K N1 N2 称为匝比 亦称电压比 则 二 变压器的结构简介 1 铁心 铁心是变压器中主要的磁路部分 通常由含硅量较高 厚度为 0 35 0 3 0 27 mm 表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装或绕制而成 铁心分为铁心柱和横片俩部分 铁心柱套有绕组 横片是闭合磁路之用 铁心结构的基本形式有心式和壳式两种 2 绕组 绕组是变压器的电路部分 它是用双丝包 纸包 绝缘扁线或漆包圆线绕成 变压器的基本原理是电磁感应原理 现以单相双绕组变压器为例说明其基本工 作原理 当一次侧绕组上加上电压1 时 流过电流1 在铁芯中 就产生交变磁通1 这些磁通称为主磁通 在它作用下 两侧绕组分别 感应电势1 2 感应电势公式为 E 4 44fNm 式中 E 感应电势有效值 f 频率 N 匝数 m 主磁通最大值 由于二次绕组与一次绕组匝数不同 感应电势 E1 和 E2 大小也不同 当略去内 阻抗压降后 电压1 和2 大小也就不同 当变压器二次侧空载时 一次侧仅流过主磁通的电流 0 这个电流 称为激磁电流 当二次侧加负载流过负载电流2 时 也在铁芯中产生磁 通 力图改变主磁通 但一次电压不变时 主磁通是不变的 一次侧就要流过 两部分电流 一部分为激磁电流0 一部分为用来平衡2 所 以这部分电流随着2 变化而变化 当电流乘以匝数时 就是磁势 上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用 变压器就是通过磁势平衡作用实现了 一 二次侧的能量传递 变压器技术参数 对不同类型的变压器都有相应的技术要求 可用相应的技术 参数表示 如电源变压器的主要技述参数有 额定功率 额定电压和电压比 额 定频率 工作温度等级 温升 电压调整率 绝缘性能和防潮性能 对于一般 低频变压器的主要技述参数是 变压比 频率特性 非线性失真 磁屏蔽和静 电屏蔽 效率等 A 电压比 变压器两组线圈圈数分别为 N1 和 N2 N1 为初级 N2 为次级 在初级线圈上加 一交流电压 在次级线圈两端就会产生感应电动势 当 N2 N1 时 其感应电动 势要比初级所加的电压还要高 这种变压器称为升压变压器 当 N2 N1 时 其感应电动势低于初级电压 这种变压器称为降变压器 初级次级电压和线圈圈 数间具有下列关系 式中 n 称为电压比 圈数比 当 nN2 V1 V2 该变压器为降压变压器 反之则为升压变压器 B 变压器的效率 在额定功率时 变压器的输出功率和输入功率的比值 叫做变压器的效率 即 P2 P1 x100 式中 为变压器的效率 P1 为输入功率 P2 为输出功率 当变压器的输出功率 P2 等于输入功率 P1 时 效率 等于 100 变压器将不 产生任何损耗 但实际上这种变压器是没有的 变压器传输电能时总要产生损耗 这种损耗主要有铜损和铁损 铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗 当电流通过线圈电阻发热时 一部分电 能就转变为热能而损耗 由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成 因此称为铜 损 变压器的铁损包括两个方面 一是磁滞损耗 当交流电流通过变压器时 通过变 压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化 使得硅钢片内部分子相互摩擦 放出热能 从而损耗了一部分电能 这便是磁滞损耗 另一是涡流损耗 当变压 器工作时 铁芯中有磁力线穿过 在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流 由于此电流自成闭合回路形成环流 且成旋涡状 故称为涡流 涡流的存在使铁 芯发热 消耗能量 这种损耗称为涡流损耗 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系 通常功率越大 损耗与输出功 率就越小 效率也就越高 反之 功率越小 效率也就越低 C 变压器的功率 变压器铁心磁通和施加的电压有关 在电流中励磁电流不会随着负载的增加而 增加 虽然负载增加铁心不会饱和 将使线圈的电阻损耗增加 超过额定容量 由于线圈产生的热量不能及时的散出 线圈会损坏 假如你用的线圈是由超导 材料组成 电流增大不会引起发热 但变压器内部还有漏磁引起的阻抗 但电 流增大 输出电压会下降 电流越大 输出电压越低 所以变压器输出功率不 可能是无限的 假如你又说了 变压器没有阻抗 那么当变压器流过电流时会 产生特别大电动力 很容易使变压器线圈损坏 虽然你有了一台功率无限的变 压器但不能用 只能这样说 随着超导材料和铁心材料的发展 相同体积或重 量的变压器输出功率会增大 但不是无限大 编辑本段参数电源变压器标称功率 电压 电流等参数的标记 日久会脱落或 消失 有的市售变压器根本不标注任何参数 这给使用带来极大不便 下面介 绍无标记电源变压器参数的判别方法 此方法对选购电源变压器也有参考价值 一 识别电源变压器 1 从外形识别 常用电源变压器的铁芯有 E 形和 C 形两种 E 形铁芯变压器呈 壳式结构 铁芯包裹线圈 采用 D41 D42 优质硅钢片作铁芯 应用广泛 C 形铁芯变压器用冷轧硅钢带作铁芯 磁漏小 体积小 呈芯式结构 线圈包 裹铁芯 2 从绕组引出端子数识别 电源变压器常见的有两个绕组 即一个初级和一个 次级绕组 因此有四个引出端 有的电源变压器为防止交流声及其他干扰 初 次级绕组间往往加一屏蔽层 其屏蔽层是接地端 因此 电源变压器接线端子 至少是 4 个 3 从硅钢片的叠片方式识别 E 形电源变压器的硅钢片是交 插入的 E 片和 I 片间不留空气隙 整个铁芯严丝合缝 音频输入 输出变压器的 E 片和 I 片之 间留有一定的空气隙 这是区别电源和音频变压器的最直观方法 至于 C 形变 压器 一般都是电源变压器 二 功率的估算 电源变压器传输功率的大小 取决于铁芯的材料和横截面积 所谓横截面积 不论是 E 形壳式结构 或是 E 形芯式结构 包括 C 形结构 均是指绕组所包 裹的那段芯柱的横断面 矩形 面积 在测得铁芯截面积 S 之后 即可按 P S2 1 5 估算出变压器的功率 P 式中 S 的单位是 cm2 例如 测得某电源变压器的铁芯截面积 S 7cm2 估算其功率 得 P S2 1 5 72 1 5 33W 剔除各种误差外 实际标称功率是 30W 三 各绕组电压的测量 要使一个没有标记的电源变压器利用起来 找出初级的绕阻 并区分次级绕组 的输出电压是最基本的任务 现以一实例说明判断方法 例 已知一电源变压器 共 10 个接线端子 试判断各绕组电压 第一步 分清绕组的组数 画出电路图 用万用表 R 1 挡测量 凡相通的端子即为一个绕组 现测得 两两相通的有 3 组 三个相通的有 1 组 还有一个端子与其他任何端子都不通 照上述测量结 果 画出电路图 并编号 从测量可知 该变压器有 4 个绕组 其中标号 的是一带抽头的绕组 号端子与任一绕组均不相通 是屏蔽层引出端子 第二步 确定初级绕组 对于降压式电源变压器 初级绕组的线径较细 匝数也比次级绕组多 因此 像图 4 这样的降压变压器 其电阻最大的是初级绕组 第三步 确定所有次级绕组的电压 在初级绕组上通过调压器接入交流电 缓缓升压直至 220V 依次测量各绕组的 空载电压 标注在各输出端 如果变压器在空载状态下较长时间不发热 说明 变压器性能基本完好 也进一步验证了判定的初级绕组是正确的 四 各次级绕组最大电流的确定 变压器次级绕组输出电流取决于该绕组漆包线的直径 D 漆包线的直径可从引 线端子处直接测得 测出直径后 依据公式 I 2D2 可求出该绕组的最大输出 电流 式中 D 的单位是 mm 编辑本段串联电源变压器与一般的器件一样 应急工作时可以将其多个变压器 在一定条件下进行串并联使用 如市售的电源变压器是完全可以满足要求 变 压器功率满足要求时 而没有合适的电压 可以将两个或多个变压器串联使用 1 电源变压器的初级串联 在变压器计算式中有一个常数 N 称为匝数比 它是初级匝数与次级匝数之比 初次级电压比关系为 N 而初次级电流比关系为 1 N 例如 两个初级为 220V 次级为 18V 的变压器 N 为 13 如果将两个变压器的初级串联 则在 单个次级上输出电压将降到 9V 以下 而这种情况是在单个变压器的次级电压 高于成倍用电器电源使用情况下 可以将两个或多个变压器初级串联使用 而 如再将两个次级串联就没有多大使用价值了 在此情况下 只要保证单个变压 器的功率要求 则次级输出电压不一定相同 它的输出电压计算为 V 单 V1 次 V2 次 Vn 次 Vn 2 电源变压器的次级串联电源变压器的次级串联是在单个功率满足情况下 而 次级输出电压不满足时将两个或多个变压器的组合 如两个变压器的初级输入 为 220V 次级输出为 18V 时 如要给负载供 33V 电压 则可以将两个变压器 的次级串联起来应用 电源变压器的次级串联也是很容易的 不同的次级输出 只要保证单个变压器功率的条件下也是可以将其次级串联应用的 在理想状况 下多个变压器的初级输入电压相同时 总输出计算式为 V 总 V 初单 V1 次 V2 次 Vn 次 电源变压器的串联应用时要注意以下几点 1 电源变压器在串并联时要注意变压器的同名端 串联应用时要顺串而不能反 串 2 以上计算只是理想算法 而实际上在它们串并联后的单个变压器损耗是非常 大的 每个电源变压器的次级输出电压会比上式计算结果低的 3 不同次级输出 次级串联应用时 可以是次级直接串联 也可以在稳压后再 串联 4 电源电路中的共地是必须的 只有在一个参考点的条件下才能进行电位比较 和电压计算 种类及特点一般常用电源变压器的分类可归纳如下 1 按相数分 1 单相电源变压器 用于单相负荷和三相电源变压器组 2 三相电源变压器 用于三相系统的升 降电压 2 按冷却方式分 1 干式电源变压器 依靠空气对流进行冷却 一般用于局部照明 电子线路等 小容量电源变压器 2 油浸式电源变压器 依靠油作冷却介质 如油浸自冷 油浸风冷 油浸水冷 强迫油循环等 3 按用途分 1 电力变压器 用于输配电系统的升 降电压 2 仪用变压器 如电压互感器 电流互感器 用于测量仪表和继电保护装置 3 试验变压器 能产生高压 对电气设备进行高压试验 4 特种变压器 如电炉变压器 整流变压器 调整变压器等 4 按绕组形式分 1 双绕组变压器 用于连接电力系统中的两个电压等级 2 三绕组变压器 一般用于电力系统区域变电站中 连接三个电压等级 3 自耦变电器 用于连接不同电压的电力系统 也可做为普通的升压或降后变 压器用 5 按铁芯形式分 1 芯式变压器 用于高压的电力变压器 2 非晶合金变压器 非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料 空载电流下降 约 80 是目前节能效果较理想的配电变 压器 特别适用于农村电网和发展 中地区等负载率较低的地方 3 壳式变压器 用于大电流的特殊变压器 如电炉变压器 电焊变压器 或用 于电子仪器及电视 收音机等的电源变压器 编辑本段工作原理 1 2 是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器 升压和降压用 不同的抽头来实现 比共用线圈少的部分抽头电压就降低 比共用线圈多的部分抽 头电压就升高 2 其实原理和普通变压器一样的 只不过他的原线圈就是它的副线圈 一般的 变压器是左边一个原线圈通过电磁感应 使右边的副线圈产生电压 自耦变压 器是自己影响自己 3 自耦变压器是只有一个绕组的变压器 当作为降压变压器使用时 从绕组中 抽出一部分线匝作为二次绕组 当作为升压变压器使用时 外施电压只加在绕 组的 部分线匝上 通常把同时属于一次和二次的那部分绕组称为公共绕组 自耦变压器的其余部分称为串联绕组 同容量的自藕变压器与普通变压器相比 不但尺寸小 而且效率高 并且变压器容量越大 电压越高 这个优点就越加 突出 因此随着电力系统的发展 电压等级的提高和输送容量的增大 自藕变 压器由于其容量大 损耗小 造价低而得到广泛应用 由电磁感应的原理可知 变压器并不要有分开的原绕组和副绕组 只有一个线圈也 能达到变换电压的目的 在图 1 中 当变压器原绕组 W1 接入交流电源 U1 时 变压 器原绕组每匝的电压降 电压平均分配在变压器原绕组 1 2 变压器副绕组 W2 的 电压等于原绕组每匝电压乘以 3 4 的匝数 在 U1 不变的下 变更 W1 和 W2 的比 例 就得到不同的 U2 值 这种原 副绕组直接串联 自行偶合的变压器就叫自藕变 压器 又叫单圈变压器 普通变压器的原 副绕组是互相绝缘的 只用磁的联系而没有电的联系 依线圈组 数的不同 这种变压器又可分为双圈变压器或多圈变压器 由电磁感应的原理可知 并 不要有分开的原绕组和副绕组 只有一个线圈也能达到变换电压的目的 在图 1 中 当原绕组 W1 接入交流电源 U1 时 原绕组每匝的电压降 电压平均分配在原绕 组 1 2 副绕组 W2 的电压等于原绕组每匝电压乘以 3 4 的匝数 在 U1 不变的下 变更 W1 和 W2 的比例 就得到不同的 U2 值 这种原 副绕组直接串联 自行偶合 的变压器称为自耦变压器 又叫单圈变压器 自耦变压器中的电压 电流和匝数的关系和变压器 既 U1 U2 W1 W2 I2 I1 K 自耦变压器最大特点是 副绕组是原绕组的一部分 如图 1 的自耦降压变压器 或 原绕组是副绕组的一部分 如图 2 的自耦升压变压器 自藕变压器原 副绕组的电流方向和普通变压器一样是相反的 在忽略变压器的激磁电流和损耗的下 可如下关系式 降压 I2 I1 I I I2 I1 升压 I2 I1 I I I1 I2 P1 U1I1 P2 U2I2 式中 I1 是原绕组电流 I2 是副绕组电流 U1 是原绕组电压 U2 是副绕组电压 P1 是原绕组功率 P2 是副绕组功率 功能电源变压器的最基本型式 包括两组绕有导线之线圈 并且彼此以电感方 式称合一起 当一交流电流 具有某一已知频率 流于其中之一组线圈时 于另 一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压 而感应的电压大小取决于两线 圈耦合及磁交链之程度 一般指连接交流电源的线圈称之为 一次线圈 Primary coil 而跨于此线圈的 电压称之为 一次电压 在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压 是由一次线圈与二次线圈问的 匝数比 所决定的 因此 电源变压器区分为 升压与降压变压器两种 大部份的电源变压器均有固定的铁芯 其上绕有 一次与二次的线圈 基于铁材的高导磁性 大部份磁通量局限在铁芯里 因此 两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合 在一些变压器中 线圈与铁芯二 者间紧密地结合 其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同 因 此 变压器之匝数比 一般可作为变压器升压或降压的参考指标 由于此项升 压与降压的功能 使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物 提升输 电电压使得长途输送电力更为经济 至于降压变压器 它使得电力运用方面更 加多元化 吾人可以如是说 倘无变压器 则现代工业实无法达到目前发展的 现况 电源变压器除了体积较小外 在电力变压器与电子变压器二者之间 并没有明 确的分界线 一般提供 60Hz 电力网络之电源均非常庞大 它可能是涵盖有半 个洲地区那般大的容量 电子装置的电力限制 通常受限于整流 放大 与系 统其它组件的能力 其中有些部份属放大电力者 但如与电力系统发电能力相 比较 它仍然归属于小电力之范围 各种电子装备常用到变压器 理由是 提供各种电压阶层确保系统正常操作 提 供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离 对交流电流提供高阻抗 但对直流 则提供低的阻抗 在不同的电位下 维持或修饰波形与频率响应 阻抗 其中 之一项重要概念 亦即电子学特性之一 其乃预设一种设备 即当电路组件阻 抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时 其间即使用到一种设备 变压器 对于电子装置而言 重量和空间通常是一项努力追求之目标 至于效率 安全 性与可靠性 更是重要的考虑因素 变压器除了能够在一个系统里占有显著百 分比的重量和空间外 另一方面在可靠性方面 它亦是衡量因子中之一要项 在它应用方面的差别 使得电力变压器并不适合应用于电子电路上 变压器 利用电磁感应原理 从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的 一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件 1 电源变压器 静止的电磁装置 电源变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能 电源变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组 电源变压器原理 与电源相连的线圈 接收交流电能 称为一次绕组 与负载相连的线圈 送出交流电能 称为二次绕组 一次绕组的 二次绕组的 电压相量 U1 电压相量 U2 电流相量 I1 电流相量 I2 电动势相量 E1 电动势相量 E2 匝数 N1 匝数 N2 同时交链一次 二次绕组的磁通量的相量为 m 该磁通量称为主磁通 2 理想变压器 不计一次 二次绕组的电阻和铁耗 其间耦合系数 K 1 的变压器称之为理想变压器 描述理想变压器的电动势平衡方程式为 e1 t N1 d dt e2 t N2 d dt 若一次 二次绕组的电压 电动势的瞬时值均按正弦规律变化 则有 不计铁心损失 根据能量守恒原理可得 由此得出一次 二次绕组电压和电流有效值的关系 令 K N1 N2 称为匝比 亦称电压比 则 损耗当电源变压器的初级绕组通电后 线圈所产生的磁通在铁芯流动 因为铁 芯本身也是导体 在垂直于磁力线的平面上就会感应电势 这个电势在铁芯的 断面上形成闭合回路并产生电流 好像 p 一个旋涡所以称为 涡流 这个 涡流 使变压器的损耗增加 并且使变压器的铁芯发热电源变压器的温升增 加 由 涡流 所产生的损耗我们称为 铁损 另外要绕制电源变压器需要 用大量的铜线 这些铜导线存在着电阻 电流流过时这电阻会消耗一定的功率 这部分损耗往往变成热量而消耗 我们称这种损耗为 铜损 所以变压器的 温升主要由铁损和铜损产生的 由于电源变压器存在着铁损与铜损 所以它 的输出功率永远小于输入功率 为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描 述 输出功率 输入功率 材料要绕制一个电源变压器我们必须对与电源变压器有关的材料要有一定的认 识 为此这里我就介绍一下这方面的知识 1 铁芯材料 电源变压器使用的铁芯材料主要有铁片 低硅片 高硅片 的钢片中加入硅能 降低钢片的导电性 增加电阻率 它可减少涡流 使其损耗减少 我们通常称 为加了硅的钢片为硅钢片 电源变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关 系 硅钢片的质量通常用磁通密度 B 来表示 一般黑铁片的 B 值为 6000 8000 低硅片为 9000 11000 高硅片为 12000 16000 2 绕制电源变压器通常用的材料 漆包线 纱包线 丝包线 最常用的漆包线 对于导线的要求 是导电性能好 绝缘漆层有足够耐热性能 并且要有一定的耐腐蚀能力 一般情况下最好用 QZ 型号的高强度的聚脂漆包线 3 绝缘材料 在绕制变压器中 线圈框架层间的隔离 绕阻间的隔离 均要使用绝缘材料 一般的电源变压器框架材料可用酚醛纸板制作 层间可用聚脂薄膜或电话纸作 隔离 绕阻间可用黄腊布作隔离 4 浸渍材料 电源变压器绕制好后 还要过最后一道工序 就是浸渍绝缘漆 它能增强电源 变压器的机械强度 提高绝缘性能 延长使用寿命 一般情况下 可采用甲酚 清漆作为浸渍材料 比较一 电源变压器的制作中 线圈的机器绕制和手工绕制各有什么优缺点 机器绕制电源变压器的优点是效率高且外观成形漂亮 但绕制高个子小洞眼的 环型变压器却比较麻烦 而且在绝缘处理工艺的可靠性方面反不如手工绕制到 位 手工绕制可以将变压器的漏磁做得非常小 其在绕制过程中能针对线圈匝 数的布局随时予以调整 所以真正的 Hi END 变压器一定是纯手工绕制 纯手 工绕制的唯一缺点是效率低 速度慢 二 环型 EI 型 R 型 C 型几种电源变压器哪一种最好 它们各有其优缺点而不存在谁最好之说 所以严格来讲哪一种电源变压器都可 以做得最好 从结构上来讲 环型能够做到漏磁最小 但声音听感方面 EI 型则 可以把中频密度感做得更好一些 单就磁饱和而言 EI 型要比环型强 但在效 率上则环型又优于 EI 型 尽管如此 其问题的关键还是在于你能不能扬长避短 而将它们各自的优点充分发挥出来 而这才是做好电源变压器的最根本 目前的进口放大器中 环型电源变压器的应用仍然是主流 这基本说明了一个 问题 发烧友对电源变压器的评价要客观公正 你不能拿一个没做好的东西作 参考而说它不好 有人说环型电源变压器容易磁饱和 那你为什么不去想办法 把它做到不容易磁饱和 而原本通过技术手段是可以做到这一点的 不下足功夫 或者一味地为了省成本 那它当然就容易磁饱和了 同理 只要你认真制作 EI 型电源变压器的效率也是能做到很高的 电源变压器的品质好坏对声音的影响很大 因为电源变压器的传输能量与铁芯 线圈密切关联 其传递速率对声音的影响起决定性作用 像 EI 型电源变压器 人们通常觉得它的中频比较厚 高频则比较纤细 为什么呢 因为它的传输速度 相对比较慢 而环型呢 低频比较猛 中高频则又稍弱一点 为什么 因为它传 输速度比较快 但是如果通过有效的结构改变 你就可以把环型和 EI 型都做得 非常完美 所以关键还是要看你怎么做 不过至少可以肯定一点的是 R 型电源变压器不是太容易做好 用它来做小电 流的前级功放和 CD 唱机电源还可以 如果用来做后级功放的电源 则有比较 严重的缺陷 因为 R 型电源变压器本身的结构形式不太容易改变 而环型和 EI 型则相对容易通过改变结构来达到靓声目的 采用 R 型电源变压器制作的功率 放大器电源 通常声音很板结而匮乏灵气 低频往往没有弹跳力而显得较硬 三 电源变压器铁芯的硅钢片含硅量越大就越好吗 未见得 矽钢片含硅量的大小对变压器的质量影响不是很大 而有取向和无取 向则和铁芯的型号有关系 其次 即使是同样型号的铁芯如果你工艺处理不好 那品质差别也是很大的 其差别有时甚至高达百分之四五十 好的铁芯而同样的材料其热处理和线卷绕制工艺十分关键 良好的热处理只需 很小的 10mA 激磁电流就能达到 15000 高斯 而不好的热处理则可能要 50mA 的激磁电流才能达到相应的 15000 高斯 这二者之间的悬殊差别是很大的 从 专业的角度来判断铁芯的好与不好 主要是通过激磁电流 铁损耗 饱和参数 几项指标来进行综合性评价 四 环型电源变压器的带式硅钢片若采用了拼接工艺 是不是就意味着品质肯 定不好 还不能一概而论 但是拼接的断位头不易太多 因为多一个断位就多了一个漏 磁点 所以接头点最好不要超过 2 3 个 制作工艺上凡断头拼接均要予先经过 酸洗处理 但制造高档音响器材的环型变压器 严格来讲还是采用无拼接的矽 钢片为最好 其工艺质量会更有保障 五 电源变压器中的硅钢片材料有什么讲究 由于硅钢在交变磁场中的损耗很小 所以电源变压器主要都是采用硅钢片来作 磁性材料 硅钢片可分为热轧和冷轧两类 冷轧硅钢带由于具有较高的导磁系 数和较低的损耗 因此用来制作电源变压器具有体积小 重量轻 效率高的优 势 热轧硅钢带的性能则略逊色于冷轧硅钢带 普通的 EI 型电源变压器是将硅钢板冲制成 0 35 0 5mm 厚的 E 型和 I 型片子 经过热处理后再插入绕组线包内 这类铁芯以使用热轧硅钢片居多 含硅量很高 的优质硅钢片型号为 D41 D42 D43 D301 环型和 C 型电源变压器的铁芯 则是采用冷轧硅钢带经卷绕而成形 其中 C 型电源变压器系经热处理浸漆后再 切开制成 电源变压器的漏电感是由未穿过初 次级线圈的磁通产生的 这些磁通穿过空 气而自成闭合磁路 增强电源变压器变压器初 次级间的耦合密度可以减小漏 感 良好的电源变压器其漏感应不超过初级线圈电感的 1 100 高保真 Hi Fi 用 的胆机输出变压器则不应超过 1 500 判断音响用电源变压器硅钢片质量高低的重要参数之一是硅钢片的最大磁力线 密度 常用的几种优质硅钢片型号如下 D41 D42 最大磁力线密度 单位 GS 高斯 10000 12000GS D43 最大磁力线密度 11000 12000GS D301 最大磁 力线密度 12000 14000GS 检测一 中周电源变压器的检测 A 将万用表拨至 R 1 挡 按照中周变压器的各绕组引脚排列规律 逐一检查 各绕组的通断情况 进而判断其是否正常 B 检测绝缘性能 将万用表置于 R 10k 挡 做如下几种状态测试 1 初级绕组与次级绕组之间的电阻值 2 初级绕组与外壳之间的电阻值 3 次级绕组与外壳之间的电阻值 上述测试结果分出现三种情况 1 阻值为无穷大 正常 2 阻值为零 有短路性故障 3 阻值小于无穷大 但大于零 有漏电性故障 二 电源变压器的检测 A 通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象 如线圈引线是否断裂 脱焊 绝缘材料是否有烧焦痕迹 铁芯紧固螺杆是否有松动 硅钢片有无锈蚀 绕组线圈是否有外露等 B 绝缘性测试 用万用表 R 10k 挡分别测量铁芯与初级 初级与各次级 铁 芯与各次级 静电屏蔽层与衩次级 次级各绕组间的电阻值 万用表指针均应 指在无穷大位置不动 否则 说明变压器绝缘性能不良 C 线圈通断的检测 将万用表置于 R 1 挡 测试中 若某个绕组的电阻值为 无穷大 则说明此绕组有断路性故障 D 判别初 次级线圈 电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧 引出的 并且初级绕组多标有 220V 字样 次级绕组则标出额定电压值 如 15V 24V 35V 等 再根据这些标记进行识别 E 空载电流的检测 1 直接测量法 将次级所有绕组全部开路 把万用表置于交流电流挡 500mA 串入初级绕组 当初级绕组的插头插入 220V 交流市电时 万用表所 指示的便是空载电流值 此值不应大于变压器满载电流的 10 20 一般常 见电子设备电源变压器的正常空载电流应在 100mA 左右 如果超出太多 则说 明变压器有短路性故障 2 间接测量法 在变压器的初级绕组中串联一个 10 5W 的电阻 次级仍全部 空载 把万用表拨至交流电压挡 加电后 用两表笔测出电阻 R 两端的电压降 U 然后用欧姆定律算出空载电流 I 空 即 I 空 U R F 空载电压的检测 将电源变压器的初级接 220V 市电 用万用表交流电压接 依次测出各绕组的空载电压值 U21 U22 U23 U24 应符合要求值 允许误 差范围一般为 高压绕组 10 低压绕组 5 带中心抽头的两组对称绕 组的电压差应 2 G 一般小功率电源变压器允许温升为 40 50 如果所用绝缘材料质量较 好 允许温升还可提高 H 检测判别各绕组的同名端 在使用电源变压器时 有时为了得到所需的次 级电压 可将两个或多个次级绕组串联起来使用 采用串联法使用电源变压器 时 参加串联的各绕组的同名端必须正确连接 不能搞错 否则 变压器不能 正常工作 I 电源变压器短路性故障的综合检测判别 电源变压器发生短路性 故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常 通常 线圈内部匝间 短路点越多 短路电流就越大 而变压器发热就越严重 检测判断电源变压器 是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流 测试方法前面已经介绍 存在 短路故障的变压器 其空载电流值将远大于满载电流的 10 当短路严重时 变压器在空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热 用手触摸铁芯会有烫手的感 觉 此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在 国内四大变压器制造厂商为 沈阳变压器厂 2004 年被特变电工股份有限公司 兼并 西安变压器厂 保定变压器厂 特变电工股份有限公司 国外有名的 公司有西门子 ABB 等 电源变压器磁屏蔽 人造卫星远离地面几千至几万千米 为了使各种资料正确无误发回地球 应避 免卫星上 的各种仪器间的相互干扰和宇宙磁场的影响 在电信技术中 有些通 信设备的线圈会产生互感 各种精密仪器仪表 为保持精确 必须避免杂散磁 场和地磁场的影响 这一切必须用到磁屏蔽 怎样进行磁屏蔽 可以先做一个 简单实验研究一下 拿 1 块铜板 或 1 张厚纸板 放在 1 块永久磁铁下面一定距离处 桌上放一根 铁针 使永久磁铁和铜板 或厚纸板 一起慢慢往下移动 当永久磁铁离桌面 一定高度时 铁针就被吸到铜板 或厚纸板 上 记下这个高度 将铜板换成铁板 重复上述实验 这时永久磁铁必须放得离铁针更近时才能把 铁针吸到铁板上 这表明铁板挡住了一部分磁感线 如果用的是纯铁板 永久 磁铁必须放得更近才能吸起铁针 这表明纯铁板挡住了更多的磁感线 如用纯铁罩把永久磁铁完全包围起来 互相不接触 即使铁针再靠近一些纯铁 罩 也不能被吸起来 这是因为铜板或厚纸板是非磁性材料 磁感线可以毫无 阻挡地穿过它们 所以铁针很容易吸起来 铁板是磁性材料 它的磁导率较大 有良好的导磁作用 凡进入铁板的磁感线大部分集中在铁板里了 将纯铁做成 屏蔽罩 把永久磁铁封闭起来 永久磁铁的磁感线绝大部分都集中在纯铁屏蔽 罩内 屏蔽罩约厚 屏蔽效果越好 如果永久磁铁或其他能够产生磁场的物体 置于纯铁屏蔽罩外面 则罩外的磁感线也基本上不能进入罩内 对于罩内的物 体同样可以免受罩外磁场的影响 从而达到了屏蔽目的 对于高频交变磁场 情况就迥然不同了 铜和铝等导电性能良好的金属反而是 理想的磁屏蔽材料 铜罩之所以能够屏蔽高频交变磁场 其原因在于高频交变 磁场能在铜罩上引起很大的涡流 由于涡流的去磁作用 铜罩处的磁场大大减 弱 以致罩内的高频交变磁场不能穿出罩外 同样道理 罩外的高频交变磁场 也不能穿入罩内 从而达到磁屏蔽的目的 通常金属的电阻率越小 引起的涡 流越大 用这种金属做成的屏蔽罩屏蔽效果越好 铁等磁性材料的电阻率一般 都较大 引起的涡流就小 去磁作用就小 另一方面 磁性材料的高频功率损 耗大 屏蔽效果差 因此屏蔽高频交变磁场时不采用磁性材料 屏蔽的原理是相同的 但是在高频情况下 目前还没有导磁率很高的材料用于 屏蔽 在低频状态下磁导率很高的材料 到了高频状态 磁导率就变得很低了 即使专用的高频铁氧体 也很难超过 100 与低频下硅钢片或者纯铁数千上万 的磁导率相比差的很多 不能有效地聚集磁场 同时 这些材料都是一次性成 型材料 烧制完成以后不能二次加工以适应不同的需要 因此 才不得不使用 涡流损耗 反电动势产生反向磁场的方式来实现屏蔽 而产生涡流最好的材料 就是如纯铜 纯铝等低电阻率的材料 编辑本段国家标准目录 GB 1094 3 2003 电力变压器 第 3 部分 绝缘水平 绝 缘试验和外绝缘空气间隙 GB 1094 5 2003 电力变压器 第 5 部分 承受短路的能力 GB 13223 2003 火电厂大气污染物排放标准 GB 156 2003 标准电压 GB 19212 1 2003 电力变压器 电源装置和类似产品的安全 第 1 部分 通用要 求和试验 GB T 10760 1 2003 离网型风力发电机组用发电机 第 1 部分 技术条件 GB T 10760 2 2003 离网型风力发电机组用发电机 第 2 部分 试验方法 GB T 1094 10 2003 电力变压器 第 10 部分 声级测定 GB T 12325 2003 电能质量 供电电压允许偏差 GB T 14099 1 2004 燃气轮机采购 第 1 部分 总则与定义 GB T 14099 2 2004 燃气轮机采购 第 2 部分 标准参考条件与额定值 GB T 15146 11 2004 反应堆外易裂变材料的核临界安全 基于限制和控制慢化 剂的核临界安 GB T 17625 6 2003 电磁兼容限值 对额定电流大于 16A 的设备在低压供电系 统中产生的谐波电 GB T 17680 10 2003 核电厂应急计划与准备准则 核电厂营运单位应急野外辐 射监测 取样与分析准 GB T 17680 6 2003 核电厂应急计划与准备准则 场内应急响应职能与组织机 构 GB T 17680 7 2003 核电厂应急计划与准备准则 场内应急设施功能与特性 GB T 17680 8 2003 核电厂应急计划与准备准则 场内应急计划与执行程序 GB T 17680 9 2003 核电厂应急计划与准备准则 场内应急响应能力的保持 GB T 18039 3 2003 电磁兼容 环境 公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传 输的兼容水平 GB T 18039 5 2003 电磁兼容 环境 公用供电系统低频传导骚扰及信号传输的 电磁环境 GB T 18451 2 2003 风力发电机组 功率特性试验 GB T 19068 1 2003 离网型风力发电机组 第 1 部分 技术条件 GB T 19068 2 2003 离网型风力发电机组 第 2 部分 试验方法 GB T 19068 3 2003 离网型风力发电机组 第 3 部分 风洞试验方法 GB T 19069 2003 风力发电机组控制器 技术条件 GB T 19070 2003 风力发电机组 控制器 试验方法 GB T 19071 1 2003 风力发电机组 异步发电机 第 1 部分 技术条件 GB T 19071 2 2003 风力发电机组 异步发电机 第 2 部分 试验方法 GB T 19072 2003 风力发电机组塔架 GB T 19073 2003 风力发电机组 齿轮箱 GB T 19115 1 2003 离网型户用风光互补发电系统第 1 部分 技术条件 GB T 19115 2 2003 离网型户用风光互补发电系统 第 2 部分 试验方法 GB T 19184 2003 水斗式水轮机空蚀评定 GB T 19519 2004 标称电压高于 1000V 的交流架空线路用复合绝缘子 定义 试验方法及 GB T 19568 2004 风力发电机组装配和安装规范 GB T 2694 2003 输电线路铁塔制造技术条件 GB T 2893 1 2004 图形符号安全色和安全标志 第 1 部分 工作场所和公共区 域中安全标志的 GB T 2900 33 2004 电工术语电力电子技术 GB T 2900 36 2003 电工术语 电力牵引 GB T 2900 49 2004 电工术语电力系统保护 GB T 4585 2004 交流系统用高压绝缘于的人工污秽试验 GB T 7267 2003 电力系统二次回路控制 保护屏及柜基本尺寸系列 GB T 8564 2003 水轮发电机组安装技术规范 GB T 8732 2004 汽轮机叶片用钢 JB T 10317 2002 单相油浸式配电变压器技术参数和要求 负荷分析电力自耦变压器公共绕组过负荷分析 电力自耦变压器与普通变压器相比 具有明显的经济效益 因此在 330 KV 及 以上电压等级的超高压电网中 自耦变压器在许多场合得到了广泛的应用 自耦变压器的结构和工作原理与普通变压器相比 有着本质的差别 具有功率 传导容易 体积小等特点 自耦变压器在不同的运行方式下 公共绕组流过的 电流与同处一个铁心的串联绕组有所不同 本文从分析自耦变压器的电流流向 入手 导出公共绕组过负荷特征 对过负荷保护及第三侧无功容量与公共绕组 容量的关系进行了必要的讨论 以便供设计与运行人员参考 1 自耦变压器在不同运行方式下的电流流向 1 1 自耦变压器常见的几种使用形式 1 按电压等级分 第三侧有 35kV 和 10kV 两种 2 按与系统连接形式分 第三侧有 直接向用户供电 直接向用户供电且安装无功补偿装置 不直接向用户供电 只接无功补偿装置 不直接向用户供电 亦不接无功补偿装置 只作为平衡绕组使用 1 2 各种不同运行方式下的自耦变压器电流流向及过负荷分析 降压变电站使用的自耦变压器 其运行方式可归纳为两大类型 一类是高压向 中压 或低压 或者是同时向中低压低电 如上述接入系统方式中的 a b 两种 另一类是高压和低压同时向中压供电 如上述接入系统方式中的 b c 两种 1 为直观起见 举例来加以分析 假设某一变压器变量为 120MVA 电压比为 220 110 10kV 容量比为 100 100 50 通常设计公共绕组的容量等于自耦变 压器的计算容量 所以该变压器的公共绕组容量为 MVA K12 为高压侧与中压 侧的变比 2 由此可知 高压侧额定电流为 高压侧额定电流即等于串联绕组的额定电流 ICe 中压侧额定电流为 I2e 120 000 31 2 110 630A 低压侧额定电流为 I3e 60 000 31 2 10 3 464A 公共绕组额定电流为 IGe 计算容量 31 2 110 60 000 31 2 110 315A 降压变电站使用的自耦变压器第一类运行方式又可分为三种情形 如图 1 3 所示 A 高压侧单独向中压侧供电 图 1 此时 I3 0 该运行方式即为自耦变压器的自耦运行方式 高压侧以自耦方式向 中压侧供电 有 S1 S2 根据铁心中磁势平衡原理 有 其中 I1 I2 I3 分别为高压侧 中压侧 低压侧的电流 IAB IDB 分别为 自耦方式运行时串联绕组 公共绕组的电流 I B 为高 低压侧之间以变压器 方式 电磁感应 运行时高压侧的电流 WAB WCD W3 分别为串联绕组 公 共绕组 低压绕组的匝数 当自耦变压器在额定负荷下运行时 即 S2 120MVA U1 220kV K12 2 可 得 IC IDB 315A 可见 在这种运行方式下 若变压器未过负荷 则公共绕组不会过负荷 所以 此时自耦变压器的过负荷保护可按普通变压器的方式装设 B 高压侧单独向低压侧供电 图 2 此时 I2 0 该运行方式即为双绕组普通变压器的工作方式 高压侧以普通变压 器方式向低压侧供电 有 S1 S3 当自耦变压器在额定负荷下运行时 即 S3 60MVA U1 220kV 可得 IG IB 157 5A 可见 在这种运行方式下 即使变压器低压侧满负荷 则公共绕组中的电流也 未达到额定值 所以 此时自耦变压器的过负荷保护可按普通变压器的方式装 设 C 高压侧同时向中低压侧供电方式的电流流向 图 3 这种方式可看作上面两种方式的迭加 高压侧输入容量分为两部分 为高压侧以自耦方式传递给中压侧的容量 等于中压侧的输出容量 S1 此 时相当于高压侧单独向中压侧供电 高 中压绕组间自耦方式供电 IAB IDB 为串联绕组 公共绕组中流过的电流 为高压侧以高 低压绕组间以变压器 电磁感应 方式传递的容量 等于低压侧 的输出容量 S3 相当于高压侧单独向低压侧供电 高 低压绕组间以电磁 感应方式供电 IB 为高压侧电流 从图中可见 公共绕组中有两个电流 IDB 和 IB 且两电流方向相反 所以公 共绕组中的电流为 IG IDB IB 当低压侧满负荷运行时 即本例中的 S3 60MVA 则 S2 60MVA 且有 U1 220kV K12 2 将其代入式 1 1 式 1 1 可以求得 所以 公共绕组中的电流为 IG IDB IB 0 当中压侧满负荷运行时 即 S2 120MVA 则 S3 0MVA 将其代入式 1 1 或 1 2 同理 可求得 IDB 315A IB 0A 所以 此时公共绕组的