变压器滤波器讲义

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（每片

9、 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、等等

10、。 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； 对于一般的电子变

11、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、耐化学腐蚀性，

12、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，直焊性1

13、80/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。要求有

14、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规格

15、、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， 0.35mm

16、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

17、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:原因有安全距离不够、骨架不良、绕线绝缘不 良、留边不够、凡立水中有杂质、凡立水没烘干、等 2、叫声过大:原因有线包绕得过松、铁/磁心装配不紧、铁/磁 心不良、浸漆不良、凡立水没烘干、等 3、空载电流过大:原因有铁/磁心不良、铁损过大、铁/磁心装 配不紧、初级匝数不够、匝间有短路、等 4、效率过低:原因有铁/磁心不良、铁损过大、等

18、 5、温升过高:原因有铁/磁心不良、铁损过大、匝间有短路、 6、匝间短路:原因有线皮损伤、绝缘不好造成高压击穿、 7、负载能力差:原因有铁/磁心不良、铁损及铜损过大、耦合 不好、漏感过大、 8、引脚脱落:原因有骨架不良、 9、骨架损坏:原因有骨架不良、材质不好或太薄、 七、变压器制作需要的信息 1、变压器原理图； 2、工作频率或频率范围； 3、各绕组匝数及线径（或电压及电流）； 4、电感量、漏感及气隙要求； 5、最大允许外形尺寸（长*宽*高）； 6、安装尺寸或引出脚尺寸图； 7、绝缘电阻及耐电压要求(输入对输出、输入及输出对铁心) 8、变压器允许最大温升的要求； 9、安规或认证要求(可以无要求

19、)； 10、环保ROHS要求(注明有铅还是无铅)； 11、其它要求；如屏蔽、防潮、温度等级、等 （注：电子变压器不能作为标准件使用，需针对需要来设计） 电源滤波器讲义 演讲人：刘忠生 2010-1-22 演讲内容提纲 一、滤波器的用途 二、滤波器的工作原理 三、滤波器的分类 四、滤波器的构成及要求 五、滤波器制作的工艺流程 六、滤波器制作需要的信息 一、滤波器的用途 随着计算机、电气化、数字化设备的发展，许多的电气设备中 都有数字控制或电脑控制装置部份。（如电信系统、数据处理 系统、工业控制系统、医用设备、电力驱动、数控机床、变频 装置、逆变类设备、等）。通常会产生严重的高频干扰信号， 严重地

20、相互影响着用电系统的正常工作，严重时会出现死机。 高频干扰噪声信号是以电磁的方式传输的，所以解决电磁干扰 噪声被叫做电磁兼容（EMC），其中包括电磁干扰EMI和抗干扰 EMS（EMCEMI+EMS）；插入滤波器确是解决电磁兼容最有效的 措施之一，它能有效地抑制电网中传来的和设备自产生的高频 干扰噪声，从而可大大提高电气设备及控制系统的可靠性。 电磁兼容已俞来俞引起国内外的高度重视，各国都制订了强制 性的法规，如中国的3C、西欧的CE、美国的FCC、德国的VDE等， 滤波器已成为电气设备产品中必不可少的重要组成部份 二、滤波器的工作原理 电感对电流的阻碍叫感抗：XLjL，与频率成正比，串在电 路

21、中时，低频交流信号容易通过，而高频交流信号不易通 过；所以说电感据有通直隔交的（低通）特性； 电容对电流的阻碍叫容抗：Xc1/jC，与频率成反比，串在 电路中时，高频交流信号容易通过，而低频交流信号不易 通过；所以说电容据有通交隔直的（高通）特性； 利用电感和电容的特性来让有用的低频信号通过，让没有用的 高频噪声信号不能通过。这就是电源滤波器的工作原理。 但电感和电容都不是理想元件：电感中存在分布电容及电阻， 电感就成了电感、电容及电阻的组合体，这时电感要用阻 抗来Z表示：Z R+(XL/ Xc)当频率低时 Xc XL，当频率 高时Xc XL；当Xc XL为高阻态。 电容中有分布电感及电阻，阻

22、抗Z R+(Xc+XL) 分布电感和分布电容及电阻值愈大，对滤波效果就愈差； 三、滤波器的分类 按用电形式分有直流、单相交流、三相三线和四线交流滤波器 按频率上分有低通(电源滤波器)、高通、带通、带阻滤波器。 按引出方式上分主要有导线、导针、插片、螺栓、几种， 按传播形式上分为传导干扰和辐射干扰，传导干扰是通过线路 的途径进行传播的，频率范围介于10kHz30MHz之间，辐射 干扰是通过空间辐射的方式进行传播的， 频率范围介于 30MHz1GHz之间。辐射干扰主要是通过电屏蔽和磁屏蔽来 解决，或采用磁珠对干扰源实施衰减。传导干扰主要是通过 滤波器来解决，传导干扰中分共模CM(共态)和差模DM

23、(正 态)。共模干扰存在于线地之间，大小相等，相位相同；一般 为外来的干扰，如雷电等。差模干扰存在于线线之间，大小 相等，相位相反。一般为电路中产生的，如高频变压器 滤波器应同时对共模(共态)干扰和差模(正态)干扰抑制的作用； 水平以插入损耗来表示，IL=20lgV1/V2（dB）是在空载时，阻 抗为50/ 50的条件下测试的。 四、滤波器的构成及要求 一般滤波器是将元件电感及电容组装入金属壳内，用胶灌 封填充后密封而成。电感分为共模电感和差模电感，一 般采用环形磁心绕制，电路方案及参数的选择是根据电 压、电流、插入损耗、耐电压、温升等要求来确定的。 理论上说用的磁环愈大、线愈粗、电容愈多、耐电压愈 高、滤波级数愈多，对滤波效果就愈好，当然体积会愈