变压器滤波器讲义

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Φm（最大磁通密度），在主磁通Φm的作用下在线圈（N1、N2）上分别产生感应电压E1、E2，(E1＝4.44fΦmN1；E2＝4.44fΦmN2)(Φm=BS)当不考虑线圈上的压降时:E1＝U1；E2＝U2U1/U2=N1/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U2＝N2/N1×U1磁场强度H=NI/L(安匝/米);磁通密度B(1T=1000mT=10000GS);磁导率u=B/HN1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I2＝0,初级电流I1＝I0,称激磁电流，也是空载电流（铁损电流不计时）。当接有负载时，I2＝U1/R；初级电流I1＝I0+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。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+P0P2＝I2*U2=I2*U1*N2/N1P3=I3*U3=I3*U1*N3/N1P4=I4*U4=I4*U1×N4/N1P0=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/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V0＝4.44fBS*10-8线圈匝数N1=V1/4.44fBS*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）、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30kHz~300kHz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：小功率变压器（100W以下）、中功率变压器（100W~500W）、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，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=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0.2~0.5mm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S＝1.2*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12000~20000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。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，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49~10）。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2.5~6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0.03~0.1mm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（0.1~0.5mm厚的无坊绝缘胶带，宽度2~8mm），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、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: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、