變壓器設計與製作

2022-09-25 09:21:04 字數 4545 閱讀 3472

一變壓器的概述

變壓器的最基本型式,包括兩組繞有導線之線圈,並且彼此以電感方式組合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流於其中之一組線圈時,於另一組線圈中將感應出具有相同頻率之交流電壓,而感應的電壓大小取決於兩線圈耦合及磁交鏈之程度。

一般指連線交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(primamary coil);而跨於此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應電壓可能大於或小於一次電壓,是由一次線圈與二次線圈問的「匝數比」所決定的。

因此,變壓器區分為公升壓與降壓變壓器兩種。

大部份的變壓器均有固定的鐵心,其上繞有一次與二次的線圈。基於鐵材的高導磁性,大部份磁通量侷限在鐵心裡,因此,兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中,線圈與鐵心二者間緊密地結合,其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。

因此,變壓器之匝數比,一般可作為變壓器公升壓或降壓的參考指標。由於此項公升壓與降壓的功能,使得變壓器已成為現代化電力系統之一重要附屑物,提公升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟,至於降壓變壓器,它使得電力運用方面更加多元化,吾人可以如是說,倘無變壓器,則現代工業實無法達到目前發展的現況。

電子變壓器除了體積較小外,在電力變壓器與電子變壓器二者之間,並沒有明確的分界線。一般提供6ohz電力網路之電源均非常龐大,它可能是涵蓋有半個洲地區那般大的容量。電子裝置的電力限制,通常受限於整流、放大,與系統其它元件的能力,其中有些部份屬放大電力者,但如與電力系統發電能力相比較,它仍然歸屬於小電力之範圍。

各種電子裝備常用到變壓器,理由是:提供各種電壓階層確保系統正常操作;提供系統中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗,但對直流則提供低的阻抗;在不同的電位下,維持或修飾波形與頻率響應。「阻抗」其中之一項重要概念,亦即電子學特性之一,其乃預設一種裝置,即當電路元件阻抗系從一階層改變到另外的乙個階層時,其間即使用到一種裝置-變壓器。

對於電子裝置而言,重量和空間通常是一項努力追求之目標,至於效率、安全性與可靠性,更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在乙個系統裡占有顯著百分比的重量和空間外,另一方面在可靠性方面,它亦是衡量因子中之一要項。 因為上述與其它應用方面的差別,使得電力變壓器並不適合應用於電子電路上.

ⅱ變壓器的原理

1.變壓器的製作原理:

在發電機中,不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈,均能**圈中感應電勢,此兩種情況,磁通的值均不變,但與線圈相交鏈的磁通數量卻有變動,此為互感應原理.變壓器就是一種利用電磁互感應,變換電壓,電流和阻抗的器件.

2.在電路中,變壓器表示符號為:

3.技術引數:

對不同型別的變壓器都有相應的技術要求,可用相應的技術引數表示.如電源變壓器的主要技術引數有:額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫公升、電壓調整率、絕緣性能和防潮效能,對於一般低頻變壓器的主要技術引數是:

變壓比、頻率特性、非線性失真、磁遮蔽和靜電遮蔽、效率等.

a.電壓比:

變壓器兩組線圈圈數分別為n1和n2,n1為初級,n2為次級.在初級線圈上加一交流電壓,在次級線圈兩端就會產生感應電動勢.當n2>n1時,其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高,這種變壓器稱為公升壓變壓器:

當n2式中n稱為電壓比(圈數比).當n<1時,則n1>n2,v1>v2,該變壓器為降壓變壓器.反之則為公升壓變壓器.

b.變壓器的效率:

在額定功率時,變壓器的輸出功率和輸入功率的比值,叫做變壓器的效率,即

[}}×100\\%', 'altimg': '', 'w': '104', 'h': '49'}]

式中η為變壓器的效率;p1為輸入功率,p2為輸出功率.

當變壓器的輸出功率p2等於輸入功率p1時,效率η等於100%,變壓器將不產生任何損耗.但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要產生損耗,這種損耗主要有銅損和鐵損.

銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當電流通過線圈電阻發熱時,一部分電能就轉變為熱能而損耗.由於線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱為銅損.

變壓器的鐵損包括兩個方面.一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器矽鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化,使得矽鋼片內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗,當變壓器工作時.

鐵芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流,由於此電流自成閉合迴路形成環流,且成旋渦狀,故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗.

變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關係,通常功率越大,損耗與輸出功率就越小,效率也就越高.反之,功率越小,效率也就越低.

ⅲ.變壓器材料介紹

一.線架(bobbin)

(一)作用:顧名思義,bobbin(線架)在變壓器中起支撐coil(線圈)的作用.

(二)bobbin的分類:

1.依據變壓器的性質要求不同,按材質分為:熱塑性材料,熱固性材料.

熱塑性材料我們常用的有尼龍(nylon),塑料(pet),塑料( pbt)三種.熱固性材料我們常用到的有電木(pm).

2.依據變壓器的形狀不同,bobbin又分為立式,臥式,子母式,抽屜式,單元格,雙格.

(三)特性及用途:

1.電木(pm):熱固性材料,穩定性高,不易變形,耐溫150℃,可承受370℃之高溫.表面光滑,易碎,不能**.用於耐溫較高之變壓器.

2.尼龍(nylon):熱塑性材料,工程塑料,延展性好,不易碎,耐溫115℃,易吸水,使用前先用80℃的溫度烘烤,使固性穩定.

表面光滑,半透明,不易碎.一般用於耐油性強的變壓器上.

3.塑料(pet):熱塑性材料,510系統,硬性高,易成形.不易變形,耐溫170℃,表面不光滑,不易碎,一般用於繞線管.

4.塑料(pbt):熱塑性材料,較軟,不易變形,不耐高溫(160℃),表面不光滑,不易碎一般用於繞線管

*熱塑性材料可**:第一次為20%,第二次為15%,第三次7%.

二.鐵芯core

鐵芯從用途上分高、低頻、coil三種:

1.高頻類:鐵粉芯ferrite core

ferrite core用於高頻變壓器它是一種帶有尖晶石結晶狀結構的陶磁體,此種尖晶石為氧化鐵和其它二價的金屬化合物.如kfe2o4(k代表其它金屬),目前常使用的金屬有錳(mn)、鋅(zn)、鎳(ni)、鎂(ng)、銅(cu).

其常用組合如錳鋅(mn zn)系列、鎳鋅 (ni zn)系列及鎂鋅(mg zn)系列.此種材具有高導磁率和阻抗性的物性,其使用頻率範圍由1khz到超過200khz.

2.低頻類:矽鋼片(lamination)

矽鋼片用於低頻變壓器,其種類很多,按其製作工藝不同可分為a:鍛燒(黑片)、 n:無鍛燒(白片)兩種.按其形狀不同可分為:ei型、ui型、c型、口型.

口型矽鋼片常在功率較大的變壓器中使用,它絕緣性能好,易於散熱,同時磁短路,主要用於功率大於500~1000w和大功率變壓器中.

由兩個c型矽鋼片組成一套矽鋼片稱為cd型矽鋼片,用cd型矽鋼片製作的電源變壓器在截面積相同的條件下,視窗愈越高,變壓器功率越大.於鐵芯兩側可以分別安裝線圈,因此變壓器的線圈匝數可分配在兩個線包上,從而使每個線包的平均匝長較短,線圈的銅耗減小.另外如果把要求對稱的兩個線圈分別繞在兩個線包上,可以達到完全對稱的效果.

由四個c型矽鋼片組成一套矽鋼片稱為ed型矽鋼片.ed型矽鋼片製成的變壓器外形呈扁寬形,在功率相同的條件下ed型變壓器比cd型變壓器矮些,寬度大些,另外由於線圈安裝在矽鋼片中間,有外磁路, 因此漏磁小,對整體干擾小.但是它所有線圈都繞在乙個線包上,線包較厚,故平均匝長較長,銅耗較大.

c型鐵芯效能優異所製作之變壓器體積小、重量輕、效率高,裝配的角度來看,c型矽鋼片零件很少,通用性強,因此生產效率高,但是c型矽鋼片加工工序較多,作較複雜,需用專用裝置製造,因而目前成本還較高.

我們主要使用的是ei型矽鋼片.e型矽鋼片又稱殼型或日型矽鋼片,它的主要優點是初、次級線圈共同乙個線架,有較高的視窗占空係數(占空係數km:銅線淨截面積和視窗面積比);矽鋼片對繞組形成保護外殼,使繞組不易受到機械傷損傷;同時矽鋼片散熱面積較大,變壓器磁場發散較少.

但是它的初次級漏感較大,外來磁場干擾也較大,此外,由於繞組平均周長較長,在同樣圈數和鐵芯截面積條件下,ei型鐵芯的變壓器所用的銅線較多.

矽鋼片的厚度常用的有0.35mm、0.5mm兩種.

矽鋼片的組裝方式有交迭法和對迭法兩種.交迭法是將矽鋼片的開口一對一交替地分布在兩邊,這種迭法比較麻煩,但矽鋼片間隙小,磁阻小,有利於增大磁通,因此電源變壓器都採用這種方法.對迭法常用於通有直流電流的場合,為避免直流電流引起飽和,矽鋼片之間需要留有空隙,因此對迭法將e片與i片各放一邊,兩者之間的空隙可用紙片來調節

我們廠常用的有矽鋼片材質有z-11、h-18、h-50、h-14等,其中以z-11矽鋼片效能最好.通常表示方法如圖3.1:

ei-28 z11 0.35 a

類:分三種型別(如圖3.2).

環形鐵芯:將o型迭片而成,或由矽鋼片捲繞而成.此種鐵芯對繞線來說非常不易.

core棒狀鐵芯.

core:鼓形鐵芯.

tube種類繁多,用途廣泛,我們常用的有teflon(鐵弗龍)、矽質套管、玻璃纖維矽膠套管、 矽橡膠套管、矽膠玻璃纖維套管、臘套管、pe熱縮套管、pvc熱縮套管。

鐵弗龍為塑料中耐溫最高(280℃~300℃)最耐強酸、強鹼、最抗粘、最滑溜耐磨之工程塑料材料,而廣泛用於機械,汽車,電子,化工閥門等零件.鐵弗龍為訊號、儀控綱路及耐熱之電線電纜的最佳絕緣材料,成功用於各類家電用品(微波爐、電烤箱、吹風機、電飯鍋……),通訊裝置/計算機、各類化學、機械及電氣/電子工業領域.

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