变压器的概述.pdf
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1、 变 压 器 制 作 变压器的概述 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(Primamary 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心,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心里,因此,
2、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,线圈与铁心二者间紧密地结合,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针。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屑物,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 6OHz 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
3、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、1/62 变 压 器 制 作 安全性与可靠性,更是重要的考虑因素。变压器
4、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。因为上述与其它应用方面的差别,使得电力变压器并不适合应用于电子电路上.2/62 变 压 器 制 作 变压器的原理 1.变压器的制作原理:在发电机中,不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈,均能在线圈中感应电势,此两种情况,磁通的值均不变,但与线圈相交链的磁通数量却有变动,此为互感应原理.变压器就是一种利用电磁互感应,变换电压,电流和阻抗的器件.2.在电路中,变压器表示符号为:3.技述参数:对不同类型的变压器都有相应的技述要求,可用相应的技述参数表示.如电源变压器的主要技述参数有:额定功率、额
5、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 N2N1 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 N2N1 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:V2 N2-=-=n V1 N1 式中 n 称为电压比(圈数比).当 nN2,V1V2,该变压器为降
6、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 3/62 变 压 器 制 作=x100%P2 -P1 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
7、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.4/62 变 压 器 制 作.变压器材料介绍 一.线架(BOBBIN)(一)作用:顾名思义,BOBBIN(线架)在变压器中起支撑 COIL(
8、线圈)的作用.(二)BOBBIN 的分类:1.依据变压器的性质要求不同,按材质分为:热塑性材料,热固性材料.热塑性材料我们常用的有尼龙(NYLON),塑料(PET),塑料(PBT)三种.热固性材料我们常用到的有电木(PM).2.依据变压器的形状不同,BOBBIN 又分为立式,卧式,子母式,抽屉式,单元格,双格.(三)特性及用途:1.电木(PM):热固性材料,稳定性高,不易变形,耐温 150,可承受 370之高温.表面光滑,易碎,不能回收.用于耐温较高之变压器.2.尼龙(NYLON):热塑性材料,工程塑料,延展性好,不易碎,耐温 115,易吸水,使用前先用 80的温度烘烤,使固性稳定.表面光滑,
9、半透明,不易碎.一般用于耐油性强的变压器上.3.塑料(PET):热塑性材料,510 系统,硬性高,易成形.不易变形,耐温170,表面不光滑,不易碎,一般用于绕线管.4.塑料(PBT):热塑性材料,较软,不易变形,不耐高温(160),表面不光滑,不易碎一般用于绕线管*热塑性材料可回收:第一次为 20%,第二次为 15%,第三次 7%.5/62 变 压 器 制 作 二.铁芯 CORE 铁芯从用途上分高、低频、COIL 三种:1.高频类:铁粉芯 Ferrite core Ferrite core用于高频变压器 它是一种带有尖晶石结晶状结构的陶磁体,此种尖晶石为氧化铁和其它二价的金属化合物.如 kFe
10、2O4(k 代表其它金属),目前常使用的金属有锰(Mn)、锌(Zn)、镍(Ni)、镁(Ng)、铜(Cu).其常用组合如锰锌(Mn Zn)系列、镍锌(Ni Zn)系列及镁锌(Mg Zn)系列.此种材具有高导磁率和阻抗性的物性,其使用频率范围由 1kHz 到超过 200kHz.2.低频类:硅钢片(LAMINATION)硅钢片用于低频变压器,其种类很多,按其制作工艺不同可分为A:锻烧(黑片)、N:无锻烧(白片)两种.按其形状不同可分为:EI 型、UI 型、C 型、口型.口型硅钢片常在功率较大的变压器中使用,它绝缘性能好,易于散热,同时磁短路,主要用于功率大于 5001000W 和大功率变压器中.由两
11、个 C 型硅钢片组成一套硅钢片称为 CD 型硅钢片,用 CD 型硅钢片制作的电源变压器在截面积相同的条件下,窗口愈越高,变压器功率越大.于铁芯两侧可以分别安装线圈,因此变压器的线圈匝数可分配在两个线包上,从而使每个线包的平均匝长较短,线圈的铜耗减小.另外如果把要求对称的两个线圈分别绕在两个线包上,可以达到完全对称的效果.由四个 C 型硅钢片组成一套硅钢片称为 ED 型硅钢片.ED 型硅钢片制成的变压器外形呈扁宽形,在功率相同的条件下 ED 型变压器比CD 型变压器矮些,宽度大些,另外由于线圈安装在硅钢片中间,有外磁路,因此漏磁小,对整体干扰小.但是它所有线圈都绕在一个线包上,线包较厚,故平均匝
12、长较长,铜耗较大.C 型铁芯性能优异所制作之变压器体积小、重量轻、效率高,装 6/62 变 压 器 制 作 配的角度来看,C 型硅钢片零件很少,通用性强,因此生产效率高,但是 C 型硅钢片加工工序较多,作较复杂,需用专用设备制造,因而目前成本还较高.我们主要使用的是 EI 型硅钢片.E 型硅钢片又称壳型或日型硅钢片,它的主要优点是初、次级线圈共同一个线架,有较高的窗口占空系数(占空系数 Km:铜线净截面积和窗口面积比);硅钢片对绕组形成保护外壳,使绕组不易受到机械伤损伤;同时硅钢片散热面积较大,变压器磁场发散较少.但是它的初次级漏感较大,外来磁场干扰也较大,此外,由于绕组平均周长较长,在同样圈
13、数和铁芯截面积条件下,EI型铁芯的变压器所用的铜线较多.硅钢片的厚度常用的有 0.35mm、0.5mm 两种.硅钢片的组装方式有交叠法和对叠法两种.交叠法是将硅钢片的开口一对一交替地分布在两边,这种叠法比较麻烦,但硅钢片间隙小,磁阻小,有利于增大磁通,因此电源变压器都采用这种方法.对叠法常用于通有直流电流的场合,为避免直流电流引起饱和,硅钢片之间需要留有空隙,因此对叠法将 E 片与 I 片各放一边,两者之间的空隙可用纸片来调节 我们厂常用的有硅钢片材质有 Z-11、H-18、H-50、H-14 等,其中以 Z-11 硅钢片性能最好.通常表示方法如图 3.1:EI-28 Z11 0.35 A 表
14、示制作工艺为已锻烧表示制作工艺为已锻烧 表示厚度为表示厚度为 0.35 mm 表示材质为表示材质为 Z11 表示规格表示规格 表示形状表示形状 灰色代表锻烧锻烧 28 图 3.1 7/62 变 压 器 制 作 1.COIL 类:分三种类型(如图 3.2).A.TOROID 环形铁芯:将 O 型叠片而成,或由硅钢片卷绕而成.此种铁芯对绕线来说非常不易.B.ROD CORE 棒状铁芯.C.DRUM CORE:鼓形铁芯.T CORE R CORE DR CORE 图 3.2 8/62 变 压 器 制 作 三.TUBE TUBE 种类繁多,用途广泛,我们常用的有 TEFLON(铁弗龙)、硅质套管、玻璃
15、纤维硅胶套管、硅橡胶套管、硅胶玻璃纤维套管、腊套管、PE 热缩套管、PVC 热缩套管。1.TEFLON 铁弗龙为塑料中耐温最高(280300)最耐强酸、强碱、最抗粘、最滑溜耐磨之工程塑料材料,而广泛用于机械,汽车,电子,化工阀门等零件.铁弗龙为讯号、仪控纲路及耐热之电线电缆的最佳绝缘材料,成功用于各类家电用品(微波炉、电烤箱、吹风机、电饭锅),通讯设备/计算机、各类化学、机械及电气/电子工业领域.其中 Teflon Insulation Sleeving 由于耐高温、耐电压(300V)而广泛用于航天、汽车、医疗、电子变压器、通讯等科技工业.Teflon insulation sleeving
16、是变压器进出线绝缘的最佳材料,其主要性质如下表:TEFLON 之性质表 比重 2.12.3gr/cm 抗拉强度 280352kg/cm 伸长率 200400%抗拉弹性系数 0.4*10kg/cm 压缩强度 120kg/cm 硬度(rockwell)D5055 冲击张度(V)16.4gm/1000 回 磨擦系数 0mg/1000 回 融 点 317327 绝缘破坏强度 4.5kv/mm 诱电率 10 HZ 300sec 吸水率 24Hrs 8KV 最高可达 12KV.3.5 聚酯薄膜(Polyeseter Taye)这种胶带适应于需要薄质、耐用和高介电/耐电压强度材料时的绝缘用途.它必须比醋酸脂
17、薄膜胶带耐温度.聚脂薄膜胶带从形性高、有极佳的抗化学品、抗化剂和防潮能力,并可扺受切割及磨损.耐温 130 HI-POT:5KV 3.6 强化纤维胶带(Filament Tape)这种胶带特别适用于需要聚脂薄膜的高介电强度/高耐电压和玻璃布胶带的高度机械强度的情况.它的延展强度低、韧度高和抗撕裂,在 130或以下范围使用这种胶带,比使用玻璃布胶带的成本为低.它可用来固定引线及端子板,并可缠结 COIL.3.7 合成物薄膜(Composite Tape)这种结构结合聚脂薄膜的高介电/耐电压强度和抗撕裂性质以及无纺聚酯薄垫的软垫特性,并备有三种厚度可供选择.这种胶带即我们常说的 44#醋酸布(AC
18、T),其耐温为 130,HI-POT:5.5KV 3.8 玻璃布(Glass Cloth)玻璃布胶带用途最广泛且从形性最佳,它在纺织产品中最耐热和韧力最高,并能级效地吸收电气绝缘漆和树脂其耐温 130以上,HI-POT:3KV 14/62 变 压 器 制 作 3.9 乙醋酸布(Acetate Cloth)、这些悦目胶带适用于 COIL 包封.从形性高.能扺受 105之高温,乙醋酸布并能有效地吸收树脂和绝缘漆.HI-POT:3.5KV 3.10 纸带(Paper)这些胶带具软垫功能,抗穿刺和韧度高.其绉纹及纤维带基物料具有极高从形性,用于 COIL 包封及 105或以下温度范围.HI-POT:2
19、KV 15/62 变 压 器 制 作 五.WIRE (一)漆包线的种类及用途:名 称 种类 耐热区分用途 性树脂漆包线()Type 1 Type 2 Type 3 Type 4 Type A (105)因具有体积小的优点普遍被使用于电话交换机的继电 COIL.可使用于通讯机器的继电 COIL,照明器具用 COIL 控制机器用 COIL 聚乙烯醇缩甲醛漆包线()Type 0 Type 1 Type 2 Type A (105)机械特性优良,可用于电动机.汽车用电装品,一般回转机,马达.电扇及变压器等之 COIL 聚胺基甲酸脂 漆包线()Type 1 Type 2 Type 3 Type E (1
20、20)弱电机器用,特别适用于高波通信机械,中频.高频 COIL 自融性聚胺 脂漆包线()Type0 Type1 Type2 Type B (130)通信仪器之 COIL 电气机器之 COIL 电气计器之 COIL 电视偏贪向 COIL 喇叭音响 COIL 聚脂瓷漆包线()Type0 Type1 Type2 Type F (155)适用于要求热特性良好的电动机及变压器等 各种电动机之 COIL 各种变压器之 COIL 密闭电动机之 COIL 耐温稍高之马达 COIL 聚胺基甲酸脂 尼龙被覆漆包线(UEW-NY)Type 1 Type 2 TypeE (120)适用于耐磨性良好之高速绕线作业之机械
21、 聚亚胺聚脂漆包线()Type 0 Type 1 Type 2 Type H (180)适用于马达 COIL,干式变压,温度 class F 的替续器中,适用于电冰箱 或冷气机中的密封马达 线圈中.聚亚胺醯胺漆包线()Type 1 Type 2 Type 3 Type A (220)适用于 H 级马达,变压器,替续器等之线圈.Remarks 1.UEW 漆包线可以着色 2.第 0 种的皮膜 特别厚 第 1 种薄 第 2 种较薄 第 3 种更薄 第 4 种最薄 16/62 变 压 器 制 作 聚脂瓷漆包线(.)聚脂瓷漆包线是以耐热的 Terephthalic Polyester 树脂为主体的油脂
22、为绝缘皮膜烤漆于导体而成.特性:?耐热性比合成树(P.V.F.)漆包线、U.E.W.漆包线优越?耐药性(碱性除外)、耐溶性优良?机械强度可与合成树脂(P.V.F.)媲美?力率、诱电率可与 U.E.W.漆包线媲美?耐碱性、耐湿性比合成树脂漆包线(P.V.F)聚胺基甲酸脂漆包(U.E.W.)聚胺基甲酸脂漆包是以 Polyure thane 树脂为主体的油脂为绝缘皮膜,烤漆于导体而成.其最大的特点为皮膜在 300以上时,能于短时间内溶解,所以可不剥皮而作焊接工作.耐热性比合树脂(P.V.F.)漆包线优越(E种)机械强度可与合成树脂(P.V.F.)漆包线比美.特性:?耐热性比合成树(P.V.F.)漆包
23、线优越?因能不剥皮作焊接工作,故可提高工作效率?耐酒精系列溶剂比一般漆包线差稍许,但实用上并无影响 聚亚胺聚脂 E.I.W.漆包线 涂料为 Polyester-imide 树脂作成.具有高热安定性和高介质强度.特性:?耐热冲击性良好?耐磨性佳、柔软性好?耐热性及耐化学药品性佳?耐冷 R-12 及 R-22 17/62 变 压 器 制 作 聚亚胺醯胺漆包线(.)涂料为 Polyamide-imide 树脂作成,有优的稳热性 特性:?耐热性优?耐磨性佳?耐化学药品性佳?耐冷 R-12 及 R-22 自融性聚胺脂漆包线()融着性 U.E.W.漆包线是 U.E.W 漆包线上面再加一层热可塑性皮膜 特性
24、:?具有 U.E.W.漆包线的全部特点?可节省 COIL 真空含浸时间之加热干燥处理,提高工作效率,降低成本?可与层间纸粘着,防止线间之滑落 油性树脂漆包线()油性树脂瓷漆包线是最早普遍被使用之漆包线,以天然树脂与干性油为主的油质为绝缘皮膜,依规定厚度烤漆于导体而成 特性:?在漆包线中,体积最小,可使 COIL 轻巧化.节约使用材料降低成本?耐水性优良,耐湿性佳,短期负热载性佳?因耐溶性剂,耐油性差,故浸油时有选择溶剂的必要.?耐磨性比其它漆包线差,不适于笨重的绕线作业 18/62 变 压 器 制 作 聚乙烯醇缩甲醛漆包线()聚乙烯醇缩甲醛漆包线(P.V.F.)是以合成树脂漆包线中最早开发一种
25、,以 Polyving.formal 树脂为主体,另附加硬化性树脂的油脂为绝缘皮膜烤漆于导体而成.特性:?绝缘皮膜极为强热性比合成树(P.V.F.)漆包线、U.E.W.漆包线优越?耐药性(碱性除外)、耐溶性优良?机械强度可与合成树脂(P.V.F.)媲美?力率、诱电率可与 U.E.W.漆包线比美?耐碱性、耐湿性比合成树脂漆包线(P.V.F)2.WIRE 其它常识 2.1 2UEW 耐温 120,可以直接焊锡;而 PEW 耐温 155,180,焊锡时须脱皮.2.2 丝包线用于显示器,不耐潮.2.2 绞线用来取代较粗的单芯线.a.换算公式:股数*数 x1.155(系数)=?(线径)如 0.6x4P=
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