变压器的基本知识

????浩?p> ??浩髟谳?配?系?中扮演著?力??Q???的工作，例如???S在?配??r需要以高??悍绞?鬏?（345KV、161KV以及69KV等），接近用?舳擞种鸫谓?褐?10V，?些程序都必需藉由??浩?磉_成；日常所使用的很多?器用品，其?炔恳捕加凶??浩鳎?蚺渲猛饨邮阶??浩鳎??10V的交流?源??Q?檫m?的??褐担?纯稍俳?由整流?V波?路而得到低??旱闹绷鞴ぷ麟?源；有些?品已改?裼媒?Q式?源(switch power)取代?鹘y?圈型??浩鳎?????浩骶?涓咝?省?o磁漏、低??之???，逐?u??迷谌珉??等??渖稀１疚?⑨??σ话阈⌒?鹘y?圈型??浩髯龌?驹?斫榻B，?K?明使用???相?常????。

1. ??浩髟??p> ?圈型??浩黛?885年由匈牙利Ganz公司首度生?，至今已超?一世?，??r?以?硪呀??V?檫\用且有?多改良，??出不同的型?B，但是其原理仍然是一致的。此??浩骼?秒?能?磁能??Q感??脑?恚??山M?圈??在共同的「?心(core)」上，如?D1所示，?接?源端的??椤敢淮尉?圈」或「主?圈(primary coil)」，?接??端的??椤付?尉?圈」或「副?圈(secondary coil)」。

?一次?圈接上交流?源，於??圈通?的?流??阼F心中?生磁通量?化，另一端的二次?圈???楦??碾????emf)，而?生另一??相同?率的交流?。式(1)「法拉第定律(Faradays Law)」?明感?????菖c磁通量以及?圈匝?档年P?S，其中?楦?????荩??榫?圈匝?担?榇磐?俊Ｔ诶硐肭?r下，?圈每一匝的磁通量BB皆相同，因此dtdB亦?橄嗤??矢????号c?圈匝?党烧?龋ㄊ?2)），若二次?染?圈??N2)大於一次?染?圈??N1)，?t???浩?椤干?鹤??浩?stet-up transformer)」，反之若?t?椤附?鹤??浩?step-down transformer)」。

?D1. ??浩髟?硎疽?D

2. ?心的?用

?心的??也有不同的形式，?心材料的基本?求就是，必?具?漭^大的「?Т判?relative permeability, Km)」，亦即?低的磁阻，常?的?心材料有???崽?理退火的??(soft iron)以及矽?片等。?些材料通常都具有比空?飧叱鼋?f倍的?Т拍芰Γ?绕鹌渌?馁|能?虍a生更多的磁力?，?例?碚f，假若一??空心?圈能?生一?l磁力?，?t表示同?拥木?圈在矽?片上能?生?一??l磁力?。

?心的???依外?可分??椤竿忤F式」?「?辱F式」，如?D2所示，?D3、4?明目前常?的?心形式，其中?D3(d)?椤?I型?心」，?然EI型?心磁漏?高、效率低，但是???奖闳菀籽u造，是目前普遍的?心形式。?D3(e)?椤?型?心(cut core)」，?D4右者是由C型?心改良而?淼摹?-core?心」，其?心?M?嗝?轭?似?A形，以方便???圈，且?A形的截面，可避免一般方型?心截面磁力?容易集中於四??直角端而造成磁力?分布不均，可能造成的磁力局部?和的???。?D3(a)、3(b)、?3(c)?椤腑h形?心(toroidal core)」，?裼铆h形?心的??浩?槟壳半?器特性良好的??浩鳎??矢摺⒋怕┑颓??B反??欤??u作程序?繁?，成本也?高。

?D4. 目前主要的??浩黝?型

?心???的??原?t?楣?省成本??p少矽?片接?。矽?片?心的加工皆以?_孔方式?_出窗口，而?_下之剩?材料多半?o法再加以利用，因此妥善??以降低剩?材

料是?造成本的重要考量。此外前面提到矽?片的?Т判赃h大於空?猓?虼巳翳F心???中存在太多的接??t??斐呻?磁??Q效能的下降。以常?的EI型?心就有很多不同的接?外型（?D5），除了?p少接?之外，各??矽?片的接?相互??也可加???Т判阅埽?D6）。

3. ??浩鞯?p耗

理?上???浩鞯霓D?Q效率??00?r，一次?圈?容?入功率?二次?圈?容?出功率相同，但???上由於激磁所?生的磁力?不可能全部都被?I限在?心中，再加上其他的?炔?p耗，??Q效率?荼叵陆怠ＭǔＷ??浩鞯?p耗可分??深?：「??p」?「??p」，前者????o?，因此又??椤?o???p」，後者?t和??的大小有?，??椤肛???p」，分?e?明如下。

(1) ?o???p

由於?圈的?茸瑁?淮尉?圈的激磁?流??斐??p(P=I2R)，但是此?流?O小，通常可忽略不?。再者，?心矽?片的材?不同，以及??侯l率的?化，??斐伞复??p(hysteresis loss)」，??侯l率越高?t磁??p???酱蟆＝档痛????淖鞣ㄊ悄壳?V??裼玫募s含3矽的材料的矽?片?心，且另一方面，高?Т诺牟牧贤ǔＦ浯磐??和密度?低，但可藉由添加矽元?硭靥岣叽磐??和密度。

另一??很重要的??浩髂芰?p耗是「?u流?p(Eddy Current loss)」，由於?心本身也是??w，因??心通?磁力?，此?r??阼F心?扰c磁力?垂直的切面上形成?流?路，如?D7(a)所示，?u流同???斐?=I2R的?炔?p耗，?成?崮堋?u流的?象是?o法完全解?Q的，但要降低?u流的影?，目前的作法是如?D7(b)的方式，?心?裼孟嗷ソ^?的薄片堆?而成（?⒖?D6），每片薄片?H?0.2mm到0.35mm，矽?片的厚度越薄，?t?u流越小，此外，上段?⑹鲋兴?峒暗奶砑游??仂惰F心中，除了提高磁通?和密度外，也可以降低?心?щ?性，亦即降低?u流。

?D7. ?u流?片?疃询B?心

(2) ???p

???p包含「?阻?p」?「漂游?p」?刹糠荨ｋ?阻?p起因於?圈本身的?阻，???端的?流越大，?t?阻?p就越大，??的?阻?p?鬃??浩縻~?p近50，因此欲降低??p主要的考量是增加?Ь?的截面?以及?p少?圈匝?怠Ｉ鬟x?好的?材??K使用??捷^粗的??Ь?也可降低?阻，此外若?裼?Т判?O高的?心材?或?裼?o接??澡F心，?t可降低?圈匝?担?_到降低??p的目的。

漂游?p主要是由於磁漏所致，所有的感??帕??不可能都被?I限在?心中，因此磁漏??诶@???w中?生?u流，形成?p耗，降低漂游?p的方式?榧友b屏蔽遮罩，此?除了可?p低磁漏???圈的影?外，也可以?p低??浩?ν獠侩?子零件或?路的干?_，屏蔽遮罩常?有????椴馁|，其中以?的屏蔽效果?佳，惟?r格??。

??浩鞯脑胍羰橇硪??常?的???，即所?「哼?(hum)」。哼?起因?榻换サ拇帕ψ?化於矽?片上?生些微的振?樱?苏?宇l率??交流??合嗤??綦?源中含有?波成分，?t??斐稍胍舻姆糯蟆＝?Q??浩骱呗?的???方法如下：

(1) 降低?心的磁通密度

降低?心的磁通密度可降低??浩骱呗?，但此作法得增加?心的截面?，使得??浩髦亓看笤觯?斐沙杀咎岣咔??眯越档偷睦?_。

(2) 使用磁歪斜小的矽?片

使用高?Т徘揖吒叻较蛐缘奈??片，如HI-B型或ZDKH型矽?片。

(3) 改善?心接????

除了?p少接?之外，?㈣F心的堆?方式改以?梯搭接，也可以改善??浩髟胍簟４送庠阼F心???程中，要注意勿使?心?生局部的??Υ嬖冢??垢鞑糠莸氖?`力均?蚧??p> (4) 黏著?┱婵蘸??p> 此方式?樾⌒妥??浩鞯募呀翟敕椒ǎ?⒄????後的??浩鞣湃敕擦⑺?varnish)槽?日婵蘸?????-core以及?形??浩?碚f，此上可?⒃胍艚抵料喈?低。??乐?的作法是，在?心??完成後即?行一次真空含浸，接著在?辰M完成後可再?行一次真空含浸。

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。

一、分类

按冷却方式分类：干式（自冷）变压器、油浸（自冷）变压器、氟化物（蒸发冷却）变压器。

按防潮方式分类：开放式变压器、灌封式变压器、密封式变压器。

按铁芯或线圈结构分类：芯式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、壳式变压器（插片铁芯、C型铁芯、铁氧体铁芯）、环型变压器、金属箔变压器。

按电源相数分类：单相变压器、三相变压器、多相变压器。

按用途分类：电源变压器、调压变压器、音频变压器、中频变压器、高频变压器、脉冲变压器。

二、电源变压器的特性参数

1、工作频率

变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率

来设计和使用，这种频率称工作频率。

2、额定功率

在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。

3、额定电压

指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。

4、电压比

指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。

5、空载电流

变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。

6、空载损耗

指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。

7、效率

指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。

8、绝缘电阻

表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

三、音频变压器和高频变压器特性参数

1、频率响应

指变压器次级输出电压随工作频率变化的特性。

2、通频带

如果变压器在中间频率的输出电压为U0，当输出电压（输入电压保持不变）下降到0.707U0时的频率范围，称为变压器的通频带B。

3、初、次级阻抗比

变压器初、次级接入适当的阻抗Ro和Ri,使变压器初、次级阻抗匹配，则Ro和Ri的比值称为初、次级阻抗比。在阻抗匹配的情况

四、变压器的损耗

当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为涡流。这个涡流使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心发热变压器的温升增加。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。

五、变压器的材料

要绕制一个变压器我们必须对与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、铁心材料：

变压器使用的铁心材料主要有铁片、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，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、绕制变压器通常用的材料有

漆包线，沙包线，丝包线，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。一般情况下好用Q2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：

变压器绕制好后，还要过后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、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。