電源變壓器:電磁元件-中文百科頻道

簡介

幾乎在所有的電子産品中都要用到，它原理簡單但根據不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯。

電源變壓器在最近幾年的發展和應用中，逐漸呈現出了專業性的特點，小功率的開關電源變壓器設計和制作也更加符合民用要求。

種類及特點

一般常用電源變壓器的分類可歸納如下：n

1、按相數分：n

（1）單相電源變壓器：用于單相負荷和三相電源變壓器組。n

（2）三相電源變壓器：用于三相系統的升、降電壓。n

2、按冷卻方式分：n

（1）幹式電源變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用于局部照明、電子線路等小容量電源變壓器。n

（2）油浸式電源變壓器：依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。n

3、按用途分：n

（1）電力變壓器：用于輸配電系統的升、降電壓。n

（2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。n

（3）試驗變壓器：能産生高壓，對電氣設備進行高壓試驗。n

（4）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調整變壓器等。n

4、按繞組形式分：n

（1）雙繞組變壓器：用于連接電力系統中的兩個電壓等級。n

（2）三繞組變壓器：一般用于電力系統區域變電站中，連接三個電壓等級。n

（3）自耦變電器：用于連接不同電壓的電力系統。也可做為普通的升壓或降後變壓器用。n

5、按鐵芯形式分：n

（1）芯式變壓器：用于高壓的電力變壓器。n

（2）非晶合金變壓器：非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料，空載電流下降約80%，是節能效果較理想的配電變壓器，特别适用于農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。n

（3）殼式變壓器：用于大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。

工作原理

1、是輸出和輸入共用一組線圈的特殊變壓器.升壓和降壓用不同的抽頭來實現.比共用線圈少的部分抽頭電壓就降低.比共用線圈多的部分抽頭電壓就升高。n

2、其實原理和普通變壓器一樣的，隻不過他的原線圈就是它的副線圈```一般的變壓器是左邊一個原線圈通過電磁感應，使右邊的副線圈産生電壓，自耦變壓器是自己影響自己。n

3、自耦變壓器是隻有一個繞組的變壓器，當作為降壓變壓器使用時，從繞組中抽出一部分線匝作為二次繞組；當作為升壓變壓器使用時，外施電壓隻加在繞組的—部分線匝上。通常把同時屬于一次和二次的那部分繞組稱為公共繞組，自耦變壓器的其餘部分稱為串聯繞組，同容量的自耦變壓器與普通變壓器相比，不但尺寸小，而且效率高，并且變壓器容量越大，電壓越高。這個優點就越加突出。因此随着電力系統的發展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自藕變壓器由于其容量大、損耗小、造價低而得到廣泛應用。

功能

電源變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流（具有某一已知頻率）流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中将感應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鍊之程度。n一般指連接交流電源的線圈稱之為一次線圈（Primary coil）；而跨于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于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的匝數比所決定的。因此，電源變壓器區分為升壓與降壓變壓器兩種。大部份的電源變壓器均有固定的鐵芯，其上繞有一次與二次的線圈。

基于鐵材的高導磁性，大部份磁通量局限在鐵芯裡，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，線圈與鐵芯二者間緊密地結合，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，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指标。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現代化電力系統之一重要附屬物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至于降壓變壓器，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，則工業實無法達到發展的現況。n

電源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，并沒有明确的分界線。一般提供60Hz電力網絡之電源均非常龐大，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，通常受限于整流、放大，與系統其它組件的能力，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，它仍然歸屬于小電力之範圍。n

各種電子裝備常用到變壓器，理由是：提供各種電壓階層确保系統正常操作；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。

材料

要繞制一個電源變壓器我們必須對與電源變壓器有關的材料要有一定的認識，為此這裡我就介紹一下這方面的知識。

1、鐵芯材料

電源變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵片、低矽片，高矽片，的鋼片中加入矽能降低鋼片的導電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了矽的鋼片為矽鋼片，電源變壓器的質量所用的矽鋼片的質量有很大的關系，矽鋼片的質量通常用磁通密度B來表示，一般黑鐵片的B值為6000-8000、低矽片為9000-11000，高矽片為12000-16000，

2、繞制電源變壓器通常用的材料

漆包線，紗包線，絲包線，最常用的漆包線。對于導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用QZ型号的高強度的聚脂漆包線。

3、絕緣材料

在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的電源變壓器框架材料可用酚醛紙闆制作，層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。

4、浸漬材料

電源變壓器繞制好後，還要過最後一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強電源變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。

比較

一、電源變壓器的制作中，線圈的機器繞制和手工繞制各有什麼優缺點?

機器繞制電源變壓器的優點是效率高且外觀成形漂亮，但繞制高個子小洞眼的環型變壓器卻比較麻煩，而且在絕緣處理工藝的可靠性方面反不如手工繞制到位。手工繞制可以将變壓器的漏磁做得非常小，其在繞制過程中能針對線圈匝數的布局随時予以調整，所以真正的Hi–END變壓器一定是純手工繞制，純手工繞制的唯一缺點是效率低、速度慢。

二、環型、EI型、R型、C型幾種電源變壓器哪一種最好?

它們各有其優缺點而不存在誰最好之說，所以嚴格來講哪一種電源變壓器都可以做得最好。從結構上來講，環型能夠做到漏磁最小，但聲音聽感方面EI型則可以把中頻密度感做得更好一些。單就磁飽和而言，EI型要比環型強，但在效率上則環型又優于EI型。盡管如此，其問題的關鍵還是在于你能不能揚長避短而将它們各自的優點充分發揮出來，而這才是做好電源變壓器的最根本。

目前的進口放大器中，環型電源變壓器的應用仍然是主流，這基本說明了一個問題。發燒友對電源變壓器的評價要客觀公正，你不能拿一個沒做好的東西作參考而說它不好。有人說環型電源變壓器容易磁飽和，那你為什麼不去想辦法把它做到不容易磁飽和?而原本通過技術手段是可以做到這一點的。不下足功夫或者一味地為了省成本，那它當然就容易磁飽和了。同理，隻要你認真制作，EI型電源變壓器的效率也是能做到很高的。

電源變壓器的品質好壞對聲音的影響很大，因為電源變壓器的傳輸能量與鐵芯、線圈密切關聯，其傳遞速率對聲音的影響起決定性作用。像EI型電源變壓器，人們通常覺得它的中頻比較厚，高頻則比較纖細，為什麼呢?因為它的傳輸速度相對比較慢。而環型呢?低頻比較猛，中高頻則又稍弱一點，為什麼?因為它傳輸速度比較快，但是如果通過有效的結構改變，你就可以把環型和EI型都做得非常完美，所以關鍵還是要看你怎麼做。

不過至少可以肯定一點的是，R型電源變壓器不是太容易做好。用它來做小電流的前級功放和CD唱機電源還可以，如果用來做後級功放的電源，則有比較嚴重的缺陷。因為R型電源變壓器本身的結構形式不太容易改變，而環型和EI型則相對容易通過改變結構來達到靓聲目的。采用R型電源變壓器制作的功率放大器電源，通常聲音很闆結而匮乏靈氣，低頻往往沒有彈跳力而顯得較硬。

三、電源變壓器鐵芯的矽鋼片含矽量越大就越好嗎?

未見得，矽鋼片含矽量的大小對變壓器的質量影響不是很大，而有取向和無取向則和鐵芯的型号有關系。其次，即使是同樣型号的鐵芯如果你工藝處理不好，那品質差别也是很大的，其差别有時甚至高達百分之四五十。

好的鐵芯而同樣的材料其熱處理和線卷繞制工藝十分關鍵，良好的熱處理隻需很小的10mA激磁電流就能達到15000高斯，而不好的熱處理則可能要50mA的激磁電流才能達到相應的15000高斯，這二者之間的懸殊差别是很大的。從專業的角度來判斷鐵芯的好與不好，主要是通過激磁電流、鐵損耗、飽和參數幾項指标來進行綜合性評價。

四、環型電源變壓器的帶式矽鋼片若采用了拼接工藝，是不是就意味着品質肯定不好?

還不能一概而論，但是拼接的斷位頭不易太多，因為多一個斷位就多了一個漏磁點，所以接頭點最好不要超過2–3個。制作工藝上凡斷頭拼接均要予先經過酸洗處理，但制造高檔音響器材的環型變壓器，嚴格來講還是采用無拼接的矽鋼片為最好，其工藝質量會更有保障。

五、電源變壓器中的矽鋼片材料有什麼講究?

由于矽鋼在交變磁場中的損耗很小，所以電源變壓器主要都是采用矽鋼片來作磁性材料。矽鋼片可分為熱軋和冷軋兩類，冷軋矽鋼帶由于具有較高的導磁系數和較低的損耗，因此用來制作電源變壓器具有體積小、重量輕、效率高的優勢。熱軋矽鋼帶的性能則略遜色于冷軋矽鋼帶。

普通的EI型電源變壓器是将矽鋼闆沖制成0.35–0.5mm厚的E型和I型片子，經過熱處理後再插入繞組線包内，這類鐵芯以使用熱軋矽鋼片居多(含矽量很高的優質矽鋼片型号為D41、D42、D43、D301)。環型和C型電源變壓器的鐵芯則是采用冷軋矽鋼帶經卷繞而成形，其中C型電源變壓器系經熱處理浸漆後再切開制成。

電源變壓器的漏電感是由未穿過初、次級線圈的磁通産生的，這些磁通穿過空氣而自成閉合磁路。增強電源變壓器變壓器初、次級間的耦合密度可以減小漏感。良好的電源變壓器其漏感應不超過初級線圈電感的1/100，高保真Hi–Fi用的膽機輸出變壓器則不應超過1/500。

判斷音響用電源變壓器矽鋼片質量高低的重要參數之一是矽鋼片的最大磁力線密度。常用的幾種優質矽鋼片型号如下∶D41–D42，最大磁力線密度(單位–GS高斯)10000–12000GS;D43，最大磁力線密度11000–12000GS;D301，最大磁力線密度12000–14000GS。

檢測

一、中周電源變壓器的檢測：

A、将萬用表撥至R×1擋，按照中周變壓器的各繞組引腳排列規律，逐一檢查各繞組的通斷情況，進而判斷其是否正常。

B、檢測絕緣性能：将萬用表置于R×10k擋，做如下幾種狀态測試：

(1)初級繞組與次級繞組之間的電阻值；

(2)初級繞組與外殼之間的電阻值；

(3)次級繞組與外殼之間的電阻值。

上述測試結果分出現三種情況：

(1)阻值為無窮大：正常；

(2)阻值為零：有短路性故障；

(3)阻值小于無窮大，但大于零：有漏電性故障。

二、電源變壓器的檢測：

A、通過觀察變壓器的外貌來檢查其是否有明顯異常現象。如線圈引線是否斷裂，脫焊，絕緣材料是否有燒焦痕迹，鐵芯緊固螺杆是否有松動，矽鋼片有無鏽蝕，繞組線圈是否有外露等。

B、絕緣性測試。用萬用表R×10k擋分别測量鐵芯與初級，初級與各次級、鐵芯與各次級、靜電屏蔽層與衩次級、次級各繞組間的電阻值，萬用表指針均應指在無窮大位置不動。否則，說明變壓器絕緣性能不良。

C、線圈通斷的檢測。将萬用表置于R×1擋，測試中，若某個繞組的電阻值為無窮大，則說明此繞組有斷路性故障。

D、判别初、次級線圈。電源變壓器初級引腳和次級引腳一般都是分别從兩側引出的，并且初級繞組多标有220V字樣，次級繞組則标出額定電壓值，如15V、24V、35V等。再根據這些标記進行識别。

E、空載電流的檢測。

(1)直接測量法。将次級所有繞組全部開路，把萬用表置于交流電流擋(500mA，串入初級繞組。當初級繞組的插頭插入220V交流市電時，萬用表所指示的便是空載電流值。此值不應大于變壓器滿載電流的10％～20％。一般常見電子設備電源變壓器的正常空載電流應在100mA左右。如果超出太多，則說明變壓器有短路性故障。

(2)間接測量法。在變壓器的初級繞組中串聯一個10/5W的電阻，次級仍全部空載。把萬用表撥至交流電壓擋。加電後，用兩表筆測出電阻R兩端的電壓降U，然後用歐姆定律算出空載電流I空，即I空=U/R。

F、空載電壓的檢測。将電源變壓器的初級接220V市電，用萬用表交流電壓接依次測出各繞組的空載電壓值(U21、U22、U23、U24)應符合要求值，允許誤差範圍一般為：高壓繞組≤±10％，低壓繞組≤±5％，帶中心抽頭的兩組對稱繞組的電壓差應≤±2％。

G、一般小功率電源變壓器允許溫升為40℃～50℃，如果所用絕緣材料質量較好，允許溫升還可提高。

H、檢測判别各繞組的同名端。在使用電源變壓器時，有時為了得到所需的次級電壓，可将兩個或多個次級繞組串聯起來使用。采用串聯法使用電源變壓器時，參加串聯的各繞組的同名端必須正确連接，不能搞錯。否則，變壓器不能正常工作。I.電源變壓器短路性故障的綜合檢測判别。電源變壓器發生短路性故障後的主要症狀是發熱嚴重和次級繞組輸出電壓失常。通常，線圈内部匝間短路點越多，短路電流就越大，而變壓器發熱就越嚴重。

三、電源變壓器磁屏蔽

人造衛星遠離地面幾千至幾萬千米，為了使各種資料正确無誤發回地球，應避免衛星上的各種儀器間的相互幹擾和宇宙磁場的影響；在電信技術中，有些通信設備的線圈會産生互感；各種精密儀器儀表，為保持精确，必須避免雜散磁場和地磁場的影響，這一切必須用到磁屏蔽。怎樣進行磁屏蔽？可以先做一個簡單實驗研究一下。

拿1塊銅闆（或1張厚紙闆）放在1塊永久磁鐵下面一定距離處，桌上放一根鐵針，使永久磁鐵和銅闆（或厚紙闆）一起慢慢往下移動，當永久磁鐵離桌面一定高度時，鐵針就被吸到銅闆（或厚紙闆）上，記下這個高度。

将銅闆換成鐵闆，重複上述實驗，這時永久磁鐵必須放得離鐵針更近時才能把鐵針吸到鐵闆上，這表明鐵闆擋住了一部分磁感線。如果用的是純鐵闆，永久磁鐵必須放得更近才能吸起鐵針。這表明純鐵闆擋住了更多的磁感線。

如用純鐵罩把永久磁鐵完全包圍起來，互相不接觸，即使鐵針再靠近一些純鐵罩，也不能被吸起來。這是因為銅闆或厚紙闆是非磁性材料，磁感線可以毫無阻擋地穿過它們，所以鐵針很容易吸起來。鐵闆是磁性材料，它的磁導率較大，有良好的導磁作用，凡進入鐵闆的磁感線大部分集中在鐵闆裡了。将純鐵做成屏蔽罩，把永久磁鐵封閉起來，永久磁鐵的磁感線絕大部分都集中在純鐵屏蔽罩内。屏蔽罩約厚，屏蔽效果越好。如果永久磁鐵或其他能夠産生磁場的物體置于純鐵屏蔽罩外面，則罩外的磁感線也基本上不能進入罩内，對于罩内的物體同樣可以免受罩外磁場的影響，從而達到了屏蔽目的。

對于高頻交變磁場，情況就迥然不同了。銅和鋁等導電性能良好的金屬反而是理想的磁屏蔽材料。銅罩之所以能夠屏蔽高頻交變磁場，其原因在于高頻交變磁場能在銅罩上引起很大的渦流，由于渦流的去磁作用，銅罩處的磁場大大減弱，以緻罩内的高頻交變磁場不能穿出罩外。同樣道理，罩外的高頻交變磁場也不能穿入罩内，從而達到磁屏蔽的目的。通常金屬的電阻率越小，引起的渦流越大，用這種金屬做成的屏蔽罩屏蔽效果越好。鐵等磁性材料的電阻率一般都較大，引起的渦流就小，去磁作用就小；另一方面，磁性材料的高頻功率損耗大，屏蔽效果差，因此屏蔽高頻交變磁場時不采用磁性材料。

屏蔽的原理是相同的。但是在高頻情況下，目前還沒有導磁率很高的材料用于屏蔽。在低頻狀态下磁導率很高的材料，到了高頻狀态，磁導率就變得很低了。即使專用的高頻鐵氧體，也很難超過100，與低頻下矽鋼片或者純鐵數千上萬的磁導率相比差的很多，不能有效地聚集磁場。同時，這些材料都是一次性成型材料，燒制完成以後不能二次加工以适應不同的需要。因此，才不得不使用渦流損耗、反電動勢産生反向磁場的方式來實現屏蔽。而産生渦流最好的材料，就是如純銅、純鋁等低電阻率的材料。