電源變壓器

電源變壓器 是一種軟磁電磁元件，功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，在電源技術中和電力電子技術中得到廣泛的應用。根據傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～0.5kVA為中功率，0.5kVA～25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設計也不一樣，應當是不言而喻的。

中文名電源變壓器外文名Power Transformer功 能功率傳送、電壓變換和絕緣隔離變壓器結構鐵心，繞組應 用電源技術中和電力電子技術類 型軟磁電磁元件

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目錄

簡介

幾乎在所有的電子產品中都要用到，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。

種類及特點

一般常用電源變壓器的分類可歸納如下： 1、按相數分： （1）單相電源變壓器：用於單相負荷和三相電源變壓器組。 （2）三相電源變壓器：用於三相系統的升、降電壓。 2、按冷卻方式分： （1）乾式電源變壓器：依靠空氣對流進行冷卻，一般用於局部照明、電子線路等小容量電源變壓器。 （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。 3、按用途分： （1）電力變壓器：用於輸配電系統的升、降電壓。 （2）儀用變壓器：如電壓互感器、電流互感器、用於測量儀表和繼電保護裝置。 （3）試驗變壓器：能產生高壓，對電氣設備進行高壓試驗。 （4）特種變壓器：如電爐變壓器、整流變壓器、調整變壓器等。 4、按繞組形式分： （1）雙繞組變壓器：用於連接電力系統中的兩個電壓等級。 （2）三繞組變壓器：一般用於電力系統區域變電站中，連接三個電壓等級。 （3）自耦變電器：用於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。 5、按鐵芯形式分： （1）芯式變壓器：用於高壓的電力變壓器。 （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，特別適用於農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。 （3）殼式變壓器：用於大電流的特殊變壓器，如電爐變壓器、電焊變壓器；或用於電子儀器及電視、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. 2、其實原理和普通變壓器一樣的，只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，使右邊的副線圈產生電壓，自耦變壓器是自己影響自己。 3、自耦變壓器是只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，外施電壓只加在繞組的—部分線匝上。通常把同時屬於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，並且變壓器容量越大，電壓越高。這個優點就越加突出。因此隨着電力系統的發展、電壓等級的提高和輸送容量的增大，自藕變壓器由於其容量大、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，並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。一般指連接交流電源的線圈稱之為一次線圈（Primary 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，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。基於鐵材的高導磁性，大部份磁通量局限在鐵芯里，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標。由於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，則工業實無法達到發展的現況。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，並沒有明確的分界線。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，通常受限於整流、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。

損耗

當電源變壓器的初級繞組通電後，線圈所產生的磁通在鐵芯流動，因為鐵芯本身也是導體，在垂直於磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵芯的斷面上形成閉合迴路並產生電流，好像p一個旋渦所以稱為「渦流」。這個「渦流」使變壓器的損耗增加，並且使變壓器的鐵芯發熱電源變壓器的溫升增加。由「渦流」所產生的損耗我們稱為「鐵損」。另外要繞制電源變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在着電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為「銅損」。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產生的。　由於電源變壓器存在着鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小於輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數來對此進行描述，η=輸出功率/輸入功率。

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、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅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。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，電源變壓器的質量所用的硅鋼片的質量有很大的關係，硅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、低硅片為9000-11000，高硅片為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。對於導線的要求，是導電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，並且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用QZ型號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板製作，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，可採用甲酚清漆作為浸漬材料。

比較

一、電源變壓器的製作中，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。手工繞制可以將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隨時予以調整，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於EI型。儘管如此，其問題的關鍵還是在於你能不能揚長避短而將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。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，只要你認真製作，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型都做得非常好，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靚聲目的。採用R型電源變壓器製作的功率放大器電源，通常聲音很板結而匱乏靈氣，低頻往往沒有彈跳力而顯得較硬。 三、電源變壓器鐵芯的硅鋼片含硅量越大就越好嗎? 未見得，矽鋼片含硅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號有關係。其次，即使是同樣型號的鐵芯如果你工藝處理不好，那品質差別也是很大的，其差別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，良好的熱處理只需很小的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別是很大的。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、飽和參數幾項指標來進行綜合性評價。 四、環型電源變壓器的帶式硅鋼片若採用了拼接工藝，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。製作工藝上凡斷頭拼接均要予先經過酸洗處理，但製造高檔音響器材的環型變壓器，嚴格來講還是採用無拼接的矽鋼片為最好，其工藝質量會更有保障。 五、電源變壓器中的硅鋼片材料有什麼講究? 由於硅鋼在交變磁場中的損耗很小，所以電源變壓器主要都是採用硅鋼片來作磁性材料。硅鋼片可分為熱軋和冷軋兩類，冷軋硅鋼帶由於具有較高的導磁係數和較低的損耗，因此用來製作電源變壓器具有體積小、重量輕、效率高的優勢。熱軋硅鋼帶的性能則略遜色於冷軋硅鋼帶。普通的EI型電源變壓器是將硅鋼板沖製成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內，這類鐵芯以使用熱軋硅鋼片居多（含硅量很高的優質硅鋼片型號為D41、D42、D43、D301）。環型和C型電源變壓器的鐵芯則是採用冷軋硅鋼帶經卷繞而成形，其中C型電源變壓器系經熱處理浸漆後再切開製成。電源變壓器的漏電感是由未穿過初、次級線圈的磁通產生的，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硅鋼片質量高低的重要參數之一是硅鋼片的最大磁力線密度。常用的幾種優質硅鋼片型號如下∶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、將萬用表撥至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：將萬用表置於R×10k擋，做如下幾種狀態測試： （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）阻值小於無窮大，但大於零：有漏電性故障。 二、電源變壓器的檢測： 1、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跡，鐵芯緊固螺杆是否有鬆動，硅鋼片有無鏽蝕，繞組線圈是否有外露等。 2、絕緣性測試。用萬用表R×10k擋分別測量鐵芯與初級，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。 3、線圈通斷的檢測。將萬用表置於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。 4、判別初、次級線圈。電源變壓器初級引腳和次級引腳一般都是分別從兩側引出的，並且初級繞組多標有220V字樣，次級繞組則標出額定電壓值，如15V、24V、35V等。再根據這些標記進行識別。 5、空載電流的檢測。 （1）直接測量法。將次級所有繞組全部開路，把萬用表置於交流電流擋（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。此值不應大於變壓器滿載電流的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。 6、空載電壓的檢測。將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%。 7、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。 8、檢測判別各繞組的同名端。在使用電源變壓器時，有時為了得到所需的次級電壓，可將兩個或多個次級繞組串聯起來使用。採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確連接，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別。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，線圈內部匝間短路點越多，短路電流就越大，而變壓器發熱就越嚴重。檢測判斷電源變壓器是否有短路性故障的簡單方法是測量空載電流（測試方法前面已經介紹）。存在短路故障的變壓器，其空載電流值將遠大於滿載電流的10%。當短路嚴重時，變壓器在空載加電後幾十秒鐘之內便會迅速發熱，用手觸摸鐵芯會有燙手的感覺。此時不用測量空載電流便可斷定變壓器有短路點存在。

識別

1）從外形識別 常用電源變壓器的鐵芯有E形和C形兩種。E形鐵芯變壓器呈殼式結構（鐵芯包裹線圈），採用D41、D42優質硅鋼片作鐵芯，應用廣泛。C形鐵芯變壓器用冷軋硅鋼帶作鐵芯，磁漏小，體積小，呈芯式結構（線圈包裹鐵芯）。 2）從繞組引出端子數識別 電源變壓器常見的有兩個繞組，即一個初級和一個次級繞組，因此有四個引出端。有的電源變壓器為防止交流聲及其他干擾，初、次級繞組間往往加一屏蔽層，其屏蔽層是接地端。因此，電源變壓器接線端子至少是4個。 3）從硅鋼片的疊片方式識別 E形電源變壓器的硅鋼片是交*插入的，E片和I片間不留空氣隙，整個鐵芯嚴絲合縫。音頻輸入、輸出變壓器的E片和I片之間留有一定的空氣隙，這是區別電源和音頻變壓器的最直觀方法。至於C形變壓器，一般都是電源變壓器。

特性參數

1、工作頻率 變壓器鐵芯損耗與頻率關係很大，故應根據使用頻率來設計和使用，這種頻率稱工作頻率。 2、額定功率 在規定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規定溫升的輸出功率。 3、額定電壓 指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時不得大於規定值。 4、電壓比 指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負載電壓比的區別。 5、空載電流 變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流。空載電流由磁化電流（產生磁通）和鐵損電流（由鐵芯損耗引起）組成。對於50Hz電源變壓器而言，空載電流基本上等於磁化電流。 6、空載損耗 指變壓器次級開路時，在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗，其次是空載電流在初級線圈銅阻上產生的損耗（銅損），這部分損耗很小。 7、效率 指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大，效率就愈高。 8、絕緣電阻 表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關。