環形變壓器的特點及其分類和應用

2018-03-12 14:35:03 大云網　點擊量：評論 (0)

1 環形變壓器是電子變壓器的一大類型，已廣泛應用于家電設備和其它技術要求較高的電子設備中，它的主要用途是作為電源變壓器和隔離變壓器

1.環形變壓器是電子變壓器的一大類型，已廣泛應用于家電設備和其它技術要求較高的電子設備中，它的主要用途是作為電源變壓器和隔離變壓器。環形變壓器在國外已有完整的系列，廣泛應用于計算機、醫療設備、電訊、儀器和燈光照明等方面。我國近十年來環形變壓器從無到有，迄今為止已形成相當大的生產規模，除滿足國內需求外，還大量出口。國內主要用于家電的音響設備和自控設備以及石英燈照明等方面。環形變壓器由于有優良的性能價格比，有良好的輸出特性和抗干擾能力，因而它是一種有競爭力的電子變壓器，本文就它的特點作一介紹。

2.環形變壓器的特點

環形變壓器的鐵心是用優質冷軋硅鋼片（片厚一般為0.35mm以下），無縫地卷制而成，這就使得它的鐵心性能優于傳統的疊片式鐵心。環形變壓器的線圈均勻地繞在鐵心上，線圈產生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，與疊片式相比勵磁能量和鐵心損耗將減小25％，由此帶來了下述一系列的優點。

1）電效率高鐵心無氣隙，疊裝系數可高達95％以上，鐵心磁導率可取1.5～1.8T（疊片式鐵心只能取1.2～1.4T），電效率高達95％以上，空載電流只有疊片式的10％。

2）外形尺寸小，重量輕環形變壓器比疊片式變壓器重量可以減輕一半，只要保持鐵心截面積相等，環形變壓器容易改變鐵心的長、寬、高比例，可以設計出符合要求的外形尺寸。

3）磁干擾較小環形變壓器鐵心沒有氣隙，繞組均勻地繞在環形的鐵心上，這種結構導致了漏磁小，電磁輻射也小，無需另加屏蔽都可以用到高靈敏度的電子設備上，例如應用在低電平放大器和醫療設備上。

4）振動噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心感應振動的噪音，繞組均勻緊緊包住環形鐵心，有效地減小磁致伸縮引起的“嗡嗡”聲。

5）運行溫度低由于鐵損可以做到1.1W/kg，鐵損很小，鐵心溫升低，繞組在溫度較低的鐵心上散熱情況良好，所以變壓器溫升低。

6）容易安裝環形變壓器只有中心一個安裝螺桿，特別容易在電子設備中進行快速安裝與拆卸。

3.環形變壓器的分類

環形變壓器可分為標準型、經濟型及隔離型等三類

1）標準型電源變壓器產品系列容量8～1500VA，有較小的電壓調整率、滿載運行溫升僅為40℃，允許短時超載運行，適合于要求高的使用場合。初次級繞組間采用B級（130℃）的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經受交流4000V，1min的耐壓試驗。

2）經濟型電源變壓器產品系列容量50～1500VA，在保證性能的基礎上力求降低造價，適用于連續運行而不超載的使用場合，運行溫升為60℃，絕緣材料等級為A級（105℃），當滿負載時輸出電壓誤差小于3％。

3）隔離變壓器產品系列容量50～1000VA，又可分為工業用和醫療設備用兩系列。隔離變壓器著重是它的絕緣性能，初級與次級間用B級絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電壓大于4000V，所有初級引線必須采用雙絕緣導線。變壓器最大溫升低于45℃。醫療用的隔離變壓器除符合上述的要求外，還要符合UL544標準，即初級和次級繞組應具有熱保護，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應大于13mm。

此外對醫療用的隔離變壓器還要求在初級繞組裝有溫度保護開關，當鐵心溫度達到120℃時，溫度保護開關斷開，當溫度恢復正常時，開關自動復位合上。環型變壓器由于不存在氣隙、線圈均勻卷繞鐵芯，理論上漏磁很小，也不存在線圈輻射。但環型變壓器由于無氣隙存在，抗飽和能力差，在市電存在直流成分時容易產生飽和，產生很強的磁泄露。國內不少地區市電波形畸變嚴重，因此許多用家使用環型變壓器感覺并不比EI型變壓器好，甚至更差。

所謂環型變壓器絕無泄露，乃是因媒介誤導，或是因廠商出于商業宣傳需要而杜撰，環型變壓器磁泄露極低的說法只是在市電波型為嚴格的正弦波時才成立。另外，環型變壓器還會在引線處出現較強電磁泄露，因此環型變壓器的漏磁也是有一定方向性的，實際裝機時旋轉環型變壓器，在某個角度上獲得最高信噪比。如果條件允許，可考慮為變壓器裝一只屏蔽罩，并做妥善接地處理，該金屬罩只能選用鐵性材料，一般金屬如銅、鋁等只有電屏蔽作用而無磁屏蔽作用，不能作為變壓器屏蔽罩。

上述分析是建立在變壓器選料、制作精良的基礎上，實際多數市售變壓器產品由于成本壓力和競爭需要，未嚴格按行業規范設計，有時候甚至偷工減料，分析起來不可預測因素較多。首先是鐵芯材料的品質，很多企業用導磁率較低的H50鐵芯、邊角料甚至攙雜軟鐵制作變壓器，導致變壓器空載電流很高，鐵損過大，空載發熱嚴重；這類變壓器為降低成本、同時為掩蓋鐵損偏高帶來的電壓調整率過大問題，大幅度減少初次級線圈匝數，以降低銅損的方式來降低電壓調整率，這種做法更進一步增大了空載電流，而空載電流偏大將直接導致磁泄露加劇。

環型變壓器問題更復雜一些。正規的環型變壓器鐵芯是由一條等寬硅鋼帶緊密卷繞而成。還是出于成本原因，多數低價環型變壓器使用數條甚至數十數條硅鋼帶拼接，甚至使用邊緣參差不齊的邊角料卷繞，繞制好后用機床車平，由于環型變壓器線圈包繞鐵芯，不做破壞性解剖難以發現。機械加工對硅材料的晶格排列、相鄰硅鋼帶間絕緣都有嚴重破壞，這樣的環型變壓器無論性能或漏磁特性均會大幅度降低，即使經過退火處理也無法彌補質量上的嚴重缺陷。

雜散的電磁波主要來自有源音箱的功率輸出導線、揚聲器及功率分頻器、無線發射設備和計算機主機，產生原因在這里不做深入討論。雜散電磁波在傳輸、感應的形式上與電源變壓器類似，雜散磁場頻率范圍很寬，有用家反映有源音箱莫名其妙接收到當地電臺廣播就是典型的雜散電磁波干擾。

另外一個需引起重視的干擾源為整流電路。濾波電容在開機進入正常狀態后，充電僅集中在交流電峰值時，充電波形是一個寬度較窄的強脈沖，電容量越大，脈沖強度也越大，從電磁干擾角度看，濾波電容并非越大越好，整流管與濾波電容之間走線應盡量縮短，同時盡量遠離功放電路，PCB空間不允許則盡量用地線包絡。