变压器原理及概述

定义:   将电压,电流或阻抗变高或变低的电设备或把电能及信号,从一个电路传递到另一电路的电磁装置,在交流电路中,能够改变分流电压,电流,波形,每次变换都是能量通过电磁方式,传递到另一电路,而与本身电路无直接关系.需要指出变压器变换时,不只变换一个参数,而是多个参数同时变换.

发展过程: 自从电子真空管的诞生,就有了电子电路,就开始了电子技术,即就产生了电子变压器,变压器的发展,离不开电子技术的发展,尤其是电力电子技术和电源技术的发展,主要分四个阶段.

20世纪50年代前,处于初始创业时期,电子技术主要用于无线电技术和雷达技术,电源技术主要采用电机技术作为调节手段,在初期创业阶段,小型电子变压器.例如,中周、音频变压器,射频变压器等.主要作为无线电元器件来配套生产,大中型变压器.如:电源变压器,调压变压器,饱和电感器(磁放大器)等,主要作为电机电器产品来生产,电子变压器没有形成单独的行业,变压器技术主要集中研究无线电用元器件,雷达用元器件.只有小型电源变压器取得相当规模,出现了规范优的系列产品.

20世纪60年代到70年代,晶体之极管的广泛使用并形成高潮.电子技术和其它技术相互交叉和渗透结合,形成了电力电子技术,电源技术和微电子技术.变压器除原有品种外,整流变压器,逆变变压器,脉冲变压器,驱动变压器,滤波变压器,储能变压器,缓冲变压器都得到大力发展,电子变压器品种基本齐全,出现了一批单独的电子变压器生产单位,行业基本形成.电子变压器技术主要集中研究各种大中型电源变压器,脉冲变压器,电感器和巨感器的设计和工艺.

20世纪70年代末到90年代初,电力电子技术与电源技术大量使用高频半导体元器件,大力推行”20KHZ革命”把工作频率提高到20KHZ以上,用高频化改造电力电子设备和电源设备成为发展的主流,出现了一大批高频的新品种,

如:高频开关电源变压器,EMI滤波电感器,谐振电感器,行业形成相当规模,电子变压器技术主要集中研究各种变压器和电感器在高频条件下工作中使用的原材料和工艺机工方法.

20世纪90年代中期,各种使携式电子通讯和信息处理设备,如:计算机,手机广泛使用,要求采用表面安装技术来装配,使得变压器走向小型化,出现各种各样的平面变压器和平面电感器,印刷线路板变压器和电感器,由于有的变压器工作频率达到几十MHZ,除原有的磁芯变压器和电感器外,空芯变压器和电感器也显示出一定的优点,另外一种是采用压电陶瓷进行变换的压电陶瓷变压器,应用于高电压,小电流的地方.这个时期,电子变压器及其原材料行业,已成为电子产品中一个重要的行业,已发展成为了一门独立的应用技术.

对变压器评估  性能    1.高功能:指电子变压器要求的功能指标,在规定

三高三低   的使用条件下,完成得尽可能高一些;

2.高可靠:指电子变压器在规定的工作条件下正常工作到规定的使用寿命期;

3.高频率:指电子变压器,尤其是大中型电源变压器在规定的工作条件下空载损耗和负载损耗小(铁损,铜损);

4低噪声:电子变压器在规定工作条件下产生的电磁干抗(EMI)要小,在音频范围内,可闻噪声小;

5.低高频变压器的高度和整体迟寸要低要小;

6.低成本:变压器在规定的工作条件下满足适应市场需要的性能指标后尽可能追求最低的生产成本.

原理:

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2018-11-20 05:01 上传

对理想变压器来讲,能量无损耗.

根据法拉弟定理:U1=   U2=      

为波形系数(有交值与平均值之比)    4144 (正弦值)

                                                   4    (方波)

           为工作磁通密度(T)

           为磁芯有效面积()

           为工作频率

则

∵能量守恒  即 P1=P2

∴=      =

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目前厂内传统部份八大类;

变压器作用

电感作用:

三, 传输

      POWER CHOKE

      ONVERTER

     SPLITTER

变压器概述

定义 :将电压,电流或阻抗变高或变低的电设备或把电能及信号,从一个电路传递到另一电路的电磁装置.在交流电路中能够改变产流电压,电流,形,每变换都是能量通过电磁方式传递到另一电路,而与本身电路无直接联繫;需要指出,变压器变换时不只变换一个参数,而是多个参数,如变换电压时,电流也有所变换.

应用: 基本上用电设备当中都有用到相应类别的变压器,一些象变压.电路的隔离匹配以及阻抗的变换等方面大部份都是通过变压器来实现的,因而应用非常广泛.

分类:分类方式很多,按工作频率分

公频变压器  使用频率 50Hz或60Hz;

中频变压器  使用频率 400Hz～1000Hz;

音频变压器  使用频率 20Hz～20KHz;

超音频变压器  使用频率 20KHz以上,一般不超过100KHz;

高频变压器  使用频率大于100KHz.

按用途分类:

1. 电源变压器:用于提供电子设备所需电源的变压器,如:整流变压器等;

原理:   

如图为简单的变压器原理示意图,它由闭合的导磁铁芯和两个绕组组成,其中一个与交流电源连接,称为初级绕组,另一绕组与负载相连,称次级绕组,先看一下空载状态.

如果初级绕组与交流电压为的电源连接,该绕组中将产生交变电流,称为空载电流.这个电流则建立了沿铁芯磁路而闭合的交变磁通Φ.它同时穿过初级和次级绕组,并产生感应电动势.按电磁感定律—变化的磁场中,会产生一个与其变化相反的感应电动势,其有交值为

    =4

              =4

         初级自感电动势(V);

      次级互感电动势(V);

  电压的波形因数,对于正弦波=1.11,对于方波=1

f 交流电源的频率(Hz)

   初级绕组的圈数;

    磁感应强度振幅值(T)(饱和磁通密度);

    铁芯有效截面积()

∴由公式可得      理想变压器能量守恒

  ∴       

如果不计绕阻和CORE的损耗,且所有的磁通中的磁通都沿著CORE的磁路而闭合,则在初级绕组中的磁通所产生的自感电势,其数值与所加电压相等,但方向相反.  ,因为根据   ∵   ∴

              

     

而实际当中不可能是理想变压器,除了为在变压器CORE中建立磁通,所需的磁化分量外,还包括则于CORE损耗所引起的有功分量 ∴空载电流,此外,变压器初级存在直流电阻,因而初级绕组中产生有功电压降            补偿初级绕阻电压降而假定的电动势.

流过初级绕阻的电流,不仅建立沿core的磁路闭合的主磁通,而且建立沿闭合的漏磁通,这个漏磁通在初级绕组中感应漏电势.

      初级绕组的漏感抗

把握电动势平衡定律,外施电压应与 和知量和平衡.

  

空载时等效电路如图

因空载时,初级绕组的电压降,一般很小,∴ 的值相差很小,故变压器空载电压比仍可近似等于圈数比

AP法  磁芯窗口面积与磁芯有效面积的乘积(称面积乘积)

原边NP副边拉弟定律,

波形系数(正弦波为4.44,方波为4.0)

开关工作频率(Hz)

工作磁通密度(T),Ae磁芯有效面积()

铁芯窗口面积乘上使用系数(小于1)为有效面积,该面积为原边绕组占据的窗口面积,之积即

  

          原边面积    副边面积

每匝所占面积与流过该匝的电流值I和电流密度J有关即  

                

整理     式得到

即:  

即变压器窗口面积和铁芯截面积的乘积.为原边和副边功率,表明,及直接影响到面积的乘积,电流密度J直接影响到温升,亦影响到,可表为

                             常数由磁芯确定

                 电流密度比例系数

∴ 上式表示为

整理得

式说明CORE的选择就是选择一僵合适的AP值,使它输送功率时,铜损和铁损引起的温升在额定温升之内.

常见CORE的

              的确定:对于理想变压器来讲,因为无能量损耗即.但实际中却有损耗,假定变压器效率为η

则    n﹤1

  窗口使用系数是表征变压器或电感器之窗口面积中铜线实际占有的面积量,它由导线截面积,匝数,层数,绝缘漆之厚度及线圈之绞距等决定.

         

         

         

         

         

   主要与线径,绕组数有关,一般典型值取

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