变压器制作Word文件下载.docx
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它也是变换交流电压、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)。
在电路中用字母“T”(旧标准为“B”)表示。
1.2分类
①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。
②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。
③按电源相数分类:
单相变压器、三相变压器、多相变压器。
④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。
1.3功能
改变电压、改变电流、变换阻抗。
1.4变压器的主要参数
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。
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。
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。
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。
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。
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。
效率:
指次级功率P2与初级功率P1的比值。
通常变压器的额定功率愈大,效率就愈高。
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。
1.5用途
①输电——远距离输电时利用变压器将电压升高。
原因——当P一定时,电压U愈高,则线路电流I愈小,可以减小输电线的截面积,节省导电材料的用量,可减小线路的功率损耗P=I2R。
②用电——用电时利用变压器将电压降低。
原因——各类用电器所需电压不同,保证用电的安全和合乎用电器的电压要求。
③耦合电路、传递信号、阻抗变换。
原因——电子线路的阻抗要求。
④各种专用变压器——隔离、电焊等。
2变压器工作原理
2.1构成单相变压器的基本结构
(1)铁心
功能:
形成闭合磁路将电路连接在一起。
(铁心由铁心柱和铁轭构成。
安装绕组的部分叫做铁心柱,连接各铁心柱形成闭合磁路的部分叫做轭。
)
(2)绕组(也叫线圈)
初级绕组:
将电能转换为磁能。
(与电源相连的绕组称为一次绕组,或称初级绕组;
接通电源,流过交变电流,在磁路中产生交变磁通。
次级绕组:
将磁能转换为电能。
(与负载相连的绕组称为二次绕组或称次级绕组。
利用交变的磁通产生感应电动势,接入负载后,形成电流。
2.2单相变压器的工作原理
(1)原理:
电磁感应定律。
线圈中的磁通变化时,线圈中会感应电势e=-Ndφ/dt电势e的正方向与φ正方向符合右手螺旋法则(垂直于纸面)。
(产生感生电动势e1,e2)
(2)推导:
一次绕组与二次绕组的感应电动势比等于匝数比。
e1/e2=-N1dφ/-N2dφ=N1/N2=k,k称为变压器的电压比。
(一次,二次绕组在电路上是相互分开的,但二者在铁心上是处在同一磁路上的,磁通相同。
不是电压比!
电路方程为u1=-e1+i1r1
u2=e2-i2r2
当空载时(i2=0,i1约等于0),u1有效值U1=E1(约等于)
u2有效值U2=E2(等于)
所以U1/U2=E1/E2=k
(3)结论:
U1/U2=N1/N2=k(输入输出电压比等于匝数比)
当传输功率p一定时,
i1/i2=p/u1/p/u2=1/k(输入输出电流比等于1/匝数比)
z1/z2=u1/i1/u2/i2=u1/u2*i2/i1=k2(输入输出阻抗比等于k2)
2.3变压器原理图
3变压器制作过程
3.1变压器制作材料
3.1.1骨架
(1)作用:
顾名思义,骨架在变压器中起支撑Coil(线圈)的作用。
(2)分类
1、依据变压器的性质要求不同,按材质分为:
热塑性材料,热固性材料。
热塑性材料我们常用的有尼龙(NYLON),塑料(PET),塑料(PBT)三种。
热
固性材料我们常用到的有电木(PM)。
2、依据变压器的形状不同,Bobbin又分为立式,卧式,子母式,抽屉式,单元格,双格。
(3)特性及用途
1、电木(PM):
热固性材料,稳定性高,不易变形,耐温150°
C,可承受370°
C的高温。
表面光滑,易碎,不能回收。
用于耐温较高的变压器。
2、尼龙(NYLON):
热塑性材料,工程塑料,延展性好,不易碎,耐温115°
C,易吸水,使用前先用80°
C的温度烘烤,使固性稳定。
表面光滑,半透明,不易碎。
一般用于耐油性强的变压器上。
3、塑料(PET):
热塑性材料,510系统,硬性高,易成形。
不易变形,耐温170°
C,表面不光滑,不易碎,一般用于绕线管。
4、塑料(PBT):
热塑性材料,较软,不易变形,不耐高温(160°
C),表面不光滑,不易碎一般用于绕线管。
3.1.2铁芯
铁芯从用途上分高、低频、Coil三种,这里用的是低频的铁芯,也就是硅钢片。
硅钢片用于低频变压器,其种类很多,按其制作工艺不同可分为A:
锻烧(黑片)、N:
无锻烧(白片)两种。
按其形状不同可分为:
EI型、UI型、C型、口型。
口型硅钢片常在功率较大的变压器中使用,它绝缘性能好,易于散热,同时磁短路,主要用于功率大于500~1000W和大功率变压器中。
由两个C型硅钢片组成一套硅钢片称为CD型硅钢片,用CD型硅钢片制作的电源变压器在截面积相同的条件下,窗口愈越高,变压器功率越大。
由于铁芯两侧可以分别安装线圈,因此变压器的线圈匝数可分配在两个线包上,从而使每个线包的平均匝长较短,线圈的铜耗减小。
另外如果把要求对称的两个线圈分别绕在两个线包上,可以达到完全对称的效果。
由四个C型硅钢片组成一套硅钢片称为ED型硅钢片。
ED型硅钢片制成的变压器外形呈扁宽形,在功率相同的条件下ED型变压器比CD型变压器矮些,宽度大些,另外由于线圈安装在硅钢片中间,有外磁路,因此漏磁小,对整体干扰小。
但是它所有线圈都绕在一个线包上,线包较厚,故平均匝长较长,铜耗较大。
C型铁芯性能优异所制作的变压器体积小、重量轻、效率高,装配的角度来看,C型硅钢片零件很少,通用性强,因此生产效率高,但是C型硅钢片加工工序较多,作较复杂,需用专用设备制造,因而目前成本还较高。
我们主要使用的是EI型硅钢片。
E型硅钢片又称壳型或日型硅钢片,它的主要优点是初、次级线圈共同一个线架,有较高的窗口占空系数(占空系数Km:
铜线净截面积和窗口面积比);
硅钢片对绕组形成保护外壳,使绕组不易受到机械伤损伤;
同时硅钢片散热面积较大,变压器磁场发散较少。
但是它的初次级漏感较大,外来磁场干扰也较大,此外,由于绕组平均周长较长,在同样圈数和铁芯截面积条件下,EI型铁芯的变压器所用的铜线较多。
硅钢片的组装方式有交迭法和对迭法两种。
交迭法是将硅钢片的开口一对一交替地分布在两边,这种迭法比较麻烦,但硅钢片间隙小,磁阻小,有利于增大磁通,因此电源变压器都采用这种方法。
对迭法常用于通有直流电流的场合,为避免直流电流引起饱和,硅钢片之间需要留有空隙,因此对迭法将E片与I片各放一边,两者之间的空隙可用纸片来调节。
3.1.3胶带
(1)常用的胶带
我们以带基/基材的不同分类有:
环氧胶带(Epoxytape)、聚酰亚胺胶带(Polyimidetape)、聚四氟乙烯胶带(PTFETape)、乙烯树脂胶带(VinyiTapy)、聚酯薄膜(PolyeseterTaye)、强化纤维胶带(FilamentTape)、合成物薄膜(CompositeTape)、玻璃布(GlassCloth)、乙醋酸布(AcetateCloth)、纸带(Paper)。
(2)各种胶带及用途
环氧胶带(epoxytape)
环氧胶带抗焊接、抗穿刺、质薄、绝缘强度高、从形性好,UL认可耐温程度达150°
C及防燃。
这种结构的胶带功能广泛,其HI-POT在5KV以上。
聚酰亚胺胶带(polyimidetape)
这种胶带以聚酰亚胺为-带基/基材的胶带适用于Coil、缠结的电线和电容器。
它能承受极大的温差,保持其物理及电气性能不变。
其热固硅/硅的压敏胶粘剂提高聚酰亚胺胶带的稳定性。
其耐温180°
C,HI-POT为7.5KV。
聚四氟乙烯胶带(PTFETape)
这些耐高温薄膜胶带在温差极大时使用仍可保持其性能不变,收缩程度低,有极佳的抗化学品能力、抗电弧能力强、且不含碳化物质。
其耐温为180°
C,其HI-POT为9.5KV。
乙烯树脂胶带(VinyiTapy)
乙烯胶带揉合了聚氯乙烯带基的灵活性及具备优良的电气绝缘性能。
它的绝缘强度高,抗湿气、紫外线、磨损、腐蚀、碱和混合物。
其压敏橡胶粘剂适用温差能力良好。
胶带不褪色,用于迅速辨认电流相位、导线、导管和安全地带。
乙烯胶带提供主要电绝缘达600伏特,亦可用于高压电缆电线缠结和电视消磁Coil的封装操作。
Hi-Pot>
8KV最高可达12KV。
聚酯薄膜(PolyeseterTaye)
这种胶带适应于需要薄质、耐用和高介电/耐电压强度材料时的绝缘用途。
它必须比醋酸脂薄膜胶带耐温度。
聚脂薄膜胶带从形性好、有极佳的抗化学品、抗化剂和防潮能力,并可承受切割及磨损。
耐温130°
CHi–Pot:
5KV。
强化纤维胶带(FilamentTape)
这种胶带特别适用于需要聚脂薄膜的高介电强度/高耐电压和玻璃布胶带的高度机械强度的情况。
它的延展强度低、韧度高和抗撕裂,在130°
C或以下范围使用这种胶带,比使用玻璃布胶带的成本为低。
它可用来固定引线及端子板,并可缠结Coil。
合成物薄膜(CompositeTape)
这种结构的结合聚脂薄膜的高介电/耐电压强度和抗撕裂性质以及无纺聚酯薄垫的软垫特性,并备有三种厚度可供选择。
这种胶带即我们常说的44#醋酸布(ACT),其耐温为130°
C,Hi-Pot:
5.5KV。
玻璃布(GlassCloth)
玻璃布胶带用途最广泛且从形性最佳,它在纺织产品中最耐热和韧力最高,并能有效地吸收电气绝缘漆和树脂其耐温130°
C以上,HI-POT:
3KV。
乙醋酸布(AcetateCloth)、
这种胶带适用于Coil包封。
从形性高。
能扺受105°
C的高温,乙醋酸布并能有效地吸收树脂和绝缘漆。
HI–POT:
3.5KV。
纸带(Paper)
这些胶带具软垫功能,抗穿刺和韧度高。
其绉纹及纤维带基物料具有极高从形性,用于Coil包封及105°
C或以下温度范围。
HI-POT:
2KV。
3.1.4漆包线
我们使用的是0.18MM的漆包线。
特性及分类
1、缩醛漆包线,热级为105和120两种,具有良好的机械强度,附着性,耐变压器油及耐冷媒性能,但该产品耐潮性能差,热软化击穿温度低,耐用苯-醇混合溶剂性能弱等缺陷,仅少量用于油浸变压器,充油电机的绕组。
2、聚酯及改性聚酯的漆包线,普通聚酯漆包线热级为130,经改性后漆包线热级为155级。
该产品机械强度高,并具有良好的弹性、附着性、电气性能和耐溶剂性能,弱点是耐热冲击性能差,耐潮性能较低。
它是我国目前生产量最大的一个品种,约占三分之二,广泛应用在各种电机、电器、仪表、电讯器材及家电产品上。
3、聚氨酯漆包线;
热级等级为130、155、180、200.最大特点是具有直焊性,耐高频性能性好,易着色,耐潮性能好,广泛应于电子家电和精密仪器,电讯,仪表上,该产品弱点是机械强度稍差,耐热性能不高,且生产大规格线的柔韧性和附着性较差,因此该产品生产的规格以中小及微细线为多。
4、聚酯亚胺/聚酰胺复合漆包线,热级180该产品耐热冲击性能好,耐软化击穿温度高,机械强度优良,耐溶剂及耐冷冻剂性能均较好,弱点是在封闭条件下易水解,广泛用于耐热要求高的电机,电器,仪表,电动工具电力干式压器等绕组。
5、聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺复合层漆包线糸在国内外使用较为广泛的耐热漆包线,其热级为200,该产品耐热性高,还具有耐冷冻剂,耐严寒,耐辐射等特性,机械强度高,电气性能稳定,耐化学性能和耐冷冻剂性能好,超负荷能力强。
广泛应用于冰箱压缩机,空调压缩机,电动工具,防爆电动机及高温,高寒,耐辐射,超负荷等条件下使用的电机,电器。
3.2变压器制作流程图
3.3变压器制作方法
3.3.1绕线
1、材料确认
①骨架规格的确认。
②确认骨架完整:
不得有破损和裂缝。
③将骨架正确插入治具,有Pin的骨架一般特殊标记为1脚(斜角为Pin1),如果图面无注明,则卧式骨架1脚朝机器,立式骨架Pin朝人。
若为无Pin的骨架,则须先确认初次级引出线P数,视线槽方便出线为原则确认脚位。
④须包醋酸布的先依工程图要求包好,紧靠骨架两侧,再在指定的Pin上先缠线(或先钩线)后开始绕线,原则上绕线应在指定的范围内绕线。
2、绕线方式
在一定程度上整齐排列,达到最上层时,布线已零乱,呈凹凸不平状况,这是绕线中最粗略的绕线方法。
3、注意事项
a变压器在绕制时为求绕法统一,另要求立式Bobbin脚须朝外,卧式Bobbin第一脚朝外,起绕点与截止点的脚位需与工程图面上的要求符合,且每一组的绕线方向需与主线圈的方向一致,不得有因作业上的方便,随意性将任一组的绕线方向与主线圈相反,同时绕线次序L1,L2,…Ln。
亦不可随意对调,不可更改其起绕点与截止点脚位的方式绕线。
(Note:
本项规定IPQC拆解检验时需抽检其执行的情形。
b初级线径在AWG#32(含)以上(如AWG#32,#33,#34……)的漆包线,其出入线处缠脚必须缠回线三圈,绞线的线尾要完全包入胶带内,避免因线头与硅钢片短路造成耐压不良。
c绕线力求平整,不可偏向一边。
初级绕线时进出线都须用醋酸布绝缘。
3.3.2包胶带
1、操作步骤:
将胶带平贴线包,按图面要求的圈数包胶带。
胶带结束点处在线包侧边。
胶布起始点如结束处须重迭5mm以上。
2、注意事项
a胶带须拉紧包平,不可卷起,刺破或露铜线。
b变压器的线包部份,其最外层胶布破损造成线圈外露者,须加贴胶布完全覆盖住破损处,且加贴胶布的层数须与原规定最外层胶布的层数相同,并于涂凡立水后烘烤干。
加贴的胶布其头尾端均须伸入铁芯两侧内,且伸入铁芯两侧的胶布长以不超过铁芯的厚度为限。
(胶布伸入至少达到2/3铁芯厚)。
3.3.3接引线
1、操作步骤
将引线PVC面朝下,用胶带将引线黏住,再将引线贴至与脚位相对应的位置,引线方向同线包出线方向,再将胶带粘于线包上,最后将铜线理直理顺,缠于相应的引线上。
a引线不能贴反、贴错。
b缠脚时不可缠错脚位。
3.3.4焊锡
将Pin脚沾适量助焊剂。
焊锡:
将脚插入锡槽。
完毕状态确认:
不得有漏焊、氧焊及焊外胶带、骨架等现象。
a焊锡时部间约为1秒,如果线包接有保险丝,不可焊得太久。
b焊锡槽湡度:
470°
C~520°
C。
3.3.5包外围胶带
1、操作步骤。
a装入线包
b贴纸片
c包胶带:
胶带圈数按图面要求。
2、注意事项。
a胶带须包平整,不能卷起刺破。
b纸片须贴在进出线端。
c胶带结合处须重迭5mm以上。
3.3.6贴绝缘胶带
扯胶带2块,贴于线包两侧。
胶带长度依骨架大小而定。
3.3.7摇装硅钢片
a将硅钢片装入片槽内
b上线包
c摇片:
摇满为止。
d确认完毕
a装硅钢片时分清楚毛边,毛边朝下装入。
b硅钢片须摇紧,不可插破线包。
c硅钢片须摇平摇紧,不可交叉,不可重迭。
d不可插破胶带、铜线和引线。
3.3.8补片敲平装框
a去除错片,歪片。
b补片,装满。
c将产品置于铁板上,敲平装入框架。
d确认完毕:
用手推硅钢片的角上,看是否有松动现象。
a硅钢片须装满,敲平,E片不可翘起。
b不可敲坏线包。
c硅钢片须垂直插入以免插破骨架。
d装铁框:
铁框不可装倒,须敲平、敲紧。
4变压器的测试
4.1变压器测试电路图
4.2测空载电流
将上图中的待测变压器接入电路,断开K2,接通电源使其空载运行,当V1示数为220V时,交流电流表A的读数即为空载电流。
一般变压器的空载电流为满载电流的10%到15%。
若空载电流偏大,变压器消耗也将增大,温度增高。
4.3测额定输出电压
将上图中的待测变压器接入a、b两端,合上K2,使其带上额定负载RL,当VL示数为220V时,V2的读数即为该变压器额定输出电压。
对于电子电器用的小型电源变压器,对其额定电压的误差要求是:
高电压正负3%。
灯丝电压和其它线圈电压正负5%。
有中心抽头的线圈,不对称度应小于2%。
4.4变压器的测试
U1=18.9V,
U2=18.9V,
U总=37.6V,
I=160A
此次变压器的制作,是我们第一次制作。
因此,难免会犯一些错,其中在绕线时,就发生过两次将铜丝线弄断,不得不用砂纸将铜丝打磨,然后再接起,用绝缘胶布将其包裹好,继续绕线。
在最后进行焊接时,烙锡焊接没有掌握好,将大量的烙锡焊接在了铁片上,不得不将其融化去除一部分。
在测试的时候,起电压值还算均匀,其值还算过关,可以说120N算是成功绕制,但是电流的测试出乎意料,值过于偏高,我们寻其原因,可能是因为在绕制过程中弄断了两次,因此绕的匝数多少会偏多,导致了我们的电流读数偏高。
总的来说,我们的变压器制作还算是完成了,除了电流偏高,其他的电压值正常,均匀度达标为A,并且没有发生变压器叫的声音。