变压器设计原理.docx
《变压器设计原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变压器设计原理.docx（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
变压器设计原理
一.电磁学基础PAGE3
1.磁滞回路P42.集肤效应P4.2
3.导磁系数P4.34.正确值,有效值和测试值P4.4
5.L,AL,GAP与uiP4.56.交流信号P5.6
7.判断三极管P6.78PFCP6.8
9.居里温度P6.910.法拉第定律P6.10
11.安培环路定律P6.1112.基本,附加,双重和加强绝缘P7.12
13.电学磁学参数的关系P7.1314.磁力线的特点.P8.14
15.CTI值P8.1516.屏蔽P8.16
17.磁饱和P8.17
二.测量方法P8
1.生产线经常使用的仪器P8.12.HP4284A,4194A,4192AP8.2
3.HP4284A归零P9.34.圈数比的测试原理P9.4
5.上述三种仪器的频率范围P9.56.层间绝缘测试原理P9.6
7.温升的测量方法P10.78.ARCINGP10.8
7.AC、DC打高压的区别P10.78.设定变压器的层间耐压值P11.8
9.用仪器测试变压器的相位P11.910.热偶线法如何测试变压器温升P11.10
11.测量变压器铁损应的仪器P11.1112.计算漆包线耐压P12.12
13.电感值因测量仪器产生的误差P12.1314.测量铁芯饱和值MsP12.14
三.设计P13
1.沿面距离计算P13.12.Flyback和Forward变压器的能量存储P13.2
3.电感的最主要因素P13.34.送样资料的内容P14.4
5.开关电源的典型框图P14.56.变压器的等效回路P14.6
7.印章的意义P14.78.变压器工作于饱和状态的影响P14.8
9.涡流损P14.910.变压器设计中铁芯的选择P14.10
11.次级绕组多一圈时对别的次级输出电压有何影响P15.11
12.变压器线包的设计P15.1213.变压器在受潮前后电阻变化P15.13
14.AIRGAP对导磁率u和外加直流的影响P16.14
15.气隙对导磁率的影响P16.15
16.变压器铁心的饱和磁通与振荡频率关系的简单推导P16.16
19.共振式稳压器的工作原理P16.1920.高频变压器的设计应步骤P17.20
21.根据输出功率选择CORETYPEP17.2122.X’FMR设计P18.22
23.减少圈数并不一定会增加L值P18.2224.DC电感器分为哪三类P19.24
25.变压器在电子设备中的作用P19.2526.三种整流电路P19.16
27.变压器的损耗P19.2728.纸隔板包装的要点P20.28
29.包装落地实验P20.2930.波形扭曲失真原因P20.30
31.高频截止的原因P20.3132.变压器的极性P21.32
33.邻近效应P21.3334.选择变压器导线P21.34
35.变压器磁芯作用P21.3536.电感量与圈数的关系P21.36
37.TURNRATIOP21.3738.高频变压器设计注意事项P21.38
39.谐振P22.3940.理想变压器与实际变压器区别P22.40
41..变压器温升P23.4142.BOBBIN的作用及要求P23.42
43.测试项目的测试目的P23.4344.变压器最外面包一铜箔的作用P24.44
45.定电气特性呎寸的范围P24.45
四.材料P25
1.线材的类别P25.12.材料绝缘法规P25.2
3.铁芯规格的tanδ/uiP25.33.锡铅共晶点P26.3
4.铁芯代用的判断依据P26.45.粘着剂P26.5
6.CORE的供货商P26.67.漆包线P26.7
8.绝缘材料P26.89.软磁材料中磁性氧化物P27.9
10.接着剂P27.1011.铜,锌,铁,镍含量对焊锡造的影响P27.11
12.铁氟龙套管P27.1213.PVC线绝缘电阻P27.13
14.铁芯（Ferrite）P28.1415.胶布P28.15
16.理论计算绕组温升P28.1617.LutzWireP28.17
18.机种材料P28.1819.变压器绝缘油P28.19
20.MFIP29.2021.助焊剂P29.21
22.漆包线:
2UEWN.MW-28P29.2223.理想的软磁材料P29.23
24.助焊剂的功能P30.2425.磁化曲线及磁滞回线P30.25
26.CORE的特性参数P30.26
五.制造工艺P30
1.2.实例计算P31.13.降低X’FMR温升采取的对策P31.3
4.制作LK上限品P31.45.浸渍P31.5
6.分开绕高压绕组的意义P31.67.噪声干扰的产生P31.7
8.ACRP31.89.高频X’FMR噪声的产生P32.9
10.如何抑制高频变压器的噪声P32.1011.变压器的Q值P33.11
12.如何解决安全距离P33.1213.漏电感P33.13
14.变压器中的杂散电容P34.1415.铜箔在变压器中的作用P34.15
六.安规&信赖性P35
1.class130绝缘系统的变压器用ThermocoupleResistancemethod的最高温升P35.1
2.变压器的信赖性实验P35.23.电气机构名词解释:
P35.3
4.电子组件A,E,B,F,H,N,R,S级绝缘P36.45.ISO是甚幺P36.5
生技部份P36
1.MARGINTAPEP36.12.绕线使用的机器P36.2
3.FIXCORE&BOBBIN之胶系P37.3
工程部份P37
1.生产规格,ECR（ECN）的发行.P37
2.材料同上
6.代用料处理对策同上
第二部分基本变压器原理（BASICTRANSFORMERTHEORY）P38
一.基本定律P38
二.基本原理P38
第三部份变压器的功用（PowerTransformerFunction）P38
第四部份变压器基本种类（TRANSFORMERCONCEPTS）P39
1.FlybacktransformerusingmagneticstorageP39
2.ForwardtransformerusingdirectcouplingP40
第五部份变压器的设计（TRANSFORMERDESIGN）P41
一.基本公式P41
二.设计步骤P41
LINEARITYCOIL（线性线圈）应用P43
如果要知道变压器基本工作原理请按此处
1.电磁学基础
1.什幺是磁滞回路?
请描绘出磁滞曲线并指出饱和磁通密度Beat,最大磁场强度Hmax,剩余磁通密度Bres,矫顽磁力Hc和交流初导磁率uiac.
答:
磁性材料的形式特性磁化曲线,我们称之为磁滞回路.
下图为典型的磁滞曲线:
其中:
Beat为饱和磁通密度
Bres为剩余磁通密度
Hmax为最大磁场强度
Hc为矫顽磁力.
uiac交流初导磁率.
2.甚幺是集肤效应?
答:
分CORE和WIRE两方面来谈什幺是集肤效应.
对CORE,在外磁场作用下,CORE的表面磁畴会感应相同的磁场以抵消外磁场,而使内部不受影响,此种现象称为铁氧体的集肤效应.
对WIRE,当通过交流电流时,因电子都是负电荷相互排斥,而使电子均匀分布在WIRE的表面,形成表面电流,此种现象称为WIRE的集肤效应.
3.何为导磁系数?
磁性物质中按导磁系数可分为哪几种?
答:
在磁场内一点的磁通密度与该点的磁场强度之比,称为导磁系数,以u表示:
B
u=——
HDot
B
u=——tanzθ
H
磁性物质中按导磁系数之大小,可分成下列三类:
1）.导磁系数较自由空间者略小的物质称为反磁性体.
如:
钢,铜,锡,锌,水.
2）.导磁系数较自由空间者略大的物质称为顺磁性体.
如:
铁,白金,空气.
3）.导磁系数大于自由空间的物质称为铁磁性体.
如铁,镍,钴.
4.何谓正确值,有效值和测试值?
答:
在进行实际的量测之前,必须彻底了解组件的正确,有效的测试方式,测试条件,以及这些数值对组件量测的重要性.
返回目录
正确值是指排除寄生现象的缺点后,电路组件（电阻器,电感器和的值,在许多情况下,正确值可由包括组件物理成分的数学关系式加以定义,在实际情况下,正确值仅供学术参考之用.
有效值必须考虑到组件寄生现象的影响,有效值是电路组件的实际和反应向量的代数总和,因此,它与频率有关.
测试值是以测量仪器所获得并显示出来的值,它反映出仪器固有准确性.当测试值与正确值或有效值进行比较时,它通常会存在一些误差.同时,的量测而有本质上的改变,而其差异视考量的多寡而定,在一些已定义的之下,比较测试值和有效值接近的程度,可以判断量测的品质如何.
有效值是我们想要了解的,并且量测的目标在于使测试值尽可能地与有效值相符.
5.L,AL,GAP与ui各是甚幺?
相互关系如何?
答:
L:
一定测试条件下的电感值,单位为亨利（H）.
AL:
是基于频率为10kHz及AC通量密度为10GAUSS（1mT）时,所量测的电感额定值,单位为每平方圈数（N2）的毫微亨利（10-9亨利）
注:
35.0nH/N2=每100圈为350uH=每1000圈为35.0mH.
GAP:
即空气隙（介隙）,是把E形磁芯的三对脚都分隔为同等距离的介隙处理方法,而不是只在中脚部份造成空隙,中脚空隙的距离须是介隙的两倍才能得到同样的电感值,但其它电气特性不同.（视截面积的大小确定）
Ui:
磁导率初值,是AC通量密度峰值为10GAUSS时的磁导率.每种材料所列的磁导率仅供参考,磁芯是按所列的AL值制造的.
L=AL*N2N为圈数
AL与GAP的关系如右图标.
AL随GAP的增大而减少.
6.对交流信号,何谓峰一峰值,正的最大值,负的最大值,有效值与平均值,请以电压信号为例,结合图形表示之,并写出相应的英文名.
峰一峰值:
Vp-p表示正弦信号其波峰与波谷的幅值.
正的最大值:
+Vmax波峰对零点的幅值.
返回目录
负的最大值:
-Vmax零点对波谷的幅值.
有效值:
Vrms该交流作用于----纯电阻,其发热量相当于某一直流信号作用于该电阻的发热量,此直流信号的值即为该交流信号的有效值.
平均值:
Vavg单位时间内各点信号大小之代数总和/单位时间内之点数和.
7.测得工作放大电路中几个晶体管三个电极是电位分别U1,U2,U3,判断它们是NPN型还是PNP型?
是硅管还是锗管?
确定e,b,c.
U1=3.5VU2=2.8VU3=12V
U1=3VU2=2.8VU3=12V
U1=6VU2=11.3VU3=12V
U1=3.5VU2=11.8VU3=12V
答:
1）.为NPN型硅管,U1为b极,U2为e极,U3为c极.
2）.为NPN型锗管,U1为b极,U2为e极,U3为c极.
3）.为PNP型硅管,U3为b极,U2为e极,U1为c极.
4）.为PNP型锗管,U3为b极,U2为e极,U1为c极.
8.甚幺叫PFC?
PFC有甚幺作用?
答:
PFC叫功率因子调整器,即POWERFACTORCONTROL,对计算机等电器产品,由于大量使用电容,输出阻抗呈容性,造成电网电压相位超前于电流,功率因子降低,无功损耗大,浪费电能,故使用PFC以提高功率因子,节约电能.
9.何谓居里温度?
答:
居里温度或称居里点,是磁性材料所固有的一种参数.就是磁性材料从亚铁磁性材料变为顺性状态的临界温度.其物理本质就是当温度升高到居里点时,热骚动能大到足以破坏超交换作用,使离子磁矩处于混乱状态,饱和磁化强度等于零.也可说铁芯的温度达到居里温度,磁畴结构彻底被破坏,铁芯全部失去铁磁性质.
10.何谓法拉第定律?
答:
法拉第定律就是电磁感应定律.在磁场中,当穿过任一闭合回路中的磁通量发生变化时,在回路中产生的感应电动势e等于磁通变化率,可表示为:
△Φ
e=———式中,感应电动势e的正方向和磁通正方向应符合右手螺旋关系,而
△t
负号代表为楞次定律
11.安培环路定律是甚幺?
答:
在磁场中,不论导磁介质如何分布,磁场强度矢量H沿任一闭合回路的微积分等于穿过该积分回路所限定面积的电流I的代数和.即:
∮HDL=Σi如果电流的方向和积分回路的绕行方向符合右手螺旋关系,则上式电流为正,否则为负,H的分布与电流导磁介质的分布有关.
返回目录
12.什幺叫基本绝缘,附加绝缘,双重绝缘和加强绝缘?
答:
基本绝缘———是指变压器的带电部份为防触电所提供的基本防护而加的绝缘.
附加绝缘———是指对基本绝缘所增加的独立绝缘,以便在基本绝缘一旦失效时仍能防触电.
双重绝缘———是指包括基本绝缘和附加绝缘的绝缘.
加强绝缘———是指变压器带电部份所加的单独绝缘系统,其防触电要求相当于双重绝缘.
13.电学参数与磁学参数有着怎样的对应关系?
（电学参数:
JIEVQR）
答:
电学参数磁学参数
1J电流密度A/m2B磁通密度Teslagauss
2I电流AΦ磁通密度Wb
3E电场强度V/mU磁场强度OeAT/m
4V电力强度VF磁力线强度A-Tuna
5Q导电率Ω-mρ导磁率Tesla-m/A
6R电阻ΩR磁阻
14.磁力线的特点?
答:
1）.在磁铁处,磁力线自N极上发出穿透介质空间,进入S极,在磁铁内磁力线自S极穿透磁铁内部进入N极,故磁力线是一种完全封闭的曲线.
2）.磁力线与磁力线会合之处,即为磁体的所在处.
3）.磁力线绝不相交.
4）.磁力线在任一点方向为该点的切线方向.
5）.磁场强度大的地方,磁力线越密.
6）.磁力线的进出方向与磁导体表面垂直.
7）.磁力线有向旁排斥邻近磁力线的特点.
8）.磁力线有沿其长度而缩短的趋势.
15.甚幺是CTI值?
其三类等级要求的电压分别为多少?
#1350,MY9Y#44#40分别属于哪一等级?
答:
CTI（COMPARATIVETRACKINGINDEX）相对电痕指数,是以数值化定义的电痕的破坏效率,是评定电气绝缘材料的指数.
其三类等级要求的电压为:
CTII≧600V
400V≦CTIII＜600V
175V≦CTIIIIa＜400V
100V≦CTIIIIb＜175V
返回目录
#1350CTIIIMY9YCTIII
#44CTII#40CTII
16.屏蔽有哪几种方式?
答:
有三种:
1）.电场屏蔽2）.磁场屏蔽3）.平面波屏蔽
17.甚幺是磁饱和现象?
如何防止?
答:
当磁场强度足够大时,磁化强度达到一个确定饱和值Ms（磁饱和程度）,继续加大时,Ms保持不变,可选用Ms值大材料或材料加大GAP.
2.测量方法
1.生产线经常使用的仪器有哪些,主要测试的功能是甚幺?
答:
如下表:
主要使用的测试仪器
主要测试功能
CH3200,CH6800HP4285AHP4284A
L,LK,DCR,ACR,T.R,C,PHASE（相位）等
9031,905390529071
HI-POT,LR,ARCING等
8505
层间绝缘
CH301ACH1320
提供偏流
CH1062,CH104,CH1069,984
L,LI,加偏流等
示波器,信号发生器
TR,PHASE等
2.HP4284A,4194A,4192A有何不同?
答:
HP4284A是精密LCR测试仪
1）.20Hz-1MHz,具有8600个以上的测试频率
2）.0.05%的基本精度,6位数字分辨率
3）.测试信号电平（选件001）:
5Mv~20Vrms（有效值）,50uA~200mA（有效值）
4）.10个存入组件的分选比较器.
5）.75Hz-30MHz,以100Hz步进
6）.0.1%的基本精度
7）.高速测量:
30ms/次
8）.有列表扫描测量功能
HP4192A是低频率阻抗分析
1）.5Hz-1.3MHz频率范围
2）.增益----相位测量:
幅度,相位,群延时
3）.浮点,或接地器件.
4）.阻值测量:
|Z|,|Y|,Q,R,X,G,B,L,C,D,a,△,△%
HP4194A是阻抗/增量-----相位分析仪
1）.宽的阻抗测量:
100Hz-400MHz,10mΩ~10MΩ
返回目录
2）.增量相位测量:
10Hz-100MHz,-107dBm~+15dBm,0.1Db分辩率.
3）.灵活的测量,计算和分析功能,彩色图形显示.
4）.完全可编程（自动顺序编程ASP）
3.请问HP4284A测试上时的两种归零方案及特点?
答:
1）.针对测试频点归零快
2）.针对全频段点归零耗时
4.圈数比的测试原理:
次级侧电压与初级侧电压的比值等于圈数的比值.
5.请问HP4284A,HP4194A,HP4192A的频率范围?
HP4194A100Hz-40MHz阻抗测试
10Hz-100MHz增益测试
HP4192A5Hz-13MHz
HP4284A20Hz-1MHz
6.层间绝缘测试原理及其作用?
答:
层间绝缘测试也叫脉冲电压线圈测试,利用线圈对脉冲电压,电流的感抗特性对线圈进行非破坏性的的检查试验,基本原理是在一个定义为基准线圈地测试端加一脉冲电压,得到线圈中通过的自激振荡波形,把此波形存入仪器中,再把测试时所加脉冲电压加到待测线圈上,所得的自激振荡波形与基准线圈所产生的波形相比较,就可得出待测线圈品质良否的判断.
由于此自激振波形直接与线圈H值与Q值又和线圈之圈数,制造工艺,介质材料（铁芯或磁芯）又有着不可分隔的牵连,基于测试所加电压为高压,当线圈有短路或绝缘不良引起层间放电时很容易由图反映出来,故层间绝缘测试能较准确反应线圈的各类基本参数.波形如图所示.
返回目录
7.温升的测量方法有哪些?
答:
1）.点温度计法:
用半导体点温度计测铁芯,线包的温度大致估计温升情况.
2）.热电偶法:
将热电偶预埋在线包中.这种方法可多点,同时测量线包内部温度,但需要一套热偶测温装置才行.
3）.电阻法:
通过对绕组电阻的测量,计算出变压器的温升.
基本原理是:
铜导线电阻与温度成正比关系,计算的公式如下:
R2
△t=（234.5+t1）-（234.5+t2）其中234.5为铜线的温度系数
R1
此法简单易行,且能满足精度要求,多采用这种方法测量温升.
8.何谓ARCING?
简述ARCING测试原理?
答:
ARCING在英文原意为”飞弧,打火,跳火花”的意思,在变压器测试中,当高压瞬间输出时,在待测变压器两端（初次级间）产生的火花或电弧即为ARCING.
当用金华9053测试变压器ARCING时,其原理图如下:
高压输出在DUT两端产生一高频电流,在CURRENTSENSE上读取信号,一部通过高低通示波器产生一个大于2KHZ小于100KHZ的信号,与机器的设定之ARCING电流进行比较,另一部份通过整流,A/D转换读取实测值.
7.用AC或DC打耐压时有何区别?
答:
1）.用AC测变压器耐压时,因AC具有大小方向周期性变化的特点,故不能对杂散电容充饱电,故不知变压器真正漏电流大小.
2）.用DC可对杂散电容充饱电,故其漏电流即为真实值.
返回目录
3）.用DC打耐压会对材料进行充电,故需特待测物放电后才可做下一步测试,较浪费时间.
4）.对同一数值之AC与DC,因AC具有√2倍最大值的特点,故AC更易伤人.
8.如何比较准确的设定变压器的层间耐压值?
答:
1）.首先被测物须符合测试条件,电感量需80uH以上,电感太低可串联一个电感.
2）.选择10~20PCS其它特性次OK的被测物,从最小电压开始测试,OK以后再往上迭加测试电压,直加到画面波形出现电晕以后,此时的电压为临界电压.10~20PCS测过以后,取之多数相同的临界电压,再乘以0.9或0.8（系数）使可得出此变压器的层间耐压值.
9.用何仪器可测试变压器的相位?
答:
1）.用CH310（或3245）可以直接变压器之相位,其接法是:
以上读数如果是正的即代表同相,如果是负数即代表为反相.
2）.用信号发生器+示波器（二信道）也可以测出变压器之相位.其接法是:
在变压器的主绕组的起始端夹上信号发生器（20KHz,1V）和示波器第一信道的正端,在被测绕组的起始端接上示波器第二信道的正端,如波形在同一边,则同相位,如波形不同边,则反相位.（如上右图）
3）用测电感法（一般可以测电感之仪器）,就是把变压器主绕组和被测绕组的起始端和结束端短路,如电感比主绕组电感大,则同相,反之则反相（主绕组圈数须大于被测绕组）
10.用热偶线法如何测试变压器温升?
答:
1）.取一热偶线在绕线时固定在待测线包中底层.（通常置于底层）
2）.将待测线包做成成品,标为待测物.
3）.将热偶线接在温度记录仪INPUT.
4）.按要求将待测物接上负载,并供给电源.
5）.当待测物达到热平衡时,关闭电源并取下记录纸,读出温升曲线.
11.测量变压器空载损耗（铁损）应采用甚幺仪器,常用的这种仪器有何型
号?
返回目录
答:
应采用瓦特表,常用瓦特表有D26-W（Ψ=1）和D34-W（Ψ=0.2）两种.
12.漆包线耐压如何计算?
答:
漆包线耐压的数值主要按绝缘漆的厚度而定,（如下方程序）但也受到铜线之直径,线圈的温度及不同种类之绝缘漆的影响.
Ds=t*Vu其中Ds耐压值t绝缘厚度（um）Vu每微米绝缘漆耐压
13.电感值为甚幺会因测量仪器的不同而不同?
答:
对于小型变压器来说,电感值通常都很小,因而导线之间的离散电容及线路归零对测量来说变成一个重要因素,用各种不同仪器所测电感值不同,其原因除了仪器本身误差以外还有以下几方面原因.
1）.测试信号电流,铁芯式电感器与测试电流有关,如图所示,不同仪器测试信号电流有异,故L值有所不同.（如图）
2）.一般阻抗测试仪会输出一种电压驱动的测试信号,不同仪器采取的测试电路有所不同,输出信号度有差别,故L值有所不同.
3）人为的测量手法与方式不同,影响测试的重复性与再现性（见QS9000的仪器重复性与再现的分析）
4）.Q值测量的精度,一般来说,阻抗测量仪器的Q值测量精度都不太高,尤其在
升级会员 