变压器电气规格修订版.docx
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变压器电气规格修订版
變壓器電氣規格
“變壓器”顧名思意,它可以實限電壓之間的轉換。
大家也知道變壓器是根據互感原理制成的。
但整個變壓器的應用非常之廣泛,因而其功能不僅僅是電壓上的轉換那么簡單,它還可用來改變電流、變換阻抗、改變相位等等功能。
當我們了解變壓器的各項功能及不同的應用領域后,再來討論變壓器的一些常規的電氣規格及在整個電路中的一些作用及影響.
變壓器產品可以按不同的頻率使用范圍來分成如下幾大類型.
低頻變壓器（也可稱為工頻變壓器）其頻率范圍為:
50Hz或60Hz
中頻變壓器,（俗稱中周）其頻率范圍為:
400~1000Hz
音頻變壓器（也可規劃為通訊變壓器）其頻率范圍為:
20Hz~20KHz
高頻變壓器,其頻率范圍為:
20Hz~100KHz
我們現在來分類討論不同變壓器的電氣規格:
先來討論低頻變壓器,我們來看一個光順生產的低頻變壓器實例:
如042-010028-001
TestingItem
Specification
PinNo.
Samplestesteddata
1
2
3
I/P:
BLU-BLU
120AC,60HZ
O/P:
71.0VAC±5%（NOLOAD）
RED-RED
71
71
64.0VAC±5%（LOAD2A）
RED-RED
64
64
Currentexciting
170mAmax
102
101
HI-POTTEST
3500VAC,3mA,1MIN
BLUTOCORE
OK
OK
3500VAC,3mA,1MIN
REDTOBLU
OK
OK
3500VAC,3mA,1MIN
REDTOCORE
OK
OK
上圖是042-010028-001機種的測試項目及一些測試條件.從上表格中我們可以看出,對此類變壓器而言需要測試:
a.輸出電壓（可以分為加載和空載兩種）b.激磁電流.c.高壓測試
低頻電源變壓器的功能是用來轉換電壓,以符合我們不同環境的需要.即是由市電轉換至我們實際所需的電壓值.因而我們需要檢測最終變壓器所輸出的電壓是否與我們所需要的電壓相符合.
測試接線圖
上例中我們所需要的需出電壓是71.0VAC±5%這是空載時輸出電壓,當加負載時我們要求輸出電壓為:
64.0VAC±5%通常我們是在次級端加一個負載電阻調整負載電阻的大小至我們所需的負載值如上圖中當交流電流表讀值達2.0A時我們即停止調整負載電阻RL這時我們交流電壓表的讀值應該在我們所要求的64.0VAC±5%內,激磁電流的測試是在空載時測試初級繞組電流的大小,如上測試接線圖中輸入斷Pin1-2之間接入120V交流電,而次級斷不加負載時所測得的初級端電流則為激磁電流，变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后者属有功性质，称为空载电流的有功分量。
由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。
平常所谓空载电流是指空载变压器在额定电压与额定频率下激磁后在变压器内流动的稳态对称空载电流。
此值很小，一般只占额定电流的百分之几或小于百分之一。
空载电流是变压器主要性能参数之一，在国家标准上有标准值与允许偏差的规定。
在运行中要吸取无功容量。
如硅钢片特性中剩磁与饱和点、额定磁通密度，与绕组几何形状、匝数，等参数有关。
在工艺上加垫块进行密度压处理，绕组进行恒干燥处理，各绕组的磁中心要一致。
尤其注意绕组中换位与段到段过渡处的机械强度，不能在机械力作用发生匝间到段间短路。
综上，变压器空载电流的大小与电源电压的大小和频率，绕组匝数，铁心尺寸及磁路的饱和程度有关。
因此當我們再次碰到激磁電流過大時就需要從這些方面去改善。
Powertransformer基本測試
應測項目
1.輸出無載電壓V1
初級依條件輸入電壓、頻率。
次級在無載狀態接電壓表量測V1電壓。
V1/V2=N1/N2V1=輸入電壓V2=輸出電壓N1=初級圈數N2=次級圈數
因此次級電壓不足時依電壓比公式增加次級圈數可修正電壓不足
2.負載次級電流
依要求在次級串接適當之負載，再串接電流表A2調整負載以達到需要之電流。
3.負載次級電壓
同第2點在次級跨接電壓表，量測V2之讀值。
當負載次級電壓不足時表示,電壓調整率差,可能因素見以下電壓調整率
4.初級負載電流，在初級繞組串接電流表A1，在全載狀況得到A1之讀值或者可
由Powermeter直接讀取。
5.總消耗功率，在全載狀況可由Powermeter，VA檔讀出或者依公式
P=VinxIinl（初級負載電流A1）
6.激磁電流
A.在無載狀況A1之讀值，或者可由Powermeter讀出
B.為防止鐵心在電壓變動時造成飽和，因此增加輸出電壓10%測激磁電流之變動。
（變動不宜超過激磁電流10%）
以下可降低激磁電流
a.增加初級圈數.b.選擇材質較好鋼片c.選擇較薄鋼片
7.DCR
測各繞組之DCR
特性:
線徑越大DCR越低
8.溫升測試
（電阻法）
A.
T1:
初始溫度T2:
最終溫度R1:
初始電阻R2:
最終電阻Tr:
溫升
Tr=【（）x（234.5+T1）】-（234.5+T2）
測試時，變壓器用罩子罩住，等到鐵心溫度、繞組溫度及環境溫度趨穏定時，快速量取R2讀值。
B.
熱偶線:
將熱偶線埋入繞組（初、次級）及貼在鐡心上共3點
9.電壓調整率
電壓調整率=
電壓調整率差,可能因素
a,鐵心尺寸太小–增大尺寸改善
b,繞組線徑太小--增大線徑改善
c圈數過多銅損過大
10.效率
11.銅損
A.
短路試驗
次級串接電流表，短路輸入電壓調至最小，再慢慢調升，將A2電流調至要求之負載電流，此時之VxA1即為銅損
B.
銅損＝I12R1+I22R2
12.鐡損
A.開路試驗
電壓輸入至次級繞組至負載電壓，初級開路此時所得之VxA即為鐵損
B.鐵損＝總消耗功率－總輸出功率－銅損
中頻變壓器（俗稱中周線圈）我們也來看一個實例:
MTX48074230機種要求測試的項目有:
L值,Q值,DCR,以及Hi-PotTest在此我們重點來介紹Q值的定義、相關因素，以及在電路中的一些作用及影響。
如下表格是MTX48074230的測試規格:
TestingItem
Specification
PinNo.
Sampletesteddata
1
2
3
4
5
INDUCTANCE
@67KHz,0.1V
WK-3260B
22.5mH10%
（調整THPcore使成品符合L值）
3-1
22.5
22.5
22.5
22.5
22.5
Q:
66.4MIN
3-1
86.0
85.8
88.0
89.6
84.8
20.25mHmax
（THPCORE調至頂部）
3-1
16.3
16.1
16.3
16.5
16.5
24.75mHmin
（THPCORE調至底部）
3-1
36.2
36.6
36.2
36.0
37.1
Q值是這樣定義的:
在電子技術中,經常用諧振電路的特性阻抗與電路中電阻的比值來說明電路的性能，我們稱這個比值為諧振回路的品質因數.通常用Q來表示.
根據定義我們可以得到:
Q=ρ/R=1/R√L/C由此可知Q值的大小是由電路參數R、L、C來決定的，它是一個無單位的量。
在無線電技術中,我們常利用串聯諧振獲得較高的電壓,一般Q值可達幾十至幾百,這樣UL和UC可達信號源電壓的幾十到幾百倍。
如上面的例子MTX48074230中Q值測試規格為66.4MIN對中周（中頻變壓器）而言電路的品質因數Q的大小標志諧振回路質量優劣的重要指標。
它對諧振曲線（電流的頻率響應曲線）有很大的影響。
從曲線的形狀可以直接看出諧振回路質量好壞。
左下圖是不同Q值的諧振曲線,Q值越高曲線趙尖銳。
當頻率偏離諧振頻率時電流從諧振時的最大值急劇下降，電路對非諧振頻率下的電流具有較強的抑制能力，因此Q值越高選擇性越好。
反之，Q值很小諧振頻率附近的電流變化不大，那么電路的選擇性就很差了。
在電子設備和通訊技術上，常常利用諧振電路從許多不同頻率的信號中選取所需的信號。
諧振曲線通頻帶
如在以變壓器耦合的功放電路中,如果回路的Q值過高曲線過于尖銳，就會過多地削弱所要傳輸信號的頻率成分，因此回路Q值又不能太高。
綜合考慮回路的選擇性及不同頻率的信號通過能力我們稱f1~f2的范圍為頻帶寬度。
我們知道了Q值在電路中的作用及影響以及Q值與哪些因數有關后希望后續當我碰到Q值過低時重點從這些方面去加以改善。
音頻類變壓器（通訊類變壓器）電氣規格很多,除了一般的L值,DCR值,等等外還需要測試很多與通訊有關的參數。
我們還是先來看一個我們所熟悉的例子:
音律的標準品ET-20105機種其中測試項目有:
1.）FrequencyResponse（頻率響應）:
測1-2加100mADC,3-4加470Ω,1KHZ,0dB歸零
300HZ---600HZ±4.0dBMAX
600HZ---3.5KHZ±1.0dBMAX（正常0.55以下）
2.）ReturnLoss（回授損失）:
1.0KHZ,（3-4接470Ω）,100mADC
1-2=12dBTYP
3.）InsertionLoss（介入損失）:
1KHZ,0dB歸零
1-2外加100mADC=2.5dBMAX（3-4接600Ω）
4.）LONGITUDINALBALANCE（縱向平衡）:
60～1000Hz=60dBMIN
1KHz～4KHz=40dBMIN
5.）TORALHARMORICDIST.（諧波失真）:
@600Hz,-10dBm（3-4接470Ω）
1-2=-58dBTYP.
6.）阻抗:
1KHZ,1V,100mADC
1-2=600±10%（3-4接470Ω）
7.）INDUCTANCE:
@1KHz,1V
LP=1-2=230～280mH
8.）HI-POT:
1500VAC,5mA
1-2TO3–4
9.）DCRESISTNACE:
1-2=108Ω±10%4-3=120Ω±10%
在此我們分別來探討以上的電氣規格：
频率响应是指在振幅允许的范围内通訊系統能夠傳輸的頻率范圍，以及在此范圍內信号的变化量称为频率响应，也叫频率特性。
在额定的频率范围内，输出电压幅度的最大值与最小值之比，通常以分贝数（dB）来表示其不均匀度。
如果頻率范圍過小，在信號傳輸過程中將會損失低頻分量或者高頻分量使還原出來的音頻信號頻率不豐富。
在额定的频率范围内，信號輸出電壓幅度最大值與最小值相差太大,則還原出來的音頻信號突大突小。
因此單純標注頻率範圍是毫無意義的，我們不僅要看頻率范圍而且還需要考慮在此頻段范圍內信號的振幅。
看上面的例子FrequencyResponse（頻率響應）:
300HZ---600HZ±4.0dBMAX
600HZ---3.5KHZ±1.0dBMAX（正常0.55以下）
300Hz-600Hz（正負4dB）。
300Hz-600Hz表示該裝置傳輸300Hz-600Hz段的訊號時其電壓最大值與最小值變化比，這段頻率被稱為頻率範圍，而正負4dB表示當頻率范圍為300Hz-600Hz時，訊號強度的振幅在正負4dB內波動為可接受范圍。
頻率響應可以用VP-7723B測試。
我們可以用如下公式來計算:
公式F.R.=|20LOG （（Volf） / （Vo r））|
公式F.R.=|20LOG （（Vohf） / （Vo r））|
其中Vo r :
輸出參考電壓 Vo lf :
輸出低頻電壓 Vo hf :
輸高頻電壓
普通功放的频率响应为20Hz-20kHz约（+/-）l-3dB；优质功放的频率响应为20Hz-20kHz约+/-0.1dB。
回授损失是指待测物（电缆,讯号源,接收器或其他）的阻抗与标准阻抗的差距比（这代表了讯号反射的强度,完美的匹配（即理想狀況）ReturnLoss是无限大）.ReturnLoss計算公式如下:
公式R.L.=20|LOG （（Zs+Zm） / （Zs-Zm））|
Zs:
信號源impedance（復阻抗） Zm:
待測impedance （復阻抗）
InsertionLoss（插入損失）變壓器的插入損失（IL）定義為通過變壓器傳輸后的負載電壓我信號源電壓之對數比。
其計算公式為：
公式I.L.=|10LOG （（Po） / （Pi））|
式中Pi:
輸入功率 Po:
輸出功率
插入損失應考慮變壓器應用的整個頻率范圍。
寬帶變壓器插入損失的傳輸特性
寬帶變壓器簡化等效電路圖
上圖是寬帶變壓器插入損失的傳輸特性示意圖，可以區分為低頻帶,中頻帶,高頻帶。
上右圖是
寬帶變壓器的簡化等效電路圖。
圖中Es是信號源電壓,Rs是信號源內阻,RW和LS代表繞組電阻漏感。
C1和C2代表初及和次級分布電容,LP和RP是初級電感和磁芯的并聯損耗電阻,Rb是負載電阻折算到初級邊的電阻。
在低頻區,寄生參數Rw、Ls、C1和C2,以及磁芯損耗Rp不起很大的作用,主要與初級電抗XL有關,可近似表示為:
在中頻區域,線圈電阻Rw起支配作用,可近似表示為:
在高頻區,傳輸特性主要受漏感和分布電容的影響。
對低阻抗電路,主要受漏感影響:
對高阻抗電路,主要受分布電容的影響:
從以上三個區域插入損耗特性分析可見,要求變壓器有最大的初級電感Lp,同時盡可能降低繞組電阻Rw,初級和次級繞組應有良好的耦合,盡量減少漏感Ls和分布電容。
這些參數的測試對網絡通訊變壓器特別重要。
LONGITUDINALBALANCE（縱向平衡）:
對于高頻率的信號傳輸如ADSL信號而言，要求傳輸線路在理想狀態下其呈現出的復阻抗等同，實際上我們要求其差異越小越好。
如下圖示中所示：
a
b
線路中a線對地阻抗理想狀態下與b線相等。
即Za=Zb為理想狀態。
如上圖示的例子縱向平衡我們可以用如下公式來計算：
Balance=20（log10（Za-Zb）/（Za+Zb））dB
在共模抑制電路中我們可以用如下圖示來表示，A、B分別是共模電感的兩個繞組，在此線路中它能反映线路对共模噪声的抑制能力，我們要求兩組線圈的電感以及復阻抗相等最好。
A
B
我們用Vdiff來表示輸出漏電壓（通俗地講可以看成是A,B之間的電壓差）而Vc為輸出參考電壓則有：
公式L.B.=|20LOG （（Vdiff） / （Vc））|
TORALHARMORICDIST.（諧波失真）：
在使用音頻變壓器的放大器中，由于鐵芯非線性磁化電流的影響，會引起一些附加的非線性失真或稱作諧波失真。
在磁飽和狀態下工作的變壓器，由于磁通飽和，輸出電壓中也含有較大的諧波分量。
換句許說總諧波畸變THD，來源于變壓器中鐵氧體磁芯的磁通密度B和磁場H存在的非線性系，導致感應出的電壓（正比于磁通密度B）不是純的正弦波，而產生一定的畸變。
一般THD定義為奇數倍頻電壓幅度總和與其基頻幅度比值的對數：
在實際電路中實際上起主要支配作用的是三次諧波，因此上式可以近似表示為：
所產生的畸變信號將導致數據信號中的信息誤差，而且限制了信號傳輸的距離使音頻信號不能遠距離傳送。
THD主要與鐵氧體材料磁滯損耗和磁芯形狀有關，而變壓器繞組設計也有一定的影響。
業界已發現組合磁芯附加GAP可減小THD，因此現在有很多CORE廠商將THD/μa表示為真實的材料特性參數（μa是鐵氧體材料的振幅磁導率），被稱為THD因子。
THD/μa是磁通密度B、頻率f和溫度T的函數。
通常THD因子隨工作磁通密度B增大而增大，（如下左圖）而溫度變化時，THD/μa值在某一溫度呈現最小（如下右圖）
為了減小總的諧波失真，以滿足線路變壓器對磁芯的特殊要求。
世界頂級CORE供應商均著力于研發新的鐵氧體材料和磁芯形狀。
對CORE有如下要求：
a.在低頻段呈現高的初始磁導率μi（或高的有效磁導率μe）以及在中頻段有低的磁芯損耗。
b.鐵氧體材料有盡可能小的磁滯損耗系數ηB。
事實上為了展寬頻帶和降低插入損耗，我們可以選擇盡可能小的Lw（平均匝長）和C1（磁芯因數）的磁芯。
因為C1=le/Ae，因此具有較大的截面積和短的磁路長度以及中心柱呈圓型的磁芯更適合制作此類變壓器磁芯。
磁芯形狀對總諧波畸變系數THD也有大的影響。
前面提到過THD主要是針對三次諧波失真K3c可以表示為：
K3c∞ηBxCDFxDTC
式中，ηB=材料磁滯系數
CDF=磁芯畸變因數
DTC=變壓器畸變系數
其中，DTC主要與繞組和電路抗有關，而CDF則主要與磁芯形狀有關，并可表示為：
SDF為磁芯形狀畸變因數可以用如下公式來計算：
根據上式可以計算得到各種磁芯形狀的SDF值，如現在新型的EPX型和EPO型磁芯中心術面積增大，在相同的磁路長度le條件下，增大了磁芯截面積Ae，減小了磁芯因數C1值，在相同的THD性能條件下有更小的體積。
Impedance（復阻抗）:
有時我們會看到需測試Impedance，即通常所說的阻抗值，它同直流電阻DCR相類似，但它是電路中DCR，L，C三者共同作用的結果。
它與這三個因素有關。
我們用如下公式來計算：
Z=√R2+X2
其中R則為DCR值，X=XL-XC稱為電抗，它是電感和電容共同作用的結果。
在通訊線路中阻抗是否匹配直接關系到輸出端是否可以獲得最大功率，為了說明問題我們來看如下實例：
上圖示中Vi是上一級傳輸到下一級的等效電動勢為2V，Z0為上級信號源的內阻。
現要接一個標稱阻抗為16Ω的揚聲器（如圖中Z2）現假如變壓器次級繞組為：
10Ts那么初級要多少圈才可以使輸出獲得最大的功率呢？
這就牽涉到阻抗匹配的概念，上圖中要想使負載獲得最大的輸出功率，那么變壓器初級輸入阻抗必須等于信號源的內阻即Z1=Z0=600Ω
由公式推導可以得到：
Z1=n2Z2因此n=√Z1/Z2=√600/16=6
因此可以計算出變壓器的變壓比約為6那么次級為10Ts則初級應為60Ts根據此公式我們可以計算音頻匹配變壓器的初次級繞組圈數以及根據負載阻抗計算變壓器初次及阻抗。
INDUCTANCE（電感）：
在電子技術中，通常會磁到由導線繞制而成的線圈，如收各類型的變壓器，扼流圈，濾波器等等。
當有交流電流I通過n匝線圈時，將會產生交變的磁通和磁通鏈。
磁通和磁通鏈是電流I的函數，都隨著電流的變化而變化，磁通鏈用Ψ表示它與電流成正比（此針對空心線圈而言）于是有如下的公式：
Ψ=LI或L=Ψ/I
L是一個常數，稱為線圈的自感系數或簡稱為電感。
空心線圈的附近只要不存在鐵磁性材料，其電感是一個常量。
該常量與電流的大小無關，只由線圈本身的性質決定，即只決定于線圈截面積的大小，幾何形狀與匝數的多少。
如果線圈截面積越大，長度越短，匝數越多，線圈的電感也就越大；反之電感就小。
我們稱這種電感為線性電感。
另外有一種鐵芯線圈，通過鐵芯線圈的電流I和Ψ不是正比關系，比值不一定是一個常數。
它的大小會隨電流的變化而變化，有時為了增大電感，常常在線圈中置磁芯，這樣就可以使單位電流所產生的磁通鏈劇增，從而達到增大電感的目的。
我們通常所見到的電子變壓器就是通過將線圈中放置磁芯來獲得較大的電感。
此時電感并不是一個常數它會隨磁芯的特性不同而改變，我們稱這種磁芯的特性叫電感系數用AL。
一個電感器或變壓器，繞有N匝線圈，其電感值為L，則定義AL=L/N2，所以有L=ALxN2AL的大小與GAP、材質、CORE磨削面精度等有關。
HI-POT（高壓測試）：
為了證明設計、選材和制造工藝的合理性，必須把異常的交流電壓加到變壓器的繞組、屏蔽、鐵芯等互相隔離的兩個（或多個）零件上，進行高壓試驗。
通常我們EO上會有寫到繞組（Winding）對繞組，繞組對鐵芯進行高壓測試。
如上面所例低頻變壓器機種042-010028-001就要求繞組對繞組（即REDTOBLU）繞組對鐵芯（REDTOCORE）進行高壓測試。
一般測試電壓可以是AC也可以是DC。
但有時我們會磁到一種現象：
試驗電壓用直流電壓可以通過測試，而改為交流電壓時無法通過測試。
怎么來解釋這一現象呢?
為了方便說明以上問題我們還是來看一個實例：
2N02客戶7669623機種要求測試Pin13-24Hi-Pot。
記得2005年1月份在投產時就碰到500VAC無法通過，甚至300VAC都無法通過。
但是拆解并沒有發現有被擊穿現象。
我們再來看7669623的結構W1&W2是由12milsx30mm寬銅箔繞11Ts而成中間是以3milsx40mm寬NomexPaper作絕緣繞制而成。
這里需要引入另外一個物理量：
電容（用C表示）電容的定義是兩個彼此絕緣的導體和導體間的絕緣物質組成一個電容。
電容的容量與極板面積和相對介電常數成正比，與兩極板間的距離成反比。
W1&W2繞制后在W1&W2之間形成一個較大的電容，當交流信號加在兩極之間時電容會進行充電，在接觸的瞬間對交流信號而言可以看成短路。
因此當我們用交流電壓加在Pin13-24端測試時則無法通過，這時我們可以去測試Pin13-24之間的電容會比較大。
高壓測試方法及測試條件一般依客人規定，業界常用的方法是分成兩種情況而定：
一是要測試2KV以上電壓時，所加測試電壓應從零開始以某一（每秒不超過2KV）的速率上升，直至規定值；保持規定時間后以同樣的速率將電壓下降到零。
當測試電壓為2KV以下時直接將所測試電壓加至被測試端。
測試過后被測物不應有擊穿、灼熱、拉弧等現象。
漏電流不應超過規定值，一般測試時頻率用50Hz。
增改善高壓不良之所有方法
DCRESISTNACE:
（直流電阻）
當電子作定向運動時，因為不斷地與導體內的原子或離子發生碰撞，這就使得電子的定向運動受到阻礙，導體對電流的這種阻礙作用叫做導體的電阻。
一般我們用R來表示。
任何物體均存在電阻，所以當有電流通過時，都要產生電壓降而產生損耗。
在國際單位制中，電阻的單位是歐姆用字母Ω表示較大的電阻還用KΩ或MΩ表示它們存在如下的關系式：
1MΩ=103KΩ1KΩ=103Ω
導體的電阻不僅和導體的材料種類有關，而且還和導體的尺寸有關。
實驗證明，同一材料導體的電阻和導體的截面積成反比，而同導體的長度成正比，這個結論叫做電阻定律。
用如下公式表示為：
R=ρL/S
式中：
L是導體的長度,單位是米（m）
S是導體的橫
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