初级、次级电压和线圈圈数间具有下列关系:
V2/V1=N2/N1=n
式中n称为电压比(圈数比)。
当n<1时,则为N1>N2、V1>V2,该变压器为降压变压器。
反之则为升压变压器。
B.变压器的效率:
在额定功率时,变压器的输出功率各输入功率的比值,叫做变压器的效率,即:
η=P2/P1×100%,
式中η为变压器的效率;P1为输入功率,P2为输出功率。
当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时,效率η等于100%,变压器不产生任何损耗。
但实际上这种变压器是没有的。
变压器传输电能时总要产生损耗,这种损耗主要有铜损和铁损。
铜损:
是指变压器线圈电阻所引起的损耗。
当电流通过线圈电阻发热时,一部份电能就转换为热能而损耗。
由于线圈般都是带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损。
铁损:
变压器的铁损包括两个方面,一是磁滞损耗,当交流电流通过变压器时,通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随这变化,使得硅钢片内部分子相互摩擦,放出热能,从而损耗一部份电能,这便是磁滞损耗;二是涡流损耗,当变压器工作时,铁芯中有磁力线穿过,在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流,由于此电流自成闭合回路形成环流,且形成旋涡状,故称为涡流,涡流的存在使铁芯发热,消耗能量,这种损耗称为涡流损耗。
变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系,损耗就越小,效率就越高,反之功率越小,效率就越低。
三、变压器材料介绍:
1、线架(BOBBIN):
A、作用:
线架(BOBBIN)在变压器中起支撑线圈(COIL)的作用;
B、分类:
依据变压器的性质要求不同,按材料分为:
热塑性材料,热固性材料;
热塑性材料常用的有尼龙(NYLON),塑料(PET),塑料(PBT)三种,热固性材料常用有电木(PM);热塑性材料可回收,第一次为20%,第二次为15%,第三次为7%。
依据变压器的形状不同,又分为立式、卧式、子母式、抽屉式、单槽和多槽;
C、特性及用途:
a、电木(PM):
热固性材料,稳定性高,不易变形,耐温150℃,可承受370℃之高温。
表面光滑,易碎,不能回收。
用于耐温较高这变压器;
b、尼龙(NYLON):
热塑性材料,工程塑料,延展性好,不易碎,耐温115℃,易吸水,使用前先用80℃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;
c、塑料(PET):
热塑性材料,510系列,硬性高,易成形,不易变形。
耐用消费品温170℃,表面光滑,不易碎,一般用于绕线管;
d、塑料(PBT):
热塑性材料,较软,不易变形,不耐高温(160℃),表面不光滑,不易碎,一般用于绕线管。
2、铁芯(CORE):
A、作用:
基于铁材的高导磁性,使线圈大部份磁通量局限在铁芯里,因此组线圈可以获得相当高程度之磁耦合,从面提高变压器的工作效率;
B、铁芯(CORE)分类:
铁芯从用途上可分为:
高频和低频两种;
a、高频类:
铁粉芯(FERRITECORE),用于高频带变压器。
它是一种带朋尖晶石结晶状结构的陶磁体,此种尖晶石为氧化铁和其它二价的金属化合物。
如kFe2O4(k代表其它金属),目前常用的金属有锰(Mn)、锌(Zn)、镍(Ni)、镁(Mg)、铜(Cu);
其常用组合如锰锌(MnZn)系列、镍锌(NiZn)系列、镁锌(MgZn)系列。
此种材料具有高导磁率和阻抗性,其使用频率范围由1kHZ到超200kHZ;
其形状可分为:
EC、ETD、EE、EF、EI、EFD、EPC、EP、ET、FT、PQ、RM、UF、T、P、URS、UYF;
初始磁导率(ui):
初始磁导率是磁性材料的磁导率(B/H)在磁化曲线始端的极限值,即
ui=
1
lim
B
u0
H—0
H
u0:
为真空磁导率(4Л*10-7H/m)
H:
为磁场强度(A/m)
B:
为磁通密度(T)
有效磁导率(ue):
在闭合磁路中(漏磁忽略),可以用有效磁导率来表征磁芯的性能,即
ue=
L
。
1e
u0N2
Ae
L:
为装有磁芯的线圈的电感量(H)
N:
为线圈匝数
Le:
为有效磁路长度(m)
Ae:
为有效截面积(m2)
b、低频类:
硅钢片(LAMINATION),用于低频变压器。
深色表示为锻烧
常用的硅钢片材质有Z-11、H-18、H-50、H-14等,其中以Z-11硅钢片性能最好;硅钢片常用的厚度有0.35mm、0.5mm两种;按其制作工艺不同可分为:
A—锻烧(黑片),N—无锻烧(白片),通常表示方法:
EI-28Z110.35A
表示制作工艺为锻烧
表示厚度为0.35mm
表示材质为Z11
表示形状
其形状可分为:
EI、UI、C(CD、ED)、□;
EI型硅钢片较为常用,EI型又称为“壳”型或“日”型。
主要优点是初、次级线圈同用一个线架,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),硅钢片对线圈形成外壳保护,使绕组不易受到机械损伤;同时硅钢片散热面积较大,变压器磁场散发少,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型铁芯变压器所用的铜线较多;
C型铁芯性能优异,所制作变压器体积小、重量轻、效率高,装配零件少,通用性强,因此生产效率高,但是C型硅钢片加工工序较多,制作较复杂,需用专用设备制造,加工成本高;(CD型是由两个C型硅钢片组成,在截面积相同的条件下,窗口愈越高,其功率越大。
其铁芯两侧分别安装线圈,因此线圈匝数可平均分配在两个线圈上,从而使线圈的平均匝长较短,线圈的铜损较小;ED型是由原4个C型硅钢片组成,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型比CD型矮些,宽度大些,另外线圈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圈上,线圈较厚,故平均匝长较长,铜损较大;)
□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,同时磁路短,主要用于功率大于500-1000W和大功率变压器;
3、漆包线(WIRE):
A、漆包线的种类及用途:
名称
种类
耐热区分
用途
备注
油性树脂
漆包线
(E.W)
Type1
Type2
Type3
Type4
TypeA
(105℃)
因具有体积小的优点,普遍被使用于电话交换机、通讯机器的继电器COIL,照明器具、控制机器的COIL
UEW漆包线可着色;
0种线皮膜特厚
1种薄
2种较薄
3种更薄
4种最薄
聚乙烯醇缩甲醛漆包线
(P.V.F)
Type0
Type1
Type2
TypeA
(105℃)
机械特性优良,可用于电动机,汽车用电装置,一般回转机,马达、电扇及变压器等COIL
聚胺基甲酸脂
漆包线
(U.E.W)
Type1
Type2
Type3
TypeE
(120℃)
弱电机器用,物别适用于高波通信机械,中频、高频COIL
自融性聚胺脂
漆包线
(S.B.W)
Type0
Type1
Type2
TypeB
(130℃)
通信仪器、电气机器、电视偏转向、喇叭音响之COIL
聚脂瓷漆包线
(P.E.W)
Type0
Type1
Type2
TypeF
(155℃)
适用于要示热特性良好之电动机及变压器之COIL(高温)
聚胺基甲酸脂尼龙被覆漆包线
(UEW-NY)
Type1
Type2
TypeE
(120℃)
适用于耐磨性良好之高速绕线作业之机械
聚亚胺聚脂
漆包线
(E.I.W)
Type0
Type1
Type2
TypeH
(180℃)
适用于干式变压器、温度classF的替续器、电冰箱(冷气机)密封马达等COIL
聚亚胺醯胺
漆包线
(A.I.W)
Type1
Type2
Type3
TypeC
(>180℃)
适用于H级马达,变压器、替续器等之线圈
a、油性树脂漆包线(E.W):
是最早被普遍使用之漆包线,以天然树脂与干性油为主的油质为绝缘皮膜,依规定厚度烤烘成导体而成;
特性:
在漆包线中,体积最小,可使COIL轻巧化,节约使用材料降低成本;
耐水性优良,耐湿性佳,短期负热载性佳;
因耐溶性、耐油性差,故浸油时有选择溶剂的必要;
耐磨性比其它漆包线差,不适用于笨重的绕线作业;
b、聚乙烯醇缩甲醛漆包线(P.V.F):
是以合成树脂漆包线中最早开发的一种,以Polyvingformal树脂为主体,另附加硬化性树脂的油脂为绝缘皮膜烤漆于导体而成;
特性:
绝缘皮膜极为强;
耐药性(碱性除外),耐溶性优良;
机械强度可与P.E.W漆包线媲美;
力率、诱电率可以与U.E.W漆包线媲美;
c、聚胺基甲酸脂漆包线(U.E.W):
是以Polyurethane树脂为主体的油脂为绝缘皮膜,烤漆于导体而成。
其最大的特点为皮膜在300℃以上时,能于短时间内溶解,所以可不剥皮面作焊锡工作:
特性:
耐热性比合成树脂(P.V.F)漆包线优越;
因能不剥皮作焊锡工作,故可提高工作效率;
耐洒精系列溶剂比一般漆包线差稍许,但实用上无影响;
d、自融性聚胺脂漆包线(S.B.W):
融着性是在(U.E.W)漆包线上面再加一层热塑性皮膜;
特性:
具有(U.E.W)漆包线的全部特点;
可节省COIL真空含浸时间之加热干燥处理,提高工作效率,降低成本;
可与层间粘着,防止线间之滑落;
e、聚脂瓷漆包线(P.E.W):
是以耐热的TerephthalicPolyester树脂为主体的油脂为绝缘皮膜烤漆与导体而成:
特性:
耐热性比合成树脂(P.V.F)漆包线、(U.E.W)漆包线优越;
耐药性(碱性除外)、耐熔性优良;
机械强度可与合成树脂(P.V.F)媲美;
力率、诱电率可与(U.E.W)漆包线媲美;
耐碱性、耐湿性比合成树脂(P.V.F)漆包线优越;
f、聚亚胺聚脂漆包线(E.I.W):
涂料为Polyester-imide树脂作成,具有高热安定性高介质强度;
特性:
耐热冲击性良好;
耐磨性佳、柔软性好;
耐热性及耐化学药品性佳;
耐冷R-12及R-22;
g、聚亚胺醯胺漆包线(A.I.W):
涂料为Polyamide-imide树脂作成,有优的稳热性;
特性:
耐热性优;
耐磨性佳;
耐化学药品性佳;
耐冷R-12及R-22;
B、铜线(WIRE)其它常识:
a、2UEW耐温120℃,可以直接焊锡;而PEW耐温155℃、180℃,须脱皮后焊锡;
b、丝包线用于显示器,不耐潮;
c、绞线用于取代较长粗的单芯线:
换算公式:
股数*Ф线径*1.155(系数)=Ф线径
50cm至少25绞,绞数多则DCR值偏高;
4、套管(TUBE):
A、套管(TUBE)种类繁多,用途广泛,常用有铁弗龙(TEFLON)、硅质玻璃纤维套管、硅胶套管、UL热缩套管:
a、铁弗龙(TEFLON)套管:
高性能之聚四乙烯材料。
特性:
铁弗龙为塑料中耐温最高、最耐强酸、强碱、最抗粘、最滑溜耐磨之工程塑料材料,电气绝缘性能稳定、机械保护性能良好;
工作温度:
-80℃-280℃破坏温度:
300℃
工作电压:
150V-600V破坏电压:
10KV
阻燃等级:
UL224VW-1
适用于仪控、各类家电、通讯设备、计算器、各类化学、机械及电气/电子工业领域;
b、硅质玻璃纤维套管:
是以无碱性玻璃纤维纱编织成管,经特殊的一种树脂浸涂处理,再以适当之温度烘干而成;
特性:
耐燃、温、压、湿,在-50℃时仍能保持柔软,250℃亦不损电气特性,皮膜十分强韧;
工作温度:
-30℃-280℃破坏温度:
280℃
工作电压:
1200V-7000V破坏电压:
10KV
阻燃等级:
UL224VW-1
适用于H级绝缘电机、家用电器、灯饰、电热制品、电器设备等;
c、硅胶管:
高性能之硅橡胶环保材料;
特性:
耐火、自熄,抗剪穿性,耐磨性、酸性、水性、植物油、动物油佳,稍耐碳化氢油及汽油;
工作温度:
-60℃-250℃破坏温度:
280℃
工作电压:
4KV-10KV破坏电压:
12KV
阻燃等级:
UL224VW-1
适用于家用电器、灯饰、医疗器械及饮用品;
d、UL热缩套管:
QUANTAI线性高分子材料在高能射线作用下,能够形成三维网状结构;
特性:
具有优良的阻燃性、绝缘性,非常柔软有弹性,收缩温度低,收缩快等特性;
工作温度:
-45℃-175℃破坏温度:
200℃
工作电压:
600V-1000V破坏电压:
≥25KV/mm
阻燃等级:
VW-1/OFT体积电阴:
>1014Ω.cm
径向收缩率:
≥50%轴向收缩率:
≤5%
适用于电线连接、焊点保护、电线标志、金属防锈、电感器线绝缘保护;
5、胶带(TAPE):
A、胶带的基本结构:
分离层(ReleaseCoating)、带基/基材(Backing)、涂底料剂(PrimerCoating)、粘剂(Adhesive);
B、常用的胶带:
环氧胶带(epoxytape)、聚酸亚胺胶带(polyimidetape)、聚四氟乙烯胶带(PTFETape)、乙烯树脂胶带(vinyitape)、聚脂薄膜(polyesetertape)、强化纤维胶带(filamenttape)、合成物薄膜(compositetape)、玻璃布(classcloth)、乙醋酸布(acetatecloth)、纸带(paper);
C、各种胶带的特性及用途:
a、环氧胶带(epoxytape):
环氧胶带抗焊接、抗穿刺、质薄、绝缘强度高、成形性好,UL认可耐温程度达150℃及阻燃,这种结构的胶带功能广泛,有利于减轻库存成本,其HI-POT在5KV以上;
b、聚酸亚胺胶带(polyimidetape):
以聚酸亚胺为基带/基材的胶带适用于COIL、缠结的电线各电容器。
它能抵受极大的温差,保持其物理及电气性能不变,其热固硅的压敏胶粘剂提高聚酸亚胺胶带的稳定性。
其耐温度为180℃,HI-POT为7.5KV;
c、聚四氟乙烯胶带(PTFETape):
温差较大时使用仍可保持其性能不变,收缩程度低,抵御化学物质性能极低,抗电弧能力高、且不含碳化物质,其温度为80℃,HI-POT为9.5KV;
d、乙烯树脂胶带(vinyitape):
揉和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;其压敏橡胶粘接剂适用温差能力良好;此不褪色胶带能迅速辨认电流相位、导线、管导和安全地带;乙烯胶带提供主要电绝缘达600V之高,亦可用于高压电线电缆缠结各电视消磁COIL的封装操作,HI-POT大于8KV,最高可达12KV;
e、聚脂薄膜(polyesetertape):
适用于需要薄质、耐用和高介质/耐电压互强度材料时的绝缘用途。
它必须比醋酸脂薄膜胶带耐温度,聚脂薄膜胶带成形高、有极佳的抗化学品、抗化剂和防潮能力,并可抵受切割及磨损。
温度130℃,HI-POT5KV;
f、强化纤维胶带(filamenttape):
适用于需要聚脂薄膜高介电强度、高耐电压和玻璃布胶带的高机械强度的情报况。
它的延展强度低,韧度高和抗撕裂,在130℃或以下范围内使用这种胶带,比使用玻璃布达胶带的成本为低,它可用来固定引线及端子板,并可缠结COIL;
g、合成物薄膜(compositetape):
其结构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脂薄垫的软垫特性,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℃,HI-POT5.5KV;
h、玻璃布(classcloth):
用途最广泛且成形性佳,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℃以上,HI-POT3KV;
i、乙醋酸布(acetatecloth):
适用于COIL包封。
成形性高,能抵抗105℃这高温,乙醋酸布并能有效地吸收树脂各绝缘漆。
HI-POT3.5KV;
j、纸带(paper):
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成形性,用于COIL包封及105℃或以下温度范围,HI-POT2KV;
6、胶(EPOXY):
A、用途:
在变压器中,胶(EPOXY)主要用于接合、固定和灌注;
B、胶的储存与使用方法:
a、一般胶需放置于通风、阴凉,无阳光直接照射的地方,部分胶需冷藏储存(包装外会注明储存温度);
b、凡化工品都有使用期限,逾期化工品不宜使用,须准确掌握使用时间;
c、胶放置久未使用,会有沉淀现象(固体或结晶),取出使用前,应充分搅拌均匀或加温至25℃~35℃使之软化;
C、胶的种类:
(常用)
a、常用胶可分为
1、环氧树脂系EPOXYRESIN
2、硅铜系
3、厌氧系
4、热熔胶
b、按其组成不同可分为:
1、单剂型:
制造厂商将树脂与硬化剂调好,其化学变化过程较缓慢,通常需冷藏,使用后需加热使其固化;
2、双剂型:
树脂与硬化剂分开,可于室温下保存,使用将其二剂按正确比例混合,必须搅拌均匀,否则烘烤不干(无法固化),正确比例混合且经搅拌均匀之胶,通常在室温下即可硬化,故需视使用量调合,以免不必要浪费;
3、三剂型:
其类型与双剂型相同,但不常使用;
D、使用特征说明:
a、环氧树脂系:
1、联合钛得3606-1单组份(灰色),适用于电感、微电机、铁氧体等电器零件粘接,固化时间为:
130℃*60分钟,150℃*30分钟;
2、博成204A-S(透明)/204B-S(淡黄色/无色液态),混合比例A:
B=2:
1(重量比),通常用于各种硬质饰品表面披覆、各种电子元器件的灌封,本胶混合后必须搅拌均匀,常温下使用45分钟,否则太久会变稠至使用不便,如有气泡可放入抽真空机抽空后使用,固化时间为:
25℃*4-5小时,60℃*1-1.5小时;
3、博成116A(淡黄色)/116B(淡黄色),混合比例A:
B=100:
60-100(重量比),通常用于金属、陶瓷、木材、橡胶、与坚质塑胶等物体间的接着,特别适用于变压器的磁芯粘接、固定,本胶混合后必须搅拌均匀,常温下使用40-60分钟,固化时间为:
25℃*6-8小时,60℃*1.5小时;
4、力多5000A(颜色可调)/5000B(红褐色)/5000C(透明),混合比例A:
B:
C=100:
30:
30-40(重量比),适用于DC电容器、立式电感外包封,常温下使用8小时,固化时间为:
85-95℃*3小时,80℃*1小时+110℃*1小时;
b、厌氧胶:
1、厌氧胶大部份为单剂型液体,在有氧存在的环境下不会硬化,一旦氧气隔离,则可在室温下固化,当接着面是铁或铜金属时,会加速其反应,也可用催化剂加速固化;
四、工程图:
工程图内容包括:
线路图、外观尺寸图、剖面图、绕制说明、电气测试及使用材料清单;
线路图说明:
56
47
F138
F229
10
111
符号说明:
A、表示引出线到线轴的端子上
B、表示起绕点
C、表示不接PIN的出线,F1为英文FLYIN-LEAD的字头,意思为飞出来的引线,简称之为飞线
D、表示变压器的铁芯,其左边为初级,右边为次级
E、表示铜箔接地(公共引脚)
F、表示铜箔
G、表示外铜箔
H、表示套管
五、变压器制作流程:
A、高频变压器制作流程:
△领料
◇作业前工程文件确认
○线圈绕制○铜箔背胶
引线加绝缘套管○铜箔截切
N1线圈绕制○引线焊接
包绝缘胶带○引线加套管
包屏蔽铜箔
Nn线圈绕制
包绝缘胶带
○理线
○焊锡
○磁芯组装○磁芯研磨
○磁芯包胶固定
◇半成品电性能测试
电感值测试
漏电感测试
直流电阻测试
相位测试
圈数比测试
○包铜箔下胶带
○