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高低頻變壓器的種類及原理是什麽?

發布日期:2017-02-04 00:00 來源:http://www.k-ouah.com 點擊:

 高低頻變壓器的簡介

變壓器幾乎在所有的電子產品中都要用到,它原理簡單但根據不同的使用場合(不同的用途)變壓器的繞製工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有:電壓變換;阻抗變換;隔離;穩壓(磁飽和變壓器)等,變壓器常用的鐵芯形狀一般有E型和C型鐵芯。
  變壓器的最基本型式,包括兩組繞有導線之線圈,並且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流於其中之一組線圈時,於另一組線圈中將感應出具有相同頻率之交流電壓,而感應的電壓大小取決於兩線圈耦合及磁交鏈之程度。
  一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」(Primary coil);而跨於此線圈的電壓稱之為「一次電壓.」。在二次線圈的感應電壓可能大於或小於一次電壓,是由一次線圈與二次線圈問的「匝數比」所決定的。因此,變壓器區分為升壓與降壓變壓器兩種。
  大部份的變壓器均有固定的鐵芯,其上繞有一次與二次的線圈。基於鐵材的高導磁性,大部份磁通量局限在鐵芯裏,因此,兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中,線圈與鐵芯二者間緊密地結合,其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。因此,變壓器之匝數比,一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由於此項升壓與降壓的功能,使得變壓器已成為現代化電力係統之一重要附屬物,提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟,至於降壓變壓器,它使得電力運用方麵更加多元化,吾人可以如是說,倘無變壓器,則現代工業實無法達到目前發展的現況。
  電子變壓器除了體積較小外,在電力變壓器與電子變壓器二者之間,並沒有明確的分界線。一般提供60Hz電力網絡之電源均非常龐大,它可能是涵蓋有半個洲地區那般大的容量。電子裝置的電力限製,通常受限於整流、放大,與係統其它組件的能力,其中有些部份屬放大電力者,但如與電力係統發電能力相比較,它仍然歸屬於小電力之範圍。
  各種電子裝備常用到變壓器,理由是:提供各種電壓階層確保係統正常操作;提供係統中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗,但對直流則提供低的阻抗;在不同的電位下,維持或修飾波形與頻率響應。「阻抗」其中之一項重要概念,亦即電子學特性之一,其乃預設一種設備,即當電路組件阻抗係從一階層改變到另外的一個階層時,其間即使用到一種設備-變壓器。
  對於電子裝置而言,重量和空間通常是一項努力追求之目標,至於效率、安全性與可靠性,更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個係統裏占有顯著百分比的重量和空間外,另一方麵在可靠性方麵,它亦是衡量因子中之一要項。 因為上述與其它應用方麵的差別,使得電力變壓器並不適合應用於電子電路上.
編輯本段 變壓器技術參數
  對不同類型的變壓器都有相應的技述要求,可用相應的技述參數表示.如電源變壓器的主要技述參數有:額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調整率、絕緣性能和防潮性能,對於一般低頻變壓器的主要技述參數是:變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等.
  A.電壓比:
  變壓器兩組線圈圈數分別為N1和N2,N1為初級,N2為次級.在初級線圈上加一交流電壓,在次級線圈兩端就會產生感應電動勢.當N2>N1時,其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高,這種變壓器稱為升壓變壓器:當N2<N1時,其感應電動勢低於初級電壓,這種變壓器稱為降變壓器.初級次級電壓和線圈圈數間具有下列關係:
  式中n稱為電壓比(圈數比).當n<1時,則N1>N2,V1>V2,該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器.
  B.變壓器的效率:
  在額定功率時,變壓器的輸出功率和輸入功率的比值,叫做變壓器的效率,即
  η= x100%
  式中η為變壓器的效率;P1為輸入功率,P2為輸出功率.
  當變壓器的輸出功率P2等於輸入功率P1時,效率η等於100%,變壓器將不產生任何損耗.但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要產生損耗,這種損耗主要有銅損和鐵損.
  銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當電流通過線圈電阻發熱時,一部分電能就轉變為熱能而損耗.由於線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱為銅損.
  變壓器的鐵損包括兩個方麵.一是磁滯損耗,當交流電流通過變壓器時,通過變壓器矽鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化,使得矽鋼片內部分子相互摩擦,放出熱能,從而損耗了一部分電能,這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗,當變壓器工作時.鐵芯中有磁力線穿過,在與磁力線垂直的平麵上就會產生感應電流,由於此電流自成閉合回路形成環流,且成旋渦狀,故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發熱,消耗能量,這種損耗稱為渦流損耗.
  變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關係,通常功率越大,損耗與輸出功率就越小,效率也就越高.反之,功率越小,效率也就越低.
  C變壓器的功率
  變壓器鐵心磁通和施加的電壓有關。在電流中勵磁電流不會隨著負載的增加而增加。雖然負載增加鐵心不會飽和,將使線圈的電阻損耗增加,超過額定容量由於線圈產生的熱量不能及時的散出,線圈會損壞,假如你用的線圈是由超導材料組成,電流增大不會引起發熱,但變壓器內部還有漏磁引起的阻抗,但電流增大,輸出電壓會下降,電流越大,輸出電壓越低,所以變壓器輸出功率不可能是無限的。假如你又說了,變壓器沒有阻抗,那麽當變壓器流過電流時會產生特別大電動力,很容易使變壓器線圈損壞,雖然你有了一台功率無限的變壓器但不能用。隻能這樣說,隨著超導材料和鐵心材料的發展,相同體積或重量的變壓器輸出功率會增大,但不是無限大!
   變壓器的原理
  圖1是變壓器的原理簡體圖,當一個正弦交流電壓U1加在初級線圈兩端時,導線中就有交變電流I1並產生交變磁通ф1,它沿著鐵芯穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應出互感電勢U2,同時ф1也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1,E1的方向與所加電壓U1方向相反而幅度相近,從而限製了I1的大小。為了保持磁通ф1的存在就需要有一定的電能消耗,並且變壓器本身也有一定的損耗,盡管此時次級沒接負載,初級線圈中仍有一定的電流,這個電流樱花直播间稱為“空載電流”。
  如果次級接上負載,次級線圈就產生電流I2,並因此而產生磁通ф2,ф2的方向與ф1相反,起了互相抵消的作用,使鐵芯中總的磁通量有所減少,從而使初級自感電壓E1減少,其結果使I1增大,可見初級電流與次級負載有密切關係。當次級負載電流加大時I1增加,ф1也增加,並且ф1增加部分正好補充了被ф2所抵消的那部分磁通,以保持鐵芯裏總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗,可以認為一個理想的變壓器次級負載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據需要通過改變次級線圈的圈數而改變次級電壓,但是不能改變允許負載消耗的功率。
編輯本段 變壓器的損耗
  當變壓器的初級繞組通電後,線圈所產生的磁通在鐵芯流動,因為鐵芯本身也是導體,在垂直於磁力線的平麵上就會感應電勢,這個電勢在鐵芯的斷麵上形成閉合回路並產生電流,好像p一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加,並且使變壓器的鐵芯發熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗樱花直播间稱為“鐵損”。另外要繞製變壓器需要用大量的銅線,這些銅導線存在著電阻,電流流過時這電阻會消耗一定的功率,這部分損耗往往變成熱量而消耗,樱花直播平台稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產生的。
  由於變壓器存在著鐵損與銅損,所以它的輸出功率永遠小於輸入功率,為此樱花直播免费观看引入了一個效率的參數來對此進行描述,η=輸出功率/輸入功率。
編輯本段 變壓器的材料
  要繞製一個變壓器樱花直播间必須對與變壓器有關的材料要有一定的認識,為此這裏我就介紹一下這方麵的知識。
  1、鐵芯材料
  變壓器使用的鐵芯材料主要有鐵片、低矽片,高矽片,的鋼片中加入矽能降低鋼片的導電性,增加電阻率,它可減少渦流,使其損耗減少。樱花直播官网通常稱為加了矽的鋼片為矽鋼片,變壓器的質量所用的矽鋼片的質量有很大的關係,矽鋼片的質量通常用磁通密度B來表示,一般黑鐵片的B值為6000-8000、低矽片為9000-11000,高矽片為12000-16000,
  2、繞製變壓器通常用的材料
  漆包線,紗包線,絲包線,最常用的漆包線。對於導線的要求,是導電性能好,絕緣漆層有足夠耐熱性能,並且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下用QZ型號的高強度的聚脂漆包線。
  3、絕緣材料
  在繞製變壓器中,線圈框架層間的隔離、繞阻間的隔離,均要使用絕緣材料,一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板製作,層間可用聚脂薄膜或電話紙作隔離,繞阻間可用黃臘布作隔離。
  4、浸漬材料
  變壓器繞製好後,還要過一道工序,就是浸漬絕緣漆,它能增強變壓器的機械強度、提高絕緣性能、延長使用壽命,一般情況下,可采用甲酚清漆作為浸漬材料。
  常用變壓器的種類及特點
  一般常用變壓器的分類可歸納如下:
  (1)按相數分:
  (1)單相變壓器:用於單相負荷和三相變壓器組。
  (2)三相變壓器:用於三相係統的升、降電壓。
  (2)按冷卻方式分:
  (1)幹式變壓器:依靠空氣對流進行冷卻,一般用於局部照明、電子線路等小容量變壓器。
  (2)油浸式變壓器:依靠油作冷卻介質、如油浸自冷、油浸風冷、油浸水冷、強迫油循環等。
  (3)按用途分:
  (1)電力變壓器:用於輸配電係統的升、降電壓。
  (2)儀用變壓器:如電壓互感器、電流互感器、用於測量儀表和繼電保護裝置。
  (3)試驗變壓器:能產生高壓,對電氣設備進行高壓試驗。
  (4)特種變壓器:如電爐變壓器、整流變壓器、調整變壓器等。
  (4)按繞組形式分:
  (1)雙繞組變壓器:用於連接電力係統中的兩個電壓等級。
  (2)三繞組變壓器:一般用於電力係統區域變電站中,連接三個電壓等級。
  (3)自耦變電器:用於連接不同電壓的電力係統。也可做為普通的升壓或降後變壓器用。
  (5)按鐵芯形式分:
  (1)芯式變壓器:用於高壓的電力變壓器。
  (2)殼式變壓器:用於大電流的特殊變壓器,如電爐變壓器、電焊變壓器;或用於電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。
編輯本段 變壓器的比較
  一、變壓器的製作中,線圈的機器繞製和手工繞製各有什麽優缺點?
  機器繞製變壓器的優點是效率高且外觀成形漂亮,但繞製高個子小洞眼的環型變壓器卻比較麻煩,而且在絕緣處理工藝的可靠性方麵反不如手工繞製到位。手工繞製可以將變壓器的漏磁做得非常小,其在繞製過程中能針對線圈匝數的布局隨時予以調整,所以真正的Hi–END變壓器一定是純手工繞製,純手工繞製的缺點是效率低、速度慢。
  二、環型、EI型、R型、C型幾種電源變壓器哪一種好?
  它們各有其優缺點而不存在誰好之說,所以嚴格來講哪一種變壓器都可以做得好。從結構上來講,環型能夠做到漏磁最小,但聲音聽感方麵EI型則可以把中頻密度感做得更好一些。單就磁飽和而言,EI型要比環型強,但在效率上則環型又優於EI型。盡管如此,其問題的關鍵還是在於你能不能揚長避短而將它們各自的優點充分發揮出來,而這才是做好變壓器的最根本。
  目前的進口放大器中,環型變壓器的應用仍然是主流,這基本說明了一個問題。發燒友對變壓器的評價要客觀公正,你不能拿一個沒做好的東西作參考而說它不好。有人說環型變壓器容易磁飽和,那你為什麽不去想辦法把它做到不容易磁飽和?而原本通過技術手段是可以做到這一點的。不下足功夫或者一味地為了省成本,那它當然就容易磁飽和了。同理,隻要你認真製作,EI型變壓器的效率也是能做到很高的。
  變壓器的品質好壞對聲音的影響很大,因為變壓器的傳輸能量與鐵芯、線圈密切關聯,其傳遞速率對聲音的影響起決定性作用。像EI型變壓器,人們通常覺得它的中頻比較厚,高頻則比較纖細,為什麽呢?因為它的傳輸速度相對比較慢。而環型呢?低頻比較猛,中高頻則又稍弱一點,為什麽?因為它傳輸速度比較快,但是如果通過有效的結構改變,你就可以把環型和EI型都做得非常完美,所以關鍵還是要看你怎麽做。
  不過至少可以肯定一點的是,R型變壓器不是太容易做好。用它來做小電流的前級功放和CD唱機電源還可以,如果用來做後級功放的電源,則有比較嚴重的缺陷。因為R型變壓器本身的結構形式不太容易改變,而環型和EI型則相對容易通過改變結構來達到靚聲目的。采用R型變壓器製作的功率放大器電源,通常聲音很板結而匱乏靈氣,低頻往往沒有彈跳力而顯得較硬。
  三、變壓器鐵芯的矽鋼片含矽量越大就越好嗎?
  未見得,矽鋼片含矽量的大小對變壓器的質量影響不是很大,而有取向和無取向則和鐵芯的型號有關係。其次,即使是同樣型號的鐵芯如果你工藝處理不好,那品質差別也是很大的,其差別有時甚至高達百分之四五十。
  好的鐵芯而同樣的材料其熱處理和線卷繞製工藝十分關鍵,良好的熱處理隻需很小的10mA激磁電流就能達到15000高斯,而不好的熱處理則可能要50mA的激磁電流才能達到相應的15000高斯,這二者之間的懸殊差別是很大的。從專業的角度來判斷鐵芯的好與不好,主要是通過激磁電流、鐵損耗、飽和參數幾項指標來進行綜合性評價。
  四、環型變壓器的帶式矽鋼片若采用了拚接工藝,是不是就意味著品質肯定不好?
  還不能一概而論,但是拚接的斷位頭不易太多,因為多一個斷位就多了一個漏磁點,所以接頭點不要超過2–3個。製作工藝上凡斷頭拚接均要予先經過酸洗處理,但製造高檔音響器材的環型變壓器,嚴格來講還是采用無拚接的矽鋼片為較好,其工藝質量會更有保障。
  五、變壓器中的矽鋼片材料有什麽講究?
  由於矽鋼在交變磁場中的損耗很小,所以變壓器主要都是采用矽鋼片來作磁性材料。矽鋼片可分為熱軋和冷軋兩類,冷軋矽鋼帶由於具有較高的導磁係數和較低的損耗,因此用來製作變壓器具有體積小、重量輕、效率高的優勢。熱軋矽鋼帶的性能則略遜色於冷軋矽鋼帶。
  普通的EI型變壓器是將矽鋼板衝製成0.35–0.5mm厚的E型和I型片子,經過熱處理後再插入繞組線包內,這類鐵芯以使用熱軋矽鋼片居多(含矽量很高的優質矽鋼片型號為D41、D42、D43、D301)。環型和C型變壓器的鐵芯則是采用冷軋矽鋼帶經卷繞而成形,其中C型變壓器係經熱處理浸漆後再切開製成。
  變壓器的漏電感是由未穿過初、次級線圈的磁通產生的,這些磁通穿過空氣而自成閉合磁路。增強變壓器變壓器初、次級間的耦合密度可以減小漏感。良好的變壓器其漏感應不超過初級線圈電感的1/100,高保真Hi–Fi用的膽機輸出變壓器則不應超過1/500。
  判斷音響用變壓器矽鋼片質量高低的重要參數之一是矽鋼片的磁力線密度。常用的幾種優質矽鋼片型號如下∶D41–D42,磁力線密度(單位–GS高斯)10000–12000GS;D43,磁力線密度11000–12000GS;D301,磁力線密度12000–14000GS。

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