变压器几乎在所有的电子产品中都要用到，它原理简单但根据不同的使用场合（不同的用途）变压器的绕制工艺会有所不同的要求。变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁芯形状一般有E型和C型铁芯。
变压器的最基本型式，包括两组绕有导线之线圈，并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时，于另一组线圈中将感应出具有相同频率之交流电压，而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链之程度。
一般指连接交流电源的线圈称之为「一次线圈」(Primamarycoil);而跨于此线圈的电压称之为「一次电压.」。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压，是由一次线圈与二次线圈问的「匝数比」所决定的。因此，变压器区分为升压与降压变压器两种。
大部份的变压器均有固定的铁芯，其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性，大部份磁通量局限在铁芯里，因此，两组线圈藉此可以获得相当高程度之磁耦合。在一些变压器中，线圈与铁芯二者间紧密地结合，其一次与二次电压的比值几乎与二者之线圈匝数比相同。因此，变压器之匝数比，一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能，使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附屑物，提升输电电压使得长途输送电力更为经济，至于降压变压器，它使得电力运用方面更加多元化，吾人可以如是说，倘无变压器，则现代工业实无法达到目前发展的现况。
电子变压器除了体积较小外，在电力变压器与电子变压器二者之间，并没有明确的分界线。一般提供60Hz电力网络之电源均非常庞大，它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制，通常受限于整流、放大，与系统其它组件的能力，其中有些部份属放大电力者，但如与电力系统发电能力相比较，它仍然归属于小电力之范围。
各种电子装备常用到变压器，理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流则提供低的阻抗;在不同的电位下，维持或修饰波形与频率响应。「阻抗」其中之一项重要概念，亦即电子学特性之一，其乃预设一种设备，即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时，其间即使用到一种设备-变压器。
对于电子装置而言，重量和空间通常是一项努力追求之目标，至于效率、安全性与可靠性，更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显著百分比的重量和空间外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因子中之一要项。因为上述与其它应用方面的差别，使得电力变压器并不适合应用于电子电路上.
变压器技术参数
对不同类型的变压器都有相应的技述要求，可用相应的技述参数表示.如电源变压器的主要技述参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技述参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等. A.电压比：
变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级.在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势.当N2>N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2 B.变压器的效率： 在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即 η=x100% 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%，变压器将不产生任何损耗.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，一部分电能就转变为热能而损耗.由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损. 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之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗.另一是涡流损耗，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，通常功率越大，损耗与输出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低. 变压器的原理 图1是变压器的原理简体图，当一个正弦交流电压U1加在初级线圈两端时，导线中就有交变电流I1并产生交变磁通ф1，它沿着铁芯穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，同时ф1也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度 相近，从而限制了I1的大小。为了保持磁通ф1的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的电流，这个电流我们称为“空载电流”。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流I2，并因此而产生磁通ф2，ф2的方向与ф1相反，起了互相抵消的作用，使铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使I1增大，可见初级电流与次级负载有密切关系。当次级负载电流加大时I1增加，ф1也增加，并且ф1增加部分正好补充了被ф2所抵消的那部分磁通，以保持铁芯里总磁通量不变。如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，但是不能改变允许负载消耗的功率。 变压器的损耗 当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流，好像p一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损，所以它的输出功率永远小于输入功率，为此我们引入了一个效率的参数来对此进行描述，η=输出功率/输入功率。 变压器的材料 要绕制一个变压器我们必须对与变压器有关的材料要有一定的认识，为此这里我就介绍一下这方面的知识。 1、铁芯材料 变压器使用的铁芯材料主要有铁片、低硅片，高硅片，的钢片中加入硅能降低钢片的导电性，增加电阻率，它可减少涡流，使其损耗减少。我们通常称为加了硅的钢片为硅钢片，变压器的质量所用的硅钢片的质量有很大的关系，硅钢片的质量通常用磁通密度B来表示，一般黑铁片的B值为6000-8000、低硅片为9000-11000，高硅片为12000-16000， 2、绕制变压器通常用的材料 漆包线，纱包线，丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最好用QZ型号的高强度的聚脂漆包线。 3、绝缘材料 在绕制变压器中，线圈框架层间的隔离、绕阻间的隔离，均要使用绝缘材料，一般的变压器框架材料可用酚醛纸板制作，层间可用聚脂薄膜或电话纸作隔离，绕阻间可用黄腊布作隔离。 4、浸渍材料 变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍材料。 常用变压器的种类及特点 一般常用变压器的分类可归纳如下： (1)按相数分： (1)单相变压器：用于单相负荷和三相变压器组。 (2)三相变压器：用于三相系统的升、降电压。 (2)按冷却方式分： (1)干式变压器：依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器。 (2)油浸式变压器：依靠油作冷却介质、如油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环等。 (3)按用途分： (1)电力变压器：用于输配电系统的升、降电压。 (2)仪用变压器：如电压互感器、电流互感器、用于测量仪表和继电保护装置。 (3)试验变压器：能产生高压，对电气设备进行高压试验。 (4)特种变压器：如电炉变压器、整流变压器、调整变压器等。 (4)按绕组形式分： (1)双绕组变压器：用于连接电力系统中的两个电压等级。 (2)三绕组变压器：一般用于电力系统区域变电站中，连接三个电压等级。 (3)自耦变电器：用于连接不同电压的电力系统。也可做为普通的升压或降后变压器用。 (5)按铁芯形式分： (1)芯式变压器：用于高压的电力变压器。 (2)壳式变压器：用于大电流的特殊变压器，如电炉变压器、电焊变压器；或用于电子仪器及电视、收音机等的电源变压器。 变压器的比较 一、变压器的制作中，线圈的机器绕制和手工绕制各有什么优缺点? 机器绕制变压器的优点是效率高且外观成形漂亮，但绕制高个子小洞眼的环型变压器却比较麻烦，而且在绝缘处理工艺的可靠性方面反不如手工绕制到位。手工绕制可以将变压器的漏磁做得非常小，其在绕 制过程中能针对线圈匝数的布局随时予以调整，所以真正的Hi–END变压器一定是纯手工绕制，纯手工绕制的唯一缺点是效率低、速度慢。 二、环型、EI型、R型、C型几种电源变压器哪一种最好? R型 EI型 环型 它们各有其优缺点而不存在谁最好之说，所以严格来讲哪一种变压器都可以做得最好。从结构上来讲，环型能够做到漏磁最小，但声音听感方面EI型则可以把中频密度感做得更好一些。单就磁饱和而言，EI型要比环型强，但在效率上则环型又优于EI型。尽管如此，其问题的关键还是在于你能不能扬长避短而将它们各自的优点充分发挥出来，而这才是做好变压器的最根本。 目前的进口放大器中，环型变压器的应用仍然是主流，这基本说明了一个问题。发烧友对变压器的评价要客观公正，你不能拿一个没做好的东西作参考而说它不好。有人说环型变压器容易磁饱和，那你为什么不去想办法把它做到不容易磁饱和?而原本通过技术手段是可以做到这一点的。不下足功夫或者一味地为了省成本，那它当然就容易磁饱和了。同理，只要你认真制作，EI型变压器的效率也是能做到很高的。 变压器的品质好坏对声音的影响很大，因为变压器的传输能量与铁芯、线圈密切关联，其传递速率对声音的影响起决定性作用。像EI型变压器，人们通常觉得它的中频比较厚，高频则比较纤细，为什么呢?因为它的传输速度相对比较慢。而环型呢?低频比较猛，中高频则又稍弱一点，为什么?因为它传输速度比较快，但是如果通过有效的结构改变，你就可以把环型和EI型都做得非常完美，所以关键还是要看你怎么做。 不过至少可以肯定一点的是，R型变压器不是太容易做好。用它来做小电流的前级功放和CD唱机电源还可以，如果用来做后级功放的电源，则有比较严重的缺陷。因为R型变压器本身的结构形式不太容易改变，而环型和EI型则相对容易通过改变结构来达到靓声目的。采用R型变压器制作的功率放大器电源，通常声音很板结而匮乏灵气，低频往往没有弹跳力而显得较硬。 三、变压器铁芯的硅钢片含硅量越大就越好吗? 未见得，矽钢片含硅量的大小对变压器的质量影响不是很大，而有取向和无取向则和铁芯的型号有关系。其次，即使是同样型号的铁芯如果你工艺处理不好，那品质差别也是很大的，其差别有时甚至高达百分之四五十。 好的铁芯而同样的材料其热处理和线卷绕制工艺十分关键，良好的热处理只需很小的10mA激磁电流就能达到15000高斯，而不好的热处理则可能要50mA的激磁电流才能达到相应的15000高斯，这二者之间的悬殊差别是很大的。从职业的角度来判断铁芯的好与不好，主要是通过激磁电流、铁损耗、饱和参数几项指标来进行综合性评价。 四、环型变压器的带式硅钢片若采用了拼接工艺，是不是就意味着品质肯定不好? 还不能一概而论，但是拼接的断位头不易太多，因为多一个断位就多了一个漏磁点，所以接头点最好不要超过2–3个。制作工艺上凡断头拼接均要予先经过酸洗处理，但制造高档音响器材的环型变压器，严格来讲还是采用无拼接的矽钢片为最好，其工艺质量会更有保障。 五、变压器中的硅钢片材料有什么讲究? 由于硅钢在交变磁场中的损耗很小，所以变压器主要都是采用硅钢片来作磁性材料。硅钢片可分为热轧和冷轧两类，冷轧硅钢带由于具有较高的导磁系数和较低的损耗，因此用来制作变压器具有体积小、重量轻、效率高的优势。热轧硅钢带的性能则略逊色于冷轧硅钢带。 普通的EI型变压器是将硅钢板冲制成0.35–0.5mm厚的E型和I型片子，经过热处理后再插入绕组线包内，这类铁芯以使用热轧硅钢片居多(含硅量很高的优质硅钢片型号为D41、D42、D43、D301)。环型和C型变压器的铁芯则是采用冷轧硅钢带经卷绕而成形，其中C型变压器系经热处理浸漆后再切开制成。 变压器的漏电感是由未穿过初、次级线圈的磁通产生的，这些磁通穿过空气而自成闭合磁路。增强变压器变压器初、次级间的耦合密度可以减小漏感。良好的变压器其漏感应不超过初级线圈电感的1/100，高保真Hi–Fi用的胆机输出变压器则不应超过1/500。 判断音响用变压器硅钢片质量高低的重要参数之一是硅钢片的最大磁力线密度。常用的几种优质硅钢片型号如下∶D41–D42，最大磁力线密度(单位–GS高斯)10000–12000GS;D43，最大磁力线密度11000–12000GS;D301，最大磁力线密度12000–14000GS。 变压器的检测 一、中周变压器的检测： A、将万用表拨至R×1挡，按照中周变压器的各绕组引脚排列规律，逐一检查各绕组的通断情况，进而判断其是否正常。 B、检测绝缘性能：将万用表置于R×10k挡，做如下几种状态测试： (1)初级绕组与次级绕组之间的电阻值； (2)初级绕组与外壳之间的电阻值； (3)次级绕组与外壳之间的电阻值。 上述测试结果分出现三种情况： (1)阻值为无穷大：正常； (2)阻值为零：有短路性故障； (3)阻值小于无穷大，但大于零：有漏电性故障。 二、电源变压器的检测： A、通过观察变压器的外貌来检查其是否有明显异常现象。如线圈引线是否断裂，脱焊，绝缘材料是否有烧焦痕迹，铁芯紧固螺杆是否有松动，硅钢片有无锈蚀，绕组线圈是否有外露等。 B、绝缘性测试。用万用表R×10k挡分别测量铁芯与初级，初级与各次级、铁芯与各次级、静电屏蔽层与衩次级、次级各绕组间的电阻值，万用表指针均应指在无穷大位置不动。否则，说明变压器绝缘性能不良。 C、线圈通断的检测。将万用表置于R×1挡，测试中，若某个绕组的电阻值为无穷大，则说明此绕组有断路性故障。 D、判别初、次级线圈。电源变压器初级引脚和次级引脚一般都是分别从两侧引出的，并且初级绕组多标有220V字样，次级绕组则标出额定电压值，如15V、24V、35V等。再根据这些标记进行识别。 E、空载电流的检测。 (1)直接测量法。将次级所有绕组全部开路，把万用表置于交流电流挡(500mA，串入初级绕组。当初级绕组的插头插入220V交流市电时，万用表所指示的便是空载电流值。此值不应大于变压器满载电流的10％～20％。一般常见电子设备电源变压器的正常空载电流应在100mA左右。如果超出太多，则说明变压器有短路性故障。 (2)间接测量法。在变压器的初级绕组中串联一个10/5W的电阻，次级仍全部空载。把万用表拨至交流电压挡。加电后，用两表笔测出电阻R两端的电压降U，然后用欧姆定律算出空载电流I空，即I空=U/R。 F、空载电压的检测。将电源变压器的初级接220V市电，用万用表交流电压接依次测出各绕组的空载电压值(U21、U22、U23、U24)应符合要求值，允许误差范围一般为：高压绕组≤±10％，低压绕组≤±5％，带中心抽头的两组对称绕组的电压差应≤±2％。 G、一般小功率电源变压器允许温升为40℃～50℃，如果所用绝缘材料质量较好，允许温升还可提高。 H、检测判别各绕组的同名端。在使用电源变压器时，有时为了得到所需的次级电压，可将两个或多个次级绕组串联起来使用。采用串联法使用电源变压器时，参加串联的各绕组的同名端必须正确连接，不能搞错。否则，变压器不能正常工作。I.电源变压器短路性故障的综合检测判别。电源变压器发生短路性故障后的主要症状是发热严重和次级绕组输出电压失常。通常，线圈内部匝间短路点越多，短路电流就越大，而变压器发热就越严重。检测判断电源变压器是否有短路性故障的简单方法是测量空载电流(测试方法前面已经介绍)。存在短路故障的变压器，其空载电流值将远大于满载电流的10％。当短路严重时，变压器在 空载加电后几十秒钟之内便会迅速发热，用手触摸铁芯会有烫手的感觉。此时不用测量空载电流便可断定变压器有短路点存在。 国内四大变压器制造厂商为：沈阳变压器厂（2004年被特变电工股份有限公司兼并），西安变压器厂，保定变压器厂，特变电工股份有限公司，国外有名的公司有西门子，ABB等。 变压器磁屏蔽 人造卫星远离地面几千至几万千米，为了使各种资料正确无误发回地球，应避免卫星上的各种仪器间的相互干扰和宇宙磁场的影响；在电信技术中，有些通信设备的线圈会产生互感；各种精密仪器仪表，为保持精确，必须避免杂散磁场和地磁场的影响，这一切必须用到磁屏蔽。怎样进行磁屏蔽？可以先做一个简单实验研究一下。 拿1块铜板（或1张厚纸板）放在1块永久磁铁下面一定距离处，桌上放一根铁针，使永久磁铁和铜板（或厚纸板）一起慢慢往下移动，当永久磁铁离桌面一定高度时，铁针就被吸到铜板（或厚纸板）上，记下这个高度。 将铜板换成铁板，重复上述实验，这时永久磁铁必须放得离铁针更近时才能把铁针吸到铁板上，这表明铁板挡住了一部分磁感线。如果用的是纯铁板，永久磁铁必须放得更近才能吸起铁针。这表明纯铁板挡住了更多的磁感线。 如用唇铁罩把永久磁铁完全包围起来，互相不接触，即使铁针再靠近一些纯铁罩，也不能被吸起来。这是因为铜板或厚纸板是非磁性材料，磁感线可以毫无阻挡地穿过它们，所以铁针很容易吸起来。铁板是磁性材料，它的磁导率较大，有良好的导磁作用，凡进入铁板的磁感线大部分集中在铁板里了。将纯铁做成屏蔽罩，把永久磁铁封闭起来，永久磁铁的磁感线绝大部分都集中在纯铁屏蔽罩内。屏蔽罩约厚，屏蔽效果越好。如果永久磁铁或其他能够产生磁场的物体置于纯铁屏蔽罩外面，则罩外的磁感线也基本上不能进入罩内，对于罩内的物体同样可以免受罩外磁场的影响，从而达到了屏蔽目的。 对于高频交变磁场，情况就迥然不同了。铜和铝等导电性能良好的金属反而是理想的磁屏蔽材料。铜罩之所以能够屏蔽高频交变磁场，其原因在于高频交变磁场能在铜罩上引起很大的涡流，由于涡流的去磁作用，铜罩处的磁场大大减弱，以致罩内的高频交变磁场不能穿出罩外。同样道理，罩外的高频交变磁场也不能穿入罩内，从而达到磁屏蔽的目的。通常金属的电阻率越小，引起的涡流越大，用这种金属做成的屏蔽罩屏蔽效果约好。铁等磁性材料的电阻率一般都教大，引起的涡流就小，去磁作用就小；另一方面，磁性材料的高频功率损耗大，屏蔽效果差，因此屏蔽高频交变磁场时不采用磁性材料。 屏蔽的原理是相同的。但是在高频情况下，目前还没有导磁率很高的材料用于屏蔽。在低频状态下磁导率很高的材料，到了高频状态，磁导率就变得很低了。即使专用的高频铁氧体，也很难超过100，与低频下硅钢片或者纯铁数千上万的磁导率相比差的很多，不能有效地聚集磁场。同时，这些材料都是一次性 成型材料，烧制完成以后不能二次加工以适应不同的需要。因此，才不得不使用涡流损耗、反电动势产生反向磁场的方式来实现屏蔽。而产生涡流最好的材料，就是如纯铜、纯铝等低电阻率的材料。 环形变压器及其应用 摘要：介绍了环形变压器的特性和优点，阐明了应用中要注意的事项，通过实例介绍了环形变压器的设计计算方法。 关键词：变压器；环形变压器；设计 1 引言 环形变压器是电子变压器的一大类型，已广泛应用于家电设备和其它技术要求较高的电子设备中，它的主要用途是作为电源变压器和隔离变压器。环形变压器在国外已有完整的系列，广泛应用于计算机、医疗设备、电讯、仪器和灯光照明等方面。 环形变压器由于有优良的性能价格比，有良好的输出特性和抗干扰能力，因而它是一种有竞争力的电子变压器，本文拟就它的特点作一介绍。 2 环形变压器的特点 环形变压器的铁心是用优质冷轧硅钢片（片厚一般为0.35mm以下），无缝地卷制而成，这就使得它的铁心性能优于传统的叠片式铁心。环形变压器的线圈均匀地绕在铁心上，线圈产生的磁力线方向与铁心磁路几乎完全重合，与叠片式相比激磁能量和铁心损耗将减小25％，由此带来了下述一系列的优点。 1）电效率高铁心无气隙，叠装系数可高达95％以上，铁心磁导率可取1.5～1.8T（叠片式铁心只能取1.2～1.4T），电效率高达95％以上，空载电流只有叠片式的10％。 2）外形尺寸小，重量轻环形变压器比叠片式变压器重量可以减轻一半，只要保持铁心截面积相等，环形变压器容易改变铁心的长、宽、高比例，可以设计出符合要求的外形尺寸。 3）磁干扰较小环形变压器铁心没有气隙，绕组均匀地绕在环形的铁心上，这种结构导致了漏磁小，电磁辐射也小，无需另加屏蔽都可以用到高灵敏度的电子设备上，例如应用在低电平放大器和医疗设备上。 4）振动噪声较小铁心没有气隙能减少铁心感应振动的噪音，绕组均匀紧紧包住环形铁心，有效地减小磁致伸缩引起的“嗡嗡”声。 图1环形变压器外形图 5）运行温度低由于铁损可以做到1.1W/kg，铁损很小，铁心温升低，绕组在温度较低的铁心上散热情况良好，所以变压器温升低。 6）容易安装环形变压器只有中心一个安装螺杆，特别容易在电子设备中进行快速安装与拆卸。 3 环形变压器的分类 根据国外文献介绍，环形变压器可分为标准型、经济型及隔离型等三类，各类的特点是 1）标准型电源变压器产品系列容量8～1500VA，有较小的电压调整率、满载运行温升仅为40℃，允许短时超载运行，适合于要求高的使用场合。 初次级绕组间采用B级（130℃）的聚酯薄膜绝缘，要求至少包三层绝缘带，能经受交流4000V，1min的耐压试验。 2）经济型电源变压器产品系列容量50～1500VA，在保证性能的基础上力求降低造价，适用于连续运行而不超载的使用场合，运行温升为60℃，绝缘材料等级为A级（105℃），当满负载时输出电压误差小于3％。 3）隔离变压器产品系列容量50～1000VA，又可分为工业用和医疗设备用两系列。隔离变压器着重是它的绝缘性能，初级与次级间用B级绝缘的聚酯薄膜至少包扎4层，击穿电压大于4000V，所有初级引线必须采用双绝缘导线。变压器最大温升低于45℃。 医疗用的隔离变压器除符合上述的要求外，还要符合UL544标准，即初级和次级绕组应具有热保护，绕组与接地铜屏蔽间隔距离应大于13mm。 此外对医疗用的隔离变压器还要求在初级绕组装有温度保护开关，当铁心温度达到120℃时，温度保护开关断开，当温度恢复正常时，开关自动复位合上。 4 环形变压器应用中应注意的问题 4．1 变压器的功率容量 变压器的功率容量是决定铁心尺寸的主要依据。在很多场合变压器的负载是间歇性的，例如音响设备中的电源变压器。这时变压器的体积和重量较连续工作时要减少很多，如图2所示负载A段对整个B段而言是较小的一段，这时变压器的工作周期比其热时间常数要短很多，可用式（1）计算变压器的额定功率。PN=PL(VA)（1） 式中：PN——变压器额定功率（VA）； PL——变压器负载功率（VA）； A——接通负载时间； B——变压器工作周期。 4．2 电压调整率 电压调整率是衡量变压器负载特性的重要指标。电压调整率是指当输入电压不变，负载电流从零升到额定值时，输出电压U2的相对变化值，通常以百分数表示，如式（2）所示： ΔU=×100％（2） 式中：ΔU——电压调整率； U20——空载输出电压（V）； U2——变压器额定负载时的输出电压（V）。 图2 变压器断续负载情况 图3 环形变压器电压调整率与输出功率的关系曲线 图4 环形变压器效率与负载率的关系曲线 图5 自耦变压器电路图 图6 环形变压器的温升与负载率的关系曲线 4．3 环形变压器效率 由于变压器有铁损和铜损，输出功率PO总是小于输入功率Pi。 4．4 自耦变压器 当只要求升压或降压，而不要求初级与次级绕组隔离的情况下，使用自耦变压器是合适的。自耦变压器具有体积小，成本低、传输功率大等优点，用环形铁心绕制自耦变压器因初次级绕组不需绝缘，加工十分方便，体积、重量更小，造价更低。 要注意的是自耦变压器初、次级绕组的公共端（COM）要接零线，这样才安全。 自耦变压器电路如图5所示，它的额定功率PAH按式（4）计算。 PAH=PAO(UH－UL)/UH(VA)（4） 式中：PAO——自耦变压器输出功率（VA）； UH——高电压绕组电压（V）； UL——低电压绕组电压（V）。 4．5 温升问题 环形变压器的温升特性曲线示于图6，从图6可看出环形变压器的温升是较低的，对标准型系列，即便是过载120％，温升也不超过70℃。 变压器的温升是由铁损和铜损两部分决定的，对叠片式变压器，这两部分基本相等，但环形变压器由于采用优质冷轧硅钢片绕制，并配合良好的退火工艺，其铁心损耗仅为全部损耗的（10～20）％，所以温升主要由绕组铜耗决定，合理的设计是初、次级绕组的功耗应基本平衡。 温升也与散热面积关系很大，由于环形变压器铁心温升低，绕组在整个铁心上均匀绕制，散热面积和散热条件都比较好，因此能获得较低的温升。 4．6 合闸电流 一般变压器在合闸时都会产生很大的合闸冲击电流，而环形变压器由于没有气隙和具有高磁导率则会造成更大的合闸电流。300VA以下的环形变压器可以用一般熔断器作保护，但为了防止合闸电流烧断熔断器，选择熔断器的电流应比变压器初级电流大8～10倍。300VA以上的环形变压器要考虑使用慢速熔断器或温度熔断器作保护，有时为了降低该冲击电流可以将变压器磁通密度B值取低些。 4．7 变压器与整流电路 大多数作电源用的环形变压器都与整流电路相连，现将最常用的整流电路和变压器次级电压U2、次电流I2与直流电压Ud直流电流Id的关系列在表3中，供设计时参考。 表3整流电路与变压器参数电路名称电路图变压器次级电压U2/V变压器次级电流I2/A 双整流电路0.8(Ud＋2)1.8Id 桥式整流电路0.8(Ud＋2)1.8Id 全波中心抽头1.7(Ud＋1)1.2Id 5 环形变压器的设计计算 通过设计一台50Hz石英灯用的电源变压器，其初级电压U1=220V，次级电压U2=11.8V，次级电流I2=16.7A，电压调整率ΔU≤7％，来说明计算的方法和步骤。 1）计算变压器次级功率P2 P2=I2U2=16.7×11.8=197VA(5) 2）计算变压器输入功率P1（设变压器效率η=0.95）与输入电流I1P1===207VA(6)I1===0.94A 3）计算铁心截面积SS=K(cm2)(7) 式中：K——系数与变压器功率有关，K=0.6～0.8，取K=0.75； PO——变压器平均功率，Po===202VA。则S=0.75=10.66cm2，取S=11cm2。 根据现有铁心规格选用铁芯尺寸为：高H=40mm，内径Dno=55mm，外径Dwo=110mm。核算所选用的铁心的截面积S=H=×40×10－2=11cm2 4）计算初级绕组每伏匝数N10与匝数N1N10=（匝/V）（8） 式中：f——电源频率（Hz），f=50Hz； B——磁通密度（T）,B=1.4T。代入得N10==2.9匝/V，取N10=3匝/V，则 N1=N10U1=3×220=660匝。 5）计算次级绕组每伏匝数N20与匝数N2N20=（匝/V）（9）代入得N20==3.23匝/V，则 N2=N20·U2=3.23×11.8=38.1匝，取N2=38匝。 6）选择导线线径 绕组导线线径d按式(10)计算d=1.13(mm)(10) 式中：I——通过导线的电流（A）； j——电流密度，j=2.5～3A/mm2。 当取j=2.5A/mm2时代入式(10)得d=0.72(mm)则初级绕组线径d1=0.72=0.69mm，选漆包线外径为0.72mm。次级绕组线线径d2=0.72=2.94mm，选用两条d=2.12mm（考虑绝缘漆最大外径为221mm）导线并绕。因为2.94导线的截面积Sd2=6.78mm2，而d=2.12mm导线的截面积为3.53mm2两条并联后可得截面积为： 2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度较大。 6 环形变压器的结构计算 环形变压器的绕组是用绕线机的绕线环在铁心内作旋转运动而绕制的，因此铁心内径的尺寸对加工过程十分重要，结构计算的目的就是检验绕完全部绕组后，内径尚余多少空间。若经计算内径空间过小不符合绕制要求时，可以修改铁心尺寸，只要维持截面积不变，电性能也基本不变。 已知铁心内径Dno=55mm，图7中各绝缘层厚度为to=1.5mm，t1=t2=1mm。 1）计算绕完初级绕组及包绝缘后的内径Dn2 计算初级绕组每层绕的匝数n1n1=（匝）（11） 式中：Dn1——铁心包绝缘后的内径，Dn1=Dno－2t0=55－(2×1.5)=52mm； kp——叠绕系数，kp=1.15。代入得n1==197匝 则初级绕组的层数Q1为Q1===3.35取整数Q1=4层 初级绕组厚度δ1为 δ1=Q1d1kp=4×0.72×1.15=3.3mm 则初级绕组包绝缘后的内径Dn2为 Dn2=Dn1－2(δ1＋t1)=52－2(3.3＋1)=43.4mm 2）计算次级绕组的厚度δ2 计算次级绕组每层绕的匝数n2，考虑到次级绕组是用2×d2=2×2.21mm导线并绕，则n2===27匝 则次级绕组的层数Q2为Q2===1.41，取整数Q2=2层。 次级绕组厚度δ2为 δ2=Q2d2kp=2×2.21×1.15=5.08mm 3）计算绕完初次级绕组及包绝缘后的内径Dn4 Dn4=Dn2－2(δ2＋t2)=43.4－2(5.08＋1)=31.24mm 可见绕完绕组后，内径还有裕量，所选铁芯尺寸是合适的。 7 环形变压器样品的性能测试 为检验设计方法的准确性，对按设计参数制成的环形变压器样品进行了性能测试，结果如下。 7．1空载特性测试 测量电路如图8所示。测得的数据列于表4，按照表4的数据，绘出图9所示的空载特性曲线。 从变压器的空载特性看出设计符合要求，在额定工作电压220V时（工作点为A），变压器的空载电流只有13.8mA，即使电源电压上升到240V变压器工作在B点铁心还未饱和，有较大的裕度。 7．2电压调整率测量 变压器在空载时测得的次级空载电压U20=12.6V，当通以额定电流I2=16.7A时，次级输出电压为U2=11.8V，按式（2）计算电压调整率为 ΔU=×100％==6.4％ 变压器电压调整率达到ΔU<7％的指标。 7．3 温升试验 用电阻法对变压器绕组进行温升试验，在通电4h变压器温升稳定后进行测试，并按式（12）计算绕组平均温升Δτm。Δτm=(k＋t1)－(t2－t1)（12） 从温升试验结果看出所设计的变压器已达到标准型温升标准，即Δτm<40℃，初次级绕组温升基本相等，即两绕组功耗较均衡。 7．4 绝缘性能试验 1）绝缘电阻 用500V摇表测试绝缘电阻，初次级绕组之间的绝缘电阻在常态下均大于100MΩ。 2）抗电强度 变压器初级与次级绕组之间能承受50Hz，4000V（有效值）电压1min，而无击穿和飞弧。限定漏电流为1mA， 此项试验证明变压器的抗电强度达到IEC标准。 8 结语 环形变压器以其优良的性能和有竞争力的性能价格比，可以预期它会在较大领域内取代传统的叠片式变压器，随着环形变压器技术性能进一步提高，它将会在电子变压器领域中有更广阔的应用前景。 参考文献 [1]PLITRONMANUFACTURINGINC.TOROIDALTRANS FORMERS[M].1991. [2]电子变压器专业委员会编.电子变压器手册[M].辽宁 科学技术出版社会,2002. [3]贝寇祺.小功率电源变压器实用设计制作和修理[M]. 人民邮电出版社.1995. 作者简介 李庆霖（1937－），男，高级工程师，1961年毕业于华中科技大学电机电器专业，主要从事电力电子设备、变频器、电抗器、变压器等研制工作。 刘佩玲（1974－），女，1995年毕业于华南理工大学，从事电抗器、变压器的设计研制工作。 李劲涛（1968－），女，1989年毕业于西安电子科技大学，从事变频器和变压器等应用开发工作。 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容