电源变压器的基本知识

变压器的基本原理


    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，它沿着铁心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，使铁心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，以保持铁心里总磁通量不变。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心流动，因为铁心本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁心的断面上形成闭合回路并产生电流，好象一个旋涡所以称为“涡流”。这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁心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、铁心材料：
    变压器使用的铁心材料主要有铁片、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有
    漆包线，沙包线，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Q2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。

电源变压器的特性参数
1、工作频率
   变压器铁芯损耗与频率关系很大，故应根据使用频率来设计和使用，这种频率称工作频率。
2、额定功率
    在规定的频率和电压下，变压器能长期工作，而不超过规定温升的输出功率。
3、额定电压
    指在变压器的线圈上所允许施加的电压，工作时不得大于规定值。
4、电压比
    指变压器初级电压和次级电压的比值，有空载电压比和负载电压比的区别。
5、空载电流
    变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流。空载电流由磁化电流（产生磁通）和铁损电流（由铁芯损耗引起）组成。对于50Hz电源变压器而言，空载电流基本上等于磁化电流。
6、空载损耗
    指变压器次级开路时，在初级测得功率损耗。主要损耗是铁芯损耗，其次是空载电流在初级线圈铜阻上产生的损耗（铜损），这部分损耗很小。
7、效率
    指次级功率P2与初级功率P1比值的百分比。通常变压器的额定功率愈大，效率就愈高。
8、绝缘电阻
    表示变压器各线圈之间、各线圈与铁芯之间的绝缘性能。绝缘电阻的高低与所使用的绝缘材料的性能、温度高低和潮湿程度有关。

电源变压器的基本知识

电源变压器中常用的几个术语：

　　1． 初级(Primary Winding)：是指电源变压器的电源输入端。

　　2． 次级(Secondary Winding)：是指电源变压器的输出端。

　　3．额定输入电压U₁：是指电源变压器的初级所接上的电压，也就是电源变压器的工作电压。对GS变压器来说，U₁＝230V；对BS变压器来说，U₁＝240V。

　　4．空载电流I₀：是指电源变压器的初级接上额定输入电压U1而次级不带负载（即开路）时，流过初级的电流。I₀与变压器的设计有关，即使是两个不同厂家生产的相同规格的电源变压器，其I₀也可能不同。

　　5． 空载电压U₀：是指变压器初级接受上额定输入电压U1而次级不带负载（即开路）时，次级两端的电压。U₀与变压器的设计有关，即使是两个不同厂家生产的相同规格的电源变压器，其U₀也可能不同。

　　6． 负载电流I₂：是指变压器初级接上额定输入电压U₁，次级接上额定负载时，流过负载的电流。

　　7． 负载电压U₂：是指变压器初级接上额定输入电压U₁，次级接上额定负载时，负载两端的电压。

　　8． 定输出功率P₂：是指变压器在额定输入电压U1时的输出功率，它表示变压器传送能量的大小。一般来说，在相同频率下，P₂越大，变压器的尺寸越大；P₂相同，即使输出电压U₂不同，变压器的尺寸也相同，即变压器的价格也应相差无几。

　　由公式P₂=U₂*I₂可知若输出功率P₂一定，若输出电压U₂越高，则输出电流I₂越低。举例来说，一个输出功率P₂=10VA的变压器，若输出电压U₂=24V，则输出电流I₂= P₂/U₂=10VA/24V＝0.416A；若U₂=12V， 则输出电流I₂=0.833A。

　　其次，我们来讨论了一下EN61558-1 (等同于IEC61558-1)中对电源变压器的几点要求：

　　1．空载电压U0有一个最高限值，其数值与变压器的输出功率P2对应，如下所示：

　　P₂≤10VA时，(U₀－U₂)/U₂≤100%;
　　10VA2≤25VA时，(U₀－U₂)/U₂≤50%;
　　25VA2≤63VA时，(U₀－U₂)/U₂≤20%;
　　63VA2≤250VA时，(U₀－U₂)/U₂≤15%;
　　250VA2≤630VA时，(U₀－U₂)/U₂≤10%;
　　630VA2时，(U₀－U₂)/U2≤5%;

　　以上各式中的U₂为变压器的负载电压。

　　2． 负载电压U₂应在一定范围内，由下式考核：

　　|(U₂-U_2R)/U_2R|≤5%;

　　若变压器带整流器，则|(U₂-U_2R)/U_2R|≤10%

　　上式中U_2R为额定负载电压。

　　举例来说，针对一个输出为24V，12VA的变压器，将变压器的初级接上额定输入电压，次级接上负载，调节负载的阻值大小，使得流过负载的电流为12VA/24V=0.5A时，测量负载两端的电压即为U₂。此例中U_2R＝24V，则若23.8V≤U₂≤25.2V,此变压器的输出参数合格。

3． 变压器的温升ΔT

　　在环境温度为25℃时，将变压器的初级接上额定输入电压，次级接上额定负载，使变压器正常工作。然后将输入电压增加到1.06倍额定输入电压，待变压器达到热稳定状态后，测量变压器的温升ΔT及外壳温度。
对耐热等级为B级（130℃）的变压器来说，ΔT≤95K，外壳温度不大于80℃。

注：热稳定是指温度在1小时内的变化不超过1℃。

4． 介电强度

　　变压器的初级和次级之间、初级和壳体之间应能承受4200V历时1min.的交流电压而不出现击穿或闪络现象。