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環型變壓器的發展
發布者:admin 發布時間:2011-12-14 閱讀:2973次 【字體:

 概述

    自米切爾·法拉第發明了變壓器以來,變壓器生產工藝和使用材料發生了重大改變。最初由於線圈骨架上容易繞線,疊片變壓器得到廣泛應用。但是由於疊片變壓器的磁路有氣隙,磁路的有效性不高。C型鐵芯變壓器雖然減小了氣隙,並保留了線圈骨架上容易繞製線圈的優點,但是磁路中仍有氣隙。

    高速環型變壓器繞線機的發明,使得有可能快速、乎整地把導線繞在封閉的環型鐵芯上,因而可以發揮無氣隙鐵芯的全部優點。無氣隙鐵芯變壓器和同等容量的疊片變壓器相比,有體積小、重量輕、漏磁小等優點。近年來,由於勞動力成本急劇上升和繞線技術不斷改進,環型變壓器與疊片變壓器的價差很小。目前,與疊片變壓器和C型變壓器相比,15~50VA的環型變壓器價格較貴,200~500VA環型變壓器的價格略低一些,500VA以上環型變壓器的價格有很大優勢。然而,在許多應用中,環型變壓器的技術特性優勢更重要。

    環型鐵芯

    環型鐵芯由矽鋼帶纏繞而成,很象一個繞緊的鍾表發條,繞好後浸漬並封裝於塑料殼內,鐵芯可以塗覆。

    1990年,鐵芯材料的最重大發明是:在低含碳量0.04%熱軋低碳鋼中,滲入少量的矽,形成合金,改善了熱軋矽鋼帶的性能。新材料雖克服了磁性退化問題,但導磁率和延展性下降,衝壓和成型困難。

    l930年冷軋矽鋼帶在壓延方向上的磁特性得到重大改善,晶粒取向性、矽鋼帶的工作磁通密度、導磁率大大提高,損耗減少。遺憾的是,這些優點隻有在磁通與晶粒方向一致的條件下,才能夠得到。對於疊片鐵芯磁路的研究表明,大約有40%鐵芯與最優方向成90°;另外40%做為磁通回路,剩餘的一小部分鐵芯能夠充分發揮潛能狀態。然而,在環型鐵芯中,磁通方向總與晶粒方向一致,但當晶粒取向與磁通方向成90°時,GOSS的有效性比熱軋矽鋼帶的性能還要差。

    GOSS鐵芯的平均工作磁密大約為1.6T,相應的熱軋矽鋼帶大約為1.3T,兩種材料相應的耗損為0.45W/1B和1.25W/1B,比銅損小許多。

    低鐵損的主要原因是,環型鐵芯有一個連續不斷的磁路,而疊片鐵芯變壓器在EI片間有氣隙;因此,存在較大的氣隙磁阻是疊片變壓器的主要缺點。

    在磁性元件中,空氣間隙的滋阻遠遠大於鐵芯的滋阻。空氣間隙的磁阻不僅使疊片鐵芯變壓器效率降低,而且還會使氣隙邊緣磁密增加。一部分磁通漏到變壓器周圍的空間,在導線、印製板和無源元件上產生寄生電動勢。為了減少氣隙的影響,可采用C型鐵芯。把鋼帶繞在芯軸上,浸漬後切成兩半,磨光切開的表麵,拋光並蝕刻。這樣,兩部分鐵芯在線圈骨架內接觸時,間隙很小。環型鐵芯沒有空氣間隙,並且有反向纏繞的繞組,可進一步減小寄生磁場,電噪聲可減小到疊片變壓器的1/7~1/10。

    環型鐵芯不但磁性能優良,而且還有許多機械方麵的優點:片間壓力可以嚴格控製,並且可達到95%的同一水準。采用浸漬技術,可使鐵芯成為牢固的整體,在繞線和加工過程中不變形;由於環型鐵芯非常牢固,減少了磁致伸縮力的影響;因而減少了振動和音頻噪聲。
    環型變壓器有許多固定方法,最常用的方法是利用環型變壓器的中心孔固定。應當注意,螺釘等固定件不應該使變壓器的頂部壓板與下底板同時接地,以免形成一個短路環。這種情況應當特別注意。

    環型鐵芯的直徑/高度/寬度比可以按照要求隨意變化。通常,變壓器的重量隨著高度的增加而減少,但是鐵芯高度、導線平均匝長和銅重增加,抵消了鐵重的減輕。

    最常用的性能優良的鐵芯直徑、高度和寬度的比例是:4×2×1或5×3×1.5和6×2×0.5;應用中,寬度或高度沒有限製。

    絕緣需要較大的中心孔,表麵積要求不嚴格但高度有限製時,都可以采用。鐵芯設計還受繞線機限製,鐵芯必須有足夠大的中心孔,以便線梭順利通過。

    環型變壓器的繞組

    繞線時,導線通過鐵芯中心孔,繞到鐵芯,外表麵,再繞回中心孔。繞線是利用可將鐵芯套入的開口環型線梭完成的;把適當長度的導線繞入線梭的線槽內,導線的一端固定在鐵芯上:將導線從線梭繞在鐵芯。當所需的匝數繞完後,剽餘的導線從線梭上除去,然後打開線梭開口,將鐵芯從線梭中取出。繞組和鐵芯尺寸受繞線機限製,對線梭的要求與導線和絕緣有關,鐵芯的最大高度也受線梭直徑限製。繞組的另一個作用是堅固鐵芯,以減小電磁振動,降低音頻噪聲,還可以作為繞組間的靜電屏蔽。利用特殊的繞線技術,可能減小繞組的磁場影響。標準環型繞線機的最高繞線速度為2000匝/分。由延伸性和絕緣性良好的導線製成的繞組成品率極高。

    應用

    環型變壓器明顯優於疊片鐵芯變壓器的實例是:船用低壓高亮度導航燈的電源變壓器,可安裝在全方位無線電信標機天線杆的頂端上。其它變壓器安裝在這種位置上很困難,但是,環型變壓器有中心孔,隻要筒單地套在天線稈上,接上電源即可。

    環型變壓器的低輻射場是它固有的優點。當使用疊片變壓器時,若輻射噪聲過大,可采用屏蔽技術,當這種方法仍不能達到要求時,應當采用環型變壓器。

    由於環型變壓器具有低噪聲持性,因此美國將它用於高保真度音響設備和視頻顯示終端;日本把它用於功率放大器、電子試驗儀和通用設備。當壞型變壓器固有的低噪聲特性不能滿足要求時,可外加低碳鋼或微金屬罐屏蔽。

    應當注意,在半波整流電路中,不能用環形變壓器。因為,它產生不對稱於S/H軸的磁滯環。這樣,鐵芯發生單方向極化並飽和。利用橋式整流器可以克服這個缺點。用冷軋帶製作的容量較大的環型變壓器與用熱軋帶製作的疊片變壓器相比,剩磁較高。這樣,當鐵芯中磁密較高時;變壓器與電源斷開後,鐵芯將保留磁通值的80%,如果變壓器在剩磁方向上再次通電,鐵芯磁通將很快從剩磁值達到飽和值,這樣瞬間起動磁化電流隻由初級繞組的低組抗限製,這個起動電流將燒斷保險絲、因此,在初級電路內,應加入防浪湧

    保險或軟起動電阻。

    目前受繞線機的限製,可製作的環型變壓器最大容量為10kVA。對於一般電子設備來說。這個容量已經足夠了。
 主要優點

    環型變壓器主要優點是輻射場較低和效率較高。在尺寸和重量減半的情況下,能夠達到給定的容量,如果使用容量稍大—些的變壓器,則變壓器的溫度可以降低。中心孔固定方式使環型變壓據很容易安裝印刷電路板上。

    環型變壓器具有高度的靈活性,可根據機箱與整體裝配的要求,設計變壓器的尺寸。由於製作環形變壓器不需要衝模,也不需要線圈骨架注塑模具,所以生產周期短,適用於中小批量生產,能夠滿足當代電子設備不斷改型的需要。

 


 

 
 
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