变压器基础知识培训教材

变压器基础知识培训教材第一部分原材料类培训资料一变压器工作原理一变压器组成变压器主要由骨架铁芯漆包线绝缘胶带纸等组成其中骨架起支撑作用铁芯起能量转换桥梁作用漆包线主要用来做绕组绝缘胶带则用来对各绕组之间的绝缘作保证最简单的变压器应有铁芯和漆包线缺一不可胶带漆包线铁芯磁芯骨架第1页二变压器种类按用途可分为1电源变压器为电子设备提供电源如整流隔离灯丝等变压器2音频变压器用于音频放大电路及音响设备中如话筒线间匹配等变压器3开关电源变压器用于开关电源中的变压器如反激正激半桥正桥等变压器4特种变压器主要指具备特殊功能的一些变压器如电力变压器等按工作频率可分为1工频变压器指工作频率为50或60HZ的变压器俗称低频变压器2中频变压器指工作频率为4001000HZ的变压器3音频变压器指工作频率在 20KHZ 以下的变压器4高频变压器指工作频率在 20KHZ 以上的变压器其分类方法有多种如按铁芯结构按相位按绝缘等级按升降压方式等二变压器工作原理变压器是把电能从一个电路传递到另一个电路的静止电磁装置磁力线初级次级ui RL变压器工作原理图图中与输入电源相连的为初级绕组初级绕组流过交变电流与负载相连的为次级绕组产生的电流同样是交变的第2页培训资料二漆包线 WIRE一漆包线类别聚胺基甲酸脂漆包线是以 Polyure thane 树脂为主体的油脂为绝缘漆膜直铜软化后表面涂一层或数层绝缘漆并经加工烘干而成其最大的特点是漆包膜在300?以上时能于短时间内溶解便于直接上锡作业1UEW类型直接焊锡容易着色耐温等级有7级分别为90 度--Y 级105 度--A 级120 度--E 级130 度--B 级155 度--F 级180 度--H 级200 度--H 级目前一般最常用的漆包线为130度B级类其漆皮膜厚度分别如下0UEW 1UEW 2UEW 3UEW对应 GB QA-3 QA-2 QA-1 QA-0漆包膜层数 3 层 2 层 1 层 1 层最薄工作温度每升高 10 度漆包线的使用寿命就减少一半即漆包线的老化寿命减少一半2PEW类型聚脂瓷漆包线是以耐热的 Terephthalic Polyester 树脂为主体的油脂为绝缘漆包膜分可焊与不可焊两种耐温等级较高一般为 1 55度或以上常用来做环境温度较高的产品如灯饰变压器交直流马达等3三层绝缘线分可焊与不可焊两种耐温等级一般为 120 度和 130 度两种其基本组成为中心一根铜丝其外围有三层绝缘层可承受4500VAC以上的高压在安规变压器上面用此铜线最多可以减除绕组两端的隔带减少层间胶带的层数同时还可以增加初次级之间的耦合程度减少漏感减小主变压器体积使变压器及电源部分更加小型化但其价格昂贵设计时要仔细考虑4其它类比如胶皮线丝包线较少使用一般温度等级在 105度或以上第3页二漆包线特点1漆包线的线径越大长度越短其直流电阻越小2漆包线有不同颜色可供选择较常用的是本色其它色主要用来区分和便于生产操作没有其它意义3漆包线直径是指除去漆包膜后的裸线的直径4一般漆包线的直流电阻是在常温常湿的环境下进行测试的5漆包线的漆包膜碰到尖锐的物件或受外力挤压时易受损故在搬运和使用时要小心保护如采用专用的包装箱生产时用线罩保护过线用光滑的磁眼油毡布等6漆包线一般存放期限为 2 年左右时间过久的漆包线在重新使用时需检测如果时间过久超过存放期限其表面会发生氧化变黑现象如用超过存放期限的铜线做产品极易引起绕组层间或匝间短路现象严重时会引起火灾或危及人身安全使用时要特别小心7一般在使用直径在008mm以下的漆包线时线头须三线扭辩以防止挂在针脚部分的引线浸锡时变小变细最终造成引线头断开甚至打火拉弧现象进而产生产品不合格8漆包线随着线径不同其耐压的要求也不一样基本上 03mm勺铜线漆包膜可以承受1500VAC勺耐压所以绕组间为了保证有足够的耐压需要用绝缘胶带隔离以防层间绕组耐压击穿三漆包线检验漆包线在使用时主要检查以下几点1来料颜色有无问题2是否发生氧化现象比如表面有黑点或发黑等3线轴上铜线有无发生断股或并接4线径有无在要求的测试范围内测试范围参考供应商提供的规格书5线径是否粗细均匀一致6漆包线表面有无划伤碰伤或漆包膜破损现象7绕线轴的外圆周有无缺口这很容易引起划伤漆包膜的现象四漆包线存放1一般要求放在干燥荫凉无暴晒的地方最佳温度为室温2正使用或不用的漆包线须用线罩或其它物件将其密封保护起来以防尘第4页培训资料三骨架 BOBBIN一骨架分类1按安装方式分立式卧式2按排线的槽位分单槽双槽多槽3按产品的型号来分1EEEI EFEEL 类2EFDEPC类3EERERLET类4PQ EQLP类5RM POT类6UU UF FT ET 类7UI CI 类8其它类如底座外壳等以上的种类繁多一般最常用的是前几种在进行变压器的设计时需特别要求正确选择骨架不仅要考虑它的安装尺寸输出组数功率大小以及它的材料成本材质EE EI 类的骨架最多的是用来做中小型的变压器它的成本较低结构简单便于生产但用此骨架做出来的产品相对而言漏感较大也就是变压器的损耗会大些如下图 1EER类骨架也用得较多特别是在设计较大功率的变压器时几乎都会考虑此种骨架它有一个显著的特点就是其绕线的窗口面积较大且绕线中心为圆形可使绕线尽可能地多输出组数也可足够多同时漏感也不是很大是一种很理想的主功率变压器的选择只是随着功率的增加其成本也增加明显同时它还有一个缺点就是占用面积较大有些浪费空间如下图 216 8 12 611图1 图2 图3第5页PQ 类骨架与同类比较可以在节省空间的情况下做到相同的功率它主要靠的是它的中间柱截面积相对较大同时它的磁屏蔽效果不错只是价格较贵在当今市场上它也渐渐地被更多的厂家使用主要是它的占用空间相对较小的缘故如上图 3UU类主要是用来做线性滤波器即共模电感选择哪种主要是看安装尺寸以及功率大小而定如下图 4CI85 BN UI98 BN图4 图5UI CI 主要用来做贴片变压器逆变器所用材料与以上的骨架都不相同且结构也有较大的差异多槽海鸥脚排线宽度小骨架壁很薄等特点如上图 5RM用得也比较多主要用来制作通迅变压器或主功率变压器如下图 6POT E—般用来制作电感或信号转换变压器较多其磁屏蔽极好但散热较差如下图 7112POT BN EP BN EFD BN EPC BN图6 图7 图8EFDEP骨架自身的高度较一般骨架要低它适合用来做对高度有限制的变压器所做变压器功率都不是很高如上图 8二骨架的材质骨架常用到多种材质各种材质的特点如下1尼龙NYLON白色透明有一定的吸水性耐油性强韧性强延展性好不易碎但受热易熔化绕线易变形耐温通常在 110 度左右防火等级为 94V-2 或 94V-HB耐电压为27KVm其表面光滑受其以上特点影响尼龙材料通常用来制作绕线要求不是很高的低频变压器第6页或者较为普通的线圈电感2PBT 一般为白色棕色或米黄色韧性相对较好耐温在 120度左右受热后易变形热变形温度 205度防火等级为 94V-0 该材质的绝缘性能较优秀其耐电压为22KVm其表面不光滑受其以上特点影响该材料主要用来制作中小型的线径相对较小的变压器或电感同时这类材料的格便宜易购制造成本较低适合大批量生产3PET 一般为黑色受热易熔化韧性一般较尼龙而言略好易成形耐温在 130 度左右受热后不易变形热变形温度 246 度防火等级为 94V-0 该材质的绝缘性能比PBT略差耐电压能力为18kVmn其表面不光滑价格要比PBT贵该材料可以用来做高频变压器骨架电感外壳等价位略比PBT高4LCP 一般为米黄色是一种液晶高分子聚合物是介于 PET和电木之间的一种材料硬度及韧性均比较好典型材料如 E-4008 其热变形温度为 313度在高温下仍可具有良好的尺寸稳定性抗蠕变性以及极低的热膨胀系数和极高的介电性能在变压器领域多用于制作SMD变压器阻燃等级为94V-0但价格昂贵5电木PHENOLIC一般为黑色为最常用的一种变压器骨架优质原材料比如长春T373J T375J住友PM9820 PM963等材质较脆易碎防火等级为 94V-0特别能耐高温370度耐电压能力为10KVmr左右表面光滑可以说电木是变压器里面用得最多的一种材料缘于它具备耐高温不变形耐电压能力中等适合做大中型功率变压器但易碎是它的一个缺点不可避免且此类材料不能回收再使用三阻燃等级常规的骨架材料有以下几种阻燃等级94V-0 不能有燃烧物掉下续燃时间不超过 10秒94V-1 不能有燃烧物掉下续燃时间不超过 30秒94V-2 允许有燃烧物掉下续燃时间不超过 30秒94V-HB 非防火等级四温度等级90 度--Y 级105 度--A 级120 度--E 级130度--B 级第 7页155 度--F 级180 度--H 级200 度--H 级220 度--C 级目前一般的骨架材料都能达到 B级即130度的要求五认识骨架脚位通常骨架都有一个辨别第一脚的方式1有一个明显的缺口2有数字标识如 13有一个明显的斜角41 脚对应的骨架顶端有突点或暗号5不明显的用色点或其它方式表示如 EEL19 的1脚与 2脚拉开距离六注意事项1在对骨架进行物料确认时需按供应商承送的规格书来核对骨架实物进行检查2上线时操作者需按作业指导书上规格核对骨架物料包括脚位排距针距安装方式规格针长排线宽度线槽数目等3在操作中破损的骨架不能使用4绕线时须注意骨架的入轴方向5一般情况下外形相似的骨架可以相互代用但要经过承认6骨架的存放期一般为 15 个月左右时间太久针脚易氧化发黑7合格的骨架不应该存在批锋毛边以防挂伤铜线8骨架为易碎品搬运及制作产品时应小心操作第8页培训资料四磁芯 CORE 一般磁芯的材质决定变压器的使用环境不同材质的磁芯是不可以代用的否则将会影响到变压器的性能甚至变压器不能工作一磁芯的分类以下是按材质的分类1MnZn 锰锌锰锌是一种软磁铁氧体主要用来制作变压器电感类产品这里面又分为功率磁芯和高导磁芯同时它有几个重要的参数需要了解1初始磁导率它是磁性材料的磁导率 BH 在磁化曲线始端的极限值我们常使用到的功率变压器磁芯的初始磁导率都在 2300 左右而电感磁芯的初始磁导率则有不同的等级有5K7K10K12I甚至15K的用ui表示2饱和磁感应强度是磁芯磁化到饱和状态的磁通密度写为 Bs 单位为 T一般功率磁芯的Bs为500mT而高导磁芯的Bs约为400mT左右注T称为特斯拉3居里温度它反应出磁芯材料的一个使用环境温度的高低如果磁芯在超过居里温度的环境下工作将会变成顺磁性不再具备软磁铁氧体的功能即发生饱和造成变压器失效所以居里温度是一个相当重要的参数一般功率铁氧体的居里温大都在 210度左右或以上高导磁芯的居里温度在 135 度左右4磁芯损耗这是磁芯在电路中进行功率交换能力大小的体现磁损越小则磁芯的转换能力越强电路的输出功率越大效率越高所以我们在选择哪一个磁芯供应商时一定要注意这个重要参数2NiZn 镍锌镍锌是一种高频宽带铁氧体材料具有高电阻率高阻抗高磁通密度和低损耗的特点主要用来制作电源次级侧的输出小电感工作频率特高几乎达到几个M或以上在电路中起抑制杂迅干扰的作用居里温度从100 到 350 度不等常用到的磁芯见下图所示环型T工字型DR棒型R管型RH SM型第9页3铁粉芯铁粉芯由纯铁粉组成具有良好的偏磁特性并且是一种具有均匀分布气隙的金属软磁材料具有相对较高的饱和磁通密度和较好的温度稳定性这类材料主要用来制作正激转换器次级输出的储能电感价格便宜但损耗较大比较适用于温度要求不是很高的场合它里面又分为多种有黄白环 -26 绿蓝环-52 绿红环-18 等初始磁导率低在 100 以下黄白环 -26 绿蓝环 -52 绿红环 -18 灰黄环 -334MPP类包括铁硅铝HF它们一般使用于对环境要求特别高电感受电流变化影响较大的场合且不易饱和加偏流能力强温升低经久耐用但价格高MPP钼坡莫合金是具有分布式气隙的环形磁芯它由79镍17铁和4钼的合金粉制成是所有磁粉芯中铁损最低的一种它在高直流磁化后或在高直流偏置的条件下仍具有优异的电感稳定性在交流条件高达 2000 高斯的磁感应强度下电感偏移量极小HF 高磁通磁粉芯也是具有分布式气隙的环形磁芯它由 50 镍和 50 的铁合金粉制成是所有磁芯材料中偏置性能最好的一种HF 高磁通磁粉芯特别适用于高功率高直流偏置以及高频下的高交流偏置的工作条件它的饱和磁感强度为15000高斯而MPP只有7500高斯铁硅铝为10500 高斯它与铁粉芯相比具有更低的铁损通常可选择更小的尺寸铁硅铝 FeSiAl 也是具有分布式气隙的环形磁芯由铁合金粉所制成在高频条件下铁损较低磁致伸缩接近于零可用于消除滤波电感器中的噪音在高频条件下铁损是导致温升幅度偏大的一个主要因素而该材料铁损很小以上三种磁粉芯料主要用于制作功率电感器而在这些功率电感中大部分是开关电源输出滤波器也称直流电感器 MPP的铁损最低适用于损耗最低的电感器 HF的饱和磁通密度最高在以直流偏置为主导的设计中使用它体积可以做到最小铁硅铝的成本相对而言是较低的适用于以较低成本制出较低损耗和较高饱和磁通密度的电感器三者之间MPP最贵HF次之目前这类磁粉芯主要以进口为主比较有名的供应商有阿诺德 MAGNETICS 韩国东部国内目前有厂家生产但质量仍有不小的差距第 10 页5硅钢片硅钢片主要用于制作低频变压器其种类很多按其制作工艺可分为黑片锻烧及白片无锻烧两种按其形状不同可分为 EI 型 UI 型 C 型口型我们主要使用的是 EI 型硅钢片 E 型硅钢片又称壳型或日型硅钢片它的主要优点八\、是初次级线圈共同一个骨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结绕组形成保护外壳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发散较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 型铁芯的变压器所用的铜线较多硅钢片的厚度常用的有035mm05mim种硅钢片的组装方式有交叠法和对叠法两种交叠法是将硅钢片的开口一对一交替地分布在两边这种叠法比较麻烦但硅钢片间隙小磁阻小有利於增大磁通因此电源变压器都采用这种方法对叠法常用于通有直流电流的场合为避免直流电流引起饱和硅钢片之间需要留有空隙因此对叠法将 E 片与 I 片各放一边两者之间的空隙可用纸片来调节常用的有硅钢片材质有 Z-11H-18H-50H-14 等其中以 Z-11 的性能最好它也是当中最贵的材料6以下是锰锌磁芯按产品形状的分类及其简单使用范围1EEEI EFEEL 类常用来制作中小功率的变压器电感成本低工艺简单磁芯2EFDEPC类常用来制作对高度有限制的产品适合做中小功率类磁芯第 11 页3EERERLET类常用来制作大中型功率的变压器电感特别适合用来制作多路输出的大功率主变压器且变压器漏感较小比较容易符合安规磁芯4PQ EQLP类该磁芯的中间柱较一般的磁芯要大产品漏感较小适合做小体积大功率的变压器输出组数不能过多5RM POT类常用来制作通讯类或中小功率高频变压器本身磁芯的磁屏蔽很好容易满足EMC特性6UU UF FT ETT 类磁芯这组磁芯主要是用来制作一些初级线性滤波器满足电源的EMI要求磁芯高导磁环磁芯磁芯第 12 页二磁芯的特性1上面有提到我们所生产的变压器主要用到的磁芯是锰锌铁氧体每个生产厂家的材质编号都有不同但它所代表的含义是差不多的现列举一些常用到的厂家及其它们的材质编号TDK 金川开元天通东磁初始磁导率居里温度PC30 RM23KB KP3 DMR30 ui 2500 230PC40 RM23KD KP4 TP4 DMR40 ui 2300 215PC44 RM24KD KP44 TP4A DMR44 ui 2300 215HP5 RM5K KL5 TL5 R5K ui 5000 135H5B2 RM7K KL7 TL7 R7K ui 7000 125H5C2 RM10K KL10 TL10 R10 ui 10000 120H5C4 RM12K KL12 TL12 R12 ui 12000 110H5C3 RM15K KL15 TL15 R15 ui 15000 105以TDK磁芯为例我们常用PC40 PC44的磁芯来制作高频主功率变压器用 HP5 H5B2 H5C2 H5C3 H5C等高导磁芯来制作线性滤波器这是材质的选择要求同时还要注意功率磁芯当中 PC30适用于工作频率为100KHZ以下的范围PC40 适用于工作频率在100KHz500kHz 之间的范围PC44适用于工作频率在500kHz 或以上的范围而高导磁芯初始磁导率越高其工作频率就越高但它的居里温度点明显减小并且它的高频阻抗也会相应地减弱尽管如此但它仍有一个相当大的优势那就是初始磁导率越高的磁芯它的自感系数会越高在相同电感的基础上可以减小绕线的圈数2磁芯的自感系数 Al 的计算电感是一个变压器或电感线圈的重要参数电感值不仅与绕线圈数有关同时还与磁芯的大小磁导率形状有关这些特性均可用一个系数来表达即自感系数Al 它的表达式如下2Al L N式中 Al 表示磁芯的自感系数单位为 HN2L表示变压器的电感值单位为 H或mHN表示绕线的圈数第13页反激式变压器的电感并不是很高通常要在磁芯中间柱磨气隙或两边脚垫绝缘物来满足电感气隙主要用来储存能量3高导磁芯一般接触面为镜面比较光滑所以在组装时其接触面不允许有脏污或其它杂质否则会严重影响到产品的电感值如果高导磁芯为环状则不会有此现象环状磁芯外表一般有喷涂绝缘漆较流行的是绿色磁环与组合型的高导磁芯相比较磁环绕制出来的产品漏感要小些但生产难度比组合型要麻烦主要是制作工艺多用手工穿线效率不高铜线漆皮容易划伤组合型如UU型FT型ET型则可以用CNC绕线机生产效率高且易安装三磁芯的使用1磁芯是金属锻烧而成易碎取放时动作要轻2不同材质的磁芯不能够代用3有裂痕的磁芯或表面有破损的磁芯不可使用4高导磁芯的电感会随温度的变化而变化生产时应确保环境的温度符合要求5磁芯一般可以存放较长时间不会变质比如 3 年第 14 页培训资料五胶带 TAPE一胶带的种类以带基基材的不同分类有环氧胶带 Epoxy Tape 聚酸亚胺胶带 Polyimide Tape 聚四氟乙烯胶带 PTFE Tape 乙烯树脂胶带 Vinyi Tapy 聚酯薄膜 Polyeseter Tape 强化纤维胶带 FilamentTape 合成物薄膜 Composite Tape 玻璃布 Glass Cloth 乙醋酸布 Acetate Cloth 纸带 Paper1聚酯薄膜胶带 Polyeseter Tape 全称丙烯酸阻燃胶带用于固定及绝缘等常用到的胶带基材厚度为0025mm、厚度为0055mn一卷的总长度约为66米颜色有多种淡黄色深黄色蓝色红色绿色黑色白色透明粉红色它的击穿电压为52kV温度等级为130度阻燃等级为94V-0有一定的弹性和伸长性除基材外还在一面涂有粘性剂另外它具有阻燃性 94V-0 该胶带常用来作为高低频变压器绕组间绝缘以及变压器的磁芯固定另外还有加厚型其基材厚度为 005mm、厚度为008mm®色种类有多种它的击穿电压为7kV此类胶带一般用来加强绝缘用在变压器上相对用得较少2聚酸亚胺胶带 Polyimide Tape 一般为茶色这种胶带以聚酸亚胺为带基基材适用於COIL缠结的电线和电容器它能耐受极大的温差保持其物理及电气性能不变其热固硅矽的压敏胶粘剂提高聚酸亚胺胶带的稳定性其耐温为 180? HI-POT为75KV该胶带常用来制作耐温等级在150度或以上的变压器产品3挡墙胶带 Margin Tape主要用来满足变压器安规要求隔离绕组一般为白色厚度有三种 1L2L 3L 一个L代表013mm左右的厚度一卷的总长度为 45米它的击穿电压为5kV 以上有的采用无纺布制作其原理相同温度等级为 130度具有阻燃性 94V-0 二胶带的作用1作为层间绕组之间的绝缘初级与次级之间的压降较大耐压等级要求较高一般初级电压为 230V 所以初次级之间至少要求用二层胶带绝缘第三层主要起到加强绝缘的作用次级绕组之间或者初级绕组之间一般用一层胶带隔离绝缘即可2固定磁芯或引线缘于胶带本身具有相当程度的粘性大于200N M的拉伸力同时具有绝缘性第 15 页能所以常常用来固定磁芯以减化操作工艺3作磁芯的 GAP有的变压器可以直接用胶带垫在磁芯的两个边脚上以满足变压器的电感要求即采用胶带作磁芯的气隙不过对变压器要求较高的情况下不允许采用此方法 4 安规需求上面提到的隔离胶带就是专门用来满足变压器的两侧安全距离的安规要求不同则采用的隔离胶带的宽度也不一样注意隔离胶带不可以当作层间绝缘来用相反层间胶带有时可以当作隔离胶带使用三胶带的使用1胶带一般检查它的宽度粘性击穿电压温度等级以及阻燃性2胶带一般可以在常温常湿的条件下存放 12 月第 16 页培训资料六套管 TUBE套管种类繁多用途广泛我们常用的有 TEFLON铁氟龙玻璃纤维矽胶套管矽橡胶套管矽质玻璃纤维套管蜡套管 UL热缩套管PVC热缩套管一依材质分类1铁氟龙套管 TEFLON TUBE铁氟龙为塑胶中耐温最高 280?300? 最耐强酸强碱最抗粘最滑溜耐磨之工程塑胶材料而广泛用于机械汽车电子等零件因耐酸耐高温耐高压 300V 的特点它广泛用于航太汽车医疗电子变压器通讯等科技工业其大小以内径 AW碟表示依其壁厚可分为L最薄 S 最厚T中间我们常采用的是L型即最薄型三种厚度套管的特点为L Type壁厚015mm02m绝缘强度3600VT Type壁厚03mm035m绝缘强度7200VS Type 壁厚 05mm060m绝缘强度 12000V2UL 热缩套管UL热缩套管为黑色材料为交联改性聚烯烃树脂柔软有弹性具有阻燃性符合94V-0耐高温125度高压电压等级600V受热易收缩收缩性强收缩倍率为 21 绝缘性能好广泛用于汽车电子建筑等领域在电子变压器方面它主要用来加套电感产品引脚等起保护及绝缘的作用UL热缩管在90度或以上的温度时就可以起到收缩作用其中径向收缩率为50。