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电源变压器是一种软磁电磁元件,功能是功率传送、电压变换和绝缘隔离,在电源技术中和电力电子技术中得到广泛的应用。 根据传送功率的大小,电源变压器可以分为几档:10kVA以上为大功率,10kVA~0.5kVA为中功率,0.5kVA~25VA为小功率,25VA以下为微功率。传送功率不同,电源变压器的设计也不一样,应当是不言 而喻的。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。
由于在真空中磁感应强度与磁场强度在数值上完全相等,因此,磁感应强度在真空中的定义与磁场强度在真空中的定义是完全相同的。所不同的是磁场强度H与介 质的属性无关,而磁感应强度B却与介质的属性有关。但很多书上都用上面定义磁场强度的方法来定义电磁感应强度,这是很不合理的;因为,电磁感应强度与介质的属性有关,那么,比如在固体介质中 ,人们就很难用通电直导线的方法来测量通电直导线在磁场中所受的力,既然不能测量, 就不应该假设它所受的力与介质的属性有关。其实介质的导磁率也不是通过作用力来测量的,而是通过电磁感应 的方法来测量的。电磁感应强度一般简称为磁感应强度。磁场强度H和磁感应强度B由下面公式表示:磁场强度H = F/I*l (2-1)磁感应强度B = μ*H (2-2)(2-1)式中磁场强度H的单位为奥斯特(Oe ),力F的单位为牛顿(N),电流I的单位为安培(A),导线长度l 的单位为米(m)。(2-2)式中,磁感应强度B的单位为特斯拉(T), μ为导磁率,单位为亨/米(H/m),在真空中的导磁率记为u0 ,u0 = 1。由于特斯拉的单位太大,人们经常使用高斯(Gs)作为磁感应强度B的单位。1特斯拉等于10000高斯(1T=104Gs)。由于磁现象可以形象地用磁力线来表示,故磁感应强度B又可定义为磁力线 通量的密度,即:单位面积内的磁力线通量。磁力线通量密度可简称为磁通密度,因此,电磁感应强度又可以表示为:磁通密度B = Φ/S (2-3)(2-3)式中,磁通密度B的单位为特斯拉(T),磁通量 Φ 的单位为韦伯(Wb),面积的单位为平方米(m2)。如果磁通密度B用高斯(Gs)为单位,则磁通量 的单位为麦克斯韦(Mx),面积的单位为平方厘米(cm2)。其中,1特斯拉等于10000高斯(1T = 104Gs),1韦伯等于10000麦克斯韦(1Wb = 10的4次方Mx)。电磁感应强度除了可以称为磁感应强度、磁通密度外,很多人还把它称为磁感密度。至此,已经说明,电磁感应强度B、磁感应强度B、磁通 密度B、磁感应密度B等,在概念上是完全可以通用的。顺便说明,在其它书上有人把磁感应强度B的定义为:B = μ0 (H+M),其中H和M分别是磁化强度和磁场强度,而μ0是真空导磁率。为了简单,在这 本书中我们不准备引入太多的其它概念,如有特别需要,可通过(2-2)式的定义来与其它概念进行转换。
开关电源变压器现代电子设备对电源的工作效率、体积以及要求等技术性能指标越来越高,在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中,基本上都与开关变压器的技术指 标有关。开关电源变压器是开关电源中的关键器件,因此,在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。在分析开关变压器的工作原理的时候,必然会涉及磁场 强度H和磁感应强度B以及磁通量等概念,为此,这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场,在带电物体的周围必然会存在电场,在电场的作用下,周围的物体都会感 应带电;同样在带磁物体的周围必然会存在磁场,在磁场的作用下,周围的物体也都会被感应产生磁通。现代磁学研究表明:一切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外,铁磁现象的起源是 由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流,亦称分子电流,这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应,所以把一个单位微电流称为一个磁偶 极子。因此,磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。
电源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,所以电源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,因此用来制作电源变压 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型电源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型电源变压器的铁芯则是采用冷轧硅钢带经卷绕而成形,其中C型电源变压器系经热处理浸漆后再切开制成。 电源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。增强电源变压器变压器初、次级间的耦合密度可以减小漏感。良好的电源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。 判断音响用电源变压器硅钢片质量高低的重要参数之一是硅钢片的磁力线密度。常用的几种优质硅钢片型号如下∶D41–D42,磁力线密度(单位–GS高斯)10000–12000GS;D43,磁力线密度11000– 12000GS;D301,磁力线密度12000–14000GS。
电源变压器的基本型式,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(Primary coil);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,电源变压器区分为升 压与降压变压器两种。大部份的电源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属物,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,则工业实无法达到发 展的现况。