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环形变压器及其应用
双击自动滚屏 发布者:liaijian 发布时间:2007/8/17 19:22:14 阅读:1897

1.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。
我国近十年来环形变压器从无到有,迄今为止已形成相当大的生产规模,除满足国内需求外,还大量出口。国内主要用于家电的音响设备和自控设备以及石英灯照明等方面。
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。
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。

环型变压器由于不存在气隙、线圈均匀卷绕铁芯,理论上漏磁很小,也不存在线圈辐射。但环型变压器由于无气隙存在,抗饱和能力差,在市电存在直流成分时容易产生饱和,产生很强的磁泄露。国内不少地区市电波形畸变严重,因此许多用家使用环型变压器感觉并不比EI型变压器好,甚至更差。所谓环型变压器绝无泄露,或是因媒介误导,或是因厂商出于商业宣传需要而杜撰,环型变压器磁泄露极低的说法只是在市电波型为严格的正弦波时才成立。另外,环型变压器还会在引线处出现较强电磁泄露,因此环型变压器的漏磁也是有一定方向性的,实际装机时旋转环型变压器,在某个角度上获得最高信噪比。


  如条件允许,可考虑为变压器装一只屏蔽罩,并做妥善接地处理,该金属罩只能选用铁性材料,一般金属如铜、铝等只有电屏蔽作用而无磁屏蔽作用,不能作为变压器屏蔽罩。

  上述分析是建立在变压器选料、制作精良的基础上,实际多数市售变压器产品由于成本压力和竞争需要,未严格按行业规范设计,甚至偷工减料,分析起来不可预测因素较多。首先是铁芯材料的品质,很多企业用导磁率较低的H50铁芯、边角料甚至搀杂软铁制作变压器,导致变压器空载电流很高,铁损过大,空载发热严重;这类变压器为降低成本、同时为掩盖铁损偏高带来的电压调整率过大问题,大幅度减少初次级线圈匝数,以降低铜损的方式来降低电压调整率,这种做法更进一步增大了空载电流,而空载电流偏大将直接导致磁泄露加剧。

  环型变压器问题更复杂一些。正规的环型变压器铁芯是由一条等宽硅钢带紧密卷绕而成。还是出于成本原因,多数低价环型变压器使用数条甚至数十数条硅钢带拼接,甚至使用边缘参差不齐的边角料卷绕,绕制好后用机床车平,由于环型变压器线圈包绕铁芯,不做破坏性解剖难以发现。机械加工对硅材料的晶格排列、相邻硅钢带间绝缘都有严重破坏,这样的环型变压器无论性能或漏磁特性均会大幅度降低,即使经过退火处理也无法弥补质量上的严重缺陷。

  杂散电磁波主要来自有源音箱的功率输出导线、扬声器及功率分频器、无线发射设备和计算机主机,产生原因在这里不做深入讨论。杂散电磁波在传输、感应的形式上与电源变压器类似,杂散磁场频率范围很宽,有用家反映有源音箱莫名其妙接收到当地电台广播就是典型的杂散电磁波干扰。

  另外一个需引起重视的干扰源为整流电路。滤波电容在开机进入正常状态后,充电仅集中在交流电峰值时,充电波形是一个宽度较窄的强脉冲,电容量越大,脉冲强度也越大,从电磁干扰角度看,滤波电容并非越大越好,整流管与滤波电容之间走线应尽量缩短,同时尽量远离功放电路,PCB空间不允许则尽量用地线包络。

  电磁干扰主要防治措施:

  1.降低输入阻抗。

  电磁波主要被导线及PCB板走线拾取,在一定条件下,导线拾取电磁波基本可视为恒功率。根据P=U^U/R推导,感应电压与电阻值的平方成反比,即放大器实现低阻抗化对降低电磁干扰很有利。 例如一个放大器输入阻抗由原20K降低至10K,感应噪声电平将降至1/4的水平。有源音箱音源主要是电脑声卡、随身听、MP3,这类音源带载能力强,适当降低有源音箱输入阻抗对音质造成的影响非常微弱不易觉察,笔者试验时曾尝试将有源音箱输入阻抗降至2KΩ,未感觉音质变化,长期工作也未见异常。

  2.增强高频抗干扰能力

  针对杂散电磁波多数是中高频信号的特点,在放大器输入端对地增设磁片电容,容值可在47——220P之间选取,数百皮法容值的电容频率转折点比音频范围高两、三个数量级,对有效听音频段内的声压响应和听感的影响可忽略不计。

  3.注意电源变压器安装方式

  采用质量较好的电源变压器,尽量拉开变压器与PCB之间的距离,调整变压器与PCB之间的方位,将变压器与放大器敏感端远离;EI型电源变压器各方向干扰强度不同,注意尽量避免干扰强度最强的Y轴方向对准PCB。

  4.金属外壳须接地

  对于HIFI独立功放来说,设计规范的产品在机箱上都有一个独立的接地点,该接地点其实是借助机箱的电磁屏蔽作用降低外来干扰;对于常见有源音箱来说,兼做散热器的金属面板也需接地;音量、音调电位器外壳,条件允许的话尽量接地,实践证明,该措施对工作于电磁环境恶劣条件下的PCB十分有效。

 
 

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