YOURNET.CN

标题: 变压器理论与制作（转） [打印本页]

作者: xr000 时间: 2006-7-21 12:16
标题: 变压器理论与制作（转）
http://www.helloham.com/radio/elec/bbs/dispbbs.asp?boardid=65&id=1527
变压器理论与制作 --陈运双( 转)
[变压器理论与制作]陈运双
变压器原理及制作要领
《图1》变压器有载时磁通状况。
《图2》各类型铁心结构图。
《图3》C型铁心的组装方式
《图4》叠接型卷铁心之组装方式
变压器在输配电系统中一直担负着电力转换与联络的重要工作，从发电厂的发电机组输出到客户端，必须藉由各种升压与降压变压器，才能将电力顺利送达用户家中，当变压器于系统运转中发生故障时，供电系统必然中断。纳莉台风过境风力不强，未造成输配电线路的损坏，但仍导致全省十多万用户停电之苦，主要系低漥地区淹水，安装于地下室的用户变压器遭受池鱼之殃的缘故。日常生活当中许多电器用品，举凡手提收录音机、音响、无线电话机、电子游乐器、计算机、复印机、传真机等均需使用到变压器。上述电器用品有些已经改成交换式电源，虽然看不到大型变压器，但仍免不了需要采用小型高频变压器，可见变压器与现代人的生活已密不可分，既使进入e世代也无法避免。
现代音响迷越来越重视电源问题，包括由总开关箱配置专用电源线、使用电源稳压器、滤波器、购买发烧电源线等不遗余力。各位应该知道，音响装置最重要的能量来自于机器内的电源供给，而变压器是提供能量的初始原料，能量是否充裕，质够不够好，变压器担负着关键性的角色。打开机器可以看到各色各样五花八门的变压器，有方、有圆、或立、或卧，甚至有些再加上华丽的外罩，严然一幅贵族模样，到底那一种变压器最符合您的需要，且让我们一同进入变压器的国度里揭开它们神秘的面纱！
《图5》三种直流值（增加气隙间距后）电感量的变化情形。
《图6》由各种形状之硅钢片组合成日字型变压器。
《图7》E型及I型硅钢片交错叠积以加强导磁性能。
《图8》硅钢片接缝的局部区域产生饱和现象。
《图9》电力用变压器铁心接缝。
电磁转换原理
匈牙利之Ganz公司，于1885年制造完成历史上首具实用性变压器以来，迄今已有116年历史。近数十年来，由于科技突飞猛进，各种电机、电子装置应运而生，为提升效率或针对各种装置之特种目的而设计出各式各样的变压器，虽然外观及结构上有各种变化，但其基本原理却是一致的。
利用电、磁能量转换的原理，将二组线圈绕于共同之铁心磁路而成为变压器。当其中一组线圈接于交流电源时，另一组线圈上因电磁感应作用而产生另一种电压的交流电，二组线圈上之电压，与所绕线圈匝数成正比例。连结于电源测的线圈通常称为一次线圈，接于负载侧的线圈则称为二次线圈。若二次侧线圈电压高于一次侧，称为升压变压器；反之，二次侧电压变低时，称为降压变压器。
变压器在无载时，即二次线圈成开路，则流过一次线圈的电流只有激磁电流，使磁束Φp通过铁心，同时供给铁心耗损。于二次线圈的两端则得感应电压Es，如图一（a）所示。在二次线圈的两端接上一负载，不论负载为电灯、电热，或为电动机，都可以用电阻或电抗来代表。于是负载上便有电流通过，亦即二次线圈上已经有电流通过。因为线圈有电流通过，所以在铁心上也有磁束Φs产生，如图一（b）所示。因为变压器有负载的关系，铁心中的磁束不再是Φp，也不单独是Φs，而是两者之差，即将（a）及（b）两图重叠而得图（c）。Φp与Φs并不是作算术上的加减，而是向量上的相减，因为考虑负载的功率因子关系。在一般情形，有负载时铁心的磁束，数值上都较无载时为少。
一定电压加于一线圈的两端，其激磁电流与该线圈的电抗成反比（电抗愈大，激磁电流愈小），而线圈的电抗则视其中心的磁束多寡而定（成正比）。在一次线圈方面看来，有负载时，通过其内部的磁束减少，从而其电抗也减少，所以电流增加，增加的量，视乎磁束减少多少而定，亦即视乎二次侧负载电流而定。所以有载时，一次侧电流是激磁电流加上二次侧负载所需电流（换算相同功率消耗所需电流）。
变压器的一次侧绕组与二次侧绕组流通电流，称之为「电路」；变压器的铁心流通磁束，称之为「磁路」。电流在电路中流动的阻力，称之为「电阻」；磁束在磁路中流动的阻力，称之为「磁阻」。科学家选择电阻比较低，「导电率」比较好的材料「铜」（退火过的软铜）作为参考标准，订定铜的导电率为100﹪；科学家选择磁阻比较高，「导磁率」比较差的材料「空气」作为参考标准，订定空气的导磁率为1。软铁（经过热处理退火的铁材）的导磁率约比空气强几千倍，而变压器常用的硅钢片，其导磁率则比空气好约近万倍。也就是说一定电压加于一线圈的两端所产生的「磁势」，若在空心线圈中能产生一条之磁力线，就能在硅钢片铁心内产生一万条之磁力线，这就是为什么变压器的线圈均要绕在硅钢片的铁心上。
一定电压加于变压器一次侧线圈，其铁心所能产生的磁力线（磁束）多寡，与该铁心之「导磁率」、「截面积」与磁路的「长度」有关，导磁率良好，截面积愈大，长度愈短，则磁力线最多。
《图10》铁心接缝处之磁通分布情形。
《图11》流通于铁心的磁通会产生涡流。
《图12》磁滞曲线。
《图13》磁滞曲线量测电路。
《图14》同一材质不同频率所显现的磁滞曲线。
变压器之铁心结构与应用
变压器之铁心按结构不同，分为外铁式与内铁式两种，如图二所示，（A）为外铁式（B）为内铁式，（C）及（D）为一般外铁式硅钢片组合法。（C）共享三种不同尺寸之硅钢片组合而成，使上下接缝相互错开，以加强导磁性能与机械强度。由于每一层共享六块硅刚片组合而成，故制作加工比较复杂，而且接缝也比较多，使铁损（空载激磁电流）增大，因此目前单相变压器较少采用。（D）的构造则比（C）简单的多，因为只用二种尺寸的硅钢片，且只有四个接缝，为一般5KVA以上单相变压器常用之形式。（E）为（C）的简化形式，称为EI型铁心，也有人称它为日字型铁心。因为只用二种尺寸的硅钢片，且每层只有二块硅钢片组合而成，组合起来比较简便，故为目前2KVA以下变压器最常用之形式。由于E型硅钢片必须一次冲成，冲下之窗口铁片多数不能再利用，比较浪费材料，因而2KV以上之变压器，大多采用（C）（D）（F）三种组合形式之铁心。为了再降低变压器之铁心接缝及节省硅钢片之组合工时，较现代化的变压器已逐渐采用（F）所示之卷片式铁心，一般称为C型铁心，或称为Cut Core。
如前所述，空气的磁阻比硅钢片铁心大将近一万倍，若能将唯一的接缝也拿掉，则可进一步提升变压器的效率，因而发展出（H）与（I）无接缝之环型变压器（Toroidal Transfmor）。（H）为卷片式环型铁心，可采用一般「方向性」（Grain-oriented或Anisotropic）铁心，因其磁通永远沿压延方向流通，但（I）是由垫圈状的铁片堆栈而成，故此一结构之环型铁心只适用「无方向性」（Nonoriented或Isotropic）铁心。由于Isotropic铁心材料价格比较贵，而且退火热处理的费用较高，因而由垫圈状堆栈而成的环型铁心在市面流通不多。环型变压器为目前电气特性最佳之产品，具有高效率、低漏磁通、瞬时反应佳等优点，故广为仪器、高级音响等所采用。环型变压器也有一些先天上的缺陷，例如：制作成本比较高、绕线的手续较繁杂、整个铁心被铜线绕组包覆在内，以致无法藉由铁心将积热传导出去、整个铁心的重量落于铜线绕组上，而一般变压器系由外露的铁心提供支撑，故无法应用于较大型的变压器。
为了弥补上述缺点，于是将（F）图的C型铁心予以改良成为R-Core变压器。C型铁心于卷模上卷绕完成之后再切开成两半，主要目的为方便组装一次与二次侧绕组（组装方法如图三所示），但因而多出两道接缝，使电磁转换的效率降低许多。为了提升效率与方便绕线作业，R-Core变压器将铁心的断面积设计成圆形，这样就可以利用图四所示方法进行绕线。图中所示其卷线轴两端带有齿轮，该卷线轴系由分裂的两半组合而成，卷线机设有相同齿距的齿轮，用以驱动卷线轴两端的齿轮，使该卷线轴以圆型铁心为转轴转动，达成绕线的目的（组装方式详如图四（a）所示）。
R-Core变压器之铁心断面积为圆形，硅钢带必须以展开法分条裁切成特殊形状，才能卷绕成圆型铁心。即内圈起绕点最窄，然后逐层加宽，中间最宽，再逐渐缩小，至最外层则缩到最小。此种展开的曲线必须计算得非常精准，才能达成圆滑的真圆度，因制作价格昂贵，并不适用于大型电力变压器之制作，故改采用图四（b）的叠接型卷铁心。该铁心本身只有一处切断，装配时由切断部位做LAP接合。比C型铁心少一处切断面，可使铁损不致太大。由于目前对叠接（Lap-joint）之技术以能克服，本形式具有经济与实用之效益，最适合量产。目前美国G.E公司与国内大同公司均采用本型式。
一般环型变压器铁心之断面积为方形或长方形，磁力线易集中于四个直角尖端，导致磁力线分布不均匀，尤其是内圈磁通密度最高，该处最容易发生磁饱和现象。若能将环型变压器铁心改良成像R-Core一样的圆形铁心，则环型变压器的特性将进一步再提升，成为最优异的变压器，不过生产价格也将水涨船高，因而目前市面难得一见这种改良型环型变压器。
《图15》方向性硅钢片语非晶质合金的磁化曲线。
《图16》三种变压器比较，环型变压器之漏磁通最小。
《图17》第一轮绕完，外径上还很空，但内径上已填满两层铜线。
气隙的作用与影响
铁心接缝对于电磁转换的应用有许多不利之处，变压器的设计制造者想尽办法降低铁心的接缝数量，甚至设计成无接缝之环型铁心及R-Core变压器，为何又要切割成图二（G）之C型铁心？我们从另一个角度来看，铁心接缝所形成的气隙（Air Gap）其实并非全然无用，在某些场合必须故意造成一定的气隙才能改善其电感系数，例如：电源滤波用扼流圈、真空管单端放大器所使用的输出变压器等。此种电路内同时含有交流与直流成分，因直流效应之缘故，很容易让铁心到达磁通密度饱和点，同时也会降低交流的导磁率。这种情况可藉由增加铁心的气隙来改善其导磁率，适当的调整气隙间距，可以获得最佳的电感量，并兼顾到导磁率，所以C型铁心仍有其存在的价值。图五显示一含铁心之线圈，在相同交流值（20mA AC）不同直流值（0，50mA及100mA DC）偏压下，气隙间距改变，电感量的变化情形。
空气的磁阻比硅钢片铁心大几千倍，甚至近万倍，因此每一微小的接缝均必须小心谨慎的处理。拿最常使用的EI（日字型）变压器来讲，为了降低气隙的影响，将硅钢片设计成图六所示各种几何形状。各层叠积组合的方式如图七所示，使上下层接缝相互错开，即E型铁片与I型铁片交错叠积，以加强导磁性能及机械强度。图八所示为各积层铁片接缝处之磁通分布情形，在接缝的局部区域产生磁饱和现象，并蔓延到邻近的铁片。
为了提升铁心的导磁率，大型电力用变压器大都将铁心的接缝设计成图九所示的（a）V缺口型，及（b）V缺口阶梯搭接型铁心。V缺口（V-Notch）构造可改善铁心中央脚与轭之接缝状况，能使磁通更顺畅流通；V缺口阶梯搭接（V-Notch Step-Lap），其阶梯搭接（Step-Lap）之构造，使磁通在分散之接缝处较顺畅的跨越硅钢片。V缺口型及V缺口阶梯搭接型铁心接缝之磁通分布情形，详如图十（a）及（b）所示。
方向性硅钢片铁心材料
变压器的铁心是用来降低磁路之磁阻，使感应磁通所需要的电流尽量减少。变压器之铁心不能使用整块的铁块，因为铁心本身为电的导体，受到AC正负交变的感应磁场时，磁通量亦跟随着变化而感应电压，将产生交变的短路电流，导致铁心产生循环电流，引起很高的损耗，称为涡流（Eddy Current）。以相互绝缘的薄片叠积成变压器铁心可降低损失。图十一显示流通于铁心的磁通会产生涡流现象，剖面积大者产生的涡流大，其耗损也大，如（a）图所示；采用含绝缘膜的薄板时，涡流可大大的减少，如（b）图所示。
硅钢片的厚度愈薄，其涡流愈小，但考虑工作性，变压器大都采用0.20~0.35mm板厚的硅钢片。大部分的薄片是冷轧，并经特殊退火处理，使铁心结晶方向一致，在压延方向能获得高导磁及低磁滞之特性。大部分的薄片选择某种方法做化学表面处理，作为各片间之绝缘。大部分的薄片是以约3﹪硅及约97﹪之铁材料所组成，加入硅的成份具有下列功效：
■可以降低材料的矫顽磁性，用来降低磁滞损失（Hystersis Loss）。
■一般来讲，具有高导磁率的材料，其饱和磁通密度均比较低，但添加适量的硅元素之后，可以使铁材保有高导磁率，又具有较高的饱和磁通密度特性。
■硅为不良导体，因此亦可降低铁材的导电性，使涡流损失降低。
■硅是一种非常稳定的元素，因此加入硅可以使铁心长时间运转仍能保持稳定的特性。
除了空气介质外，其它导磁介质皆有残磁特性，即当磁通形成时，若激磁电流已消失，磁通不会降为零。一般的交流电源当中，加于铁片的磁场强度是周期的变化，其磁通密度也跟随着起变化，产生如图十二的环状磁化曲线，称为磁滞曲线。此时与环内面积相同比例的能量将转变成热能消失，称为磁滞损。磁滞曲线愈宽，则保磁力愈佳，适合做成永久磁铁或记录器（如磁带与磁盘），磁滞曲线较窄者则是用于高频工作，如高频变压器。
欲了解材料的动态磁滞曲线（Dynamic Hysteresis Loop）可参考图十三的测试方法进行测试。Np为一次侧绕组，Ns为二次侧绕组，一次侧绕组回路上装置有电阻R1及校正用电流表I，R1所产生的压降，作为示波器水平放大偏向用；二次侧绕组回路上装置有RC积分电路及电压表（V），电容器C两端的压降送至示波器的垂直偏向输入端。图十四所示为厚度0.02吋（0.5mm）的Mumetal材料，分别以60，400及1000Hz正弦波所测得的动态磁滞曲线。由该图可以看出，同一材料在不同频率下的磁滞损失现象，频率愈高磁滞损失愈大，亦即频率愈高铁损愈大。
过去大多采用一般方向性硅钢片叠积成变压器铁心，现在逐渐改用高方向性之HI-B硅钢片，甚至在此等硅钢带表面加以激光束刮扫处理，缩小扇区，进一步降低方向性硅钢带的铁损，此种HI-B Laser商品，厂家命名为ZDKH。例如新日本制铁所推出的产品23ZDKH90，27ZDKH95等，前述材料已实用于变压器制品。使用高方向性硅钢片，设计者可以取较高的磁通密度值，因此铁心的截面积会较小，绕组线圈直径相对变小，可制造出小型轻量化，低铁损、低铜损的变压器。
非晶质铁心材料
近几年来，电力不足成为全球之警讯，基于电力开发困难的限制，大幅降低变压器之损耗以节约电力，成为业界多年来努力的目标。因而美国与日本等先进国家，在政府资助下投入庞大经费，经过不断的开发与研究，已经成功地发展出一种电力损耗及低之低损耗型变压器。此新型变压器称为「非晶质铁心变压器」（Amorphous Metal Transformer），系使用非晶质合金（Amorphous Alloy）做为变压器铁心之材料，以代替传统的硅钢片铁心材料。
所谓非晶质合金，指的是类似玻璃或聚合物等之非结晶合金材料，其原子排列如同玻璃或塑料一样呈现不规则形状。就金属材料而言，依传统之制造方法，其原子排列在固态下均呈现规则之结晶构造。若将熔融之金属材料以每秒100万℃之超高速冷却，使金属仍保持液态时之原子排列而被固化，则其原子排列成不规则之结晶形状，形成非晶质金属，突破以往金属结晶之范畴。若用非晶质铁心材料替代方向性硅钢片铁心制作变压器，其铁损可减少至硅钢片铁心的1/3~1/4。假如台电目前使用中之配电变压器，全面改用非晶质铁心变压器，估计每年可节省电力约为7亿度，相当于石门水库发电厂的装置容量。兹将非晶质合金材料的特点综合条列如下：
■非晶质合金硬度很高，大约为硅钢片之4~5倍，故分条、剪切均极不容易。
■材料本身厚度极薄，约为0.03mm，仅为方向性硅钢片厚度之1/10，材料表面比较粗糙，以致占积率低，因而使变压器铁心变大。
■非晶质合金铁心的成份为铁约80％，硼20％；因此其饱和磁通密度与纯铁比较降了20﹪。
■非晶质材料经加热会再变为结晶材料，其结晶温度大约在500℃左右。
■铁损极低，约为方向性铁心硅钢片之25％左右。
■饱和磁通密度较方向性铁心硅钢片低。（硅钢片的饱和磁通密度为2.0tesla，非晶质材料则为1.58tesla）
■铁心必须在激磁状态（10Oe磁场强度）下退火，才能充分发挥其低损失及低激磁电力的特性。退火温度不可高于400℃，以免发生结晶现象。
■非晶质材料与方向性硅钢片的特性比较，详如表一所示。
■非晶质材料与方向性硅钢片的磁滞曲线，详如图十五所示。
变压器损耗的分类
任何电机机器的输入都不会是100％的输出，一定会有所损耗，变压器也不例外。一般习惯上将变压器的损耗分为两大类，即「铁损」与「铜损」。因为铁损与负载的大小无关，故又称为「无负载损」；而铜损的大小则随负载的大小成正比例，故又称为「负载损」。兹以条列方式分述如下：
■无负载损（铁损，随频率、磁通密度而变化）
无负载时铜损：一次侧线圈承受激磁电流，因线圈内阻所造成之损失（电阻损＝I2R）。由于激磁电流非常小，约1~2﹪，可忽略不计。
磁滞损：磁滞损失与所使用铁心硅钢片的的材质有关。与频率的变化有关，频率增高则磁滞损失将增加。
窝流损：窝流损失与所使用铁心硅钢片的的材质、厚度、硅钢片表面绝缘有关。
■负载损（铜损，随负载电流、温度而变化）
电阻损：包括一次线圈与二次侧线圈的电阻损，依负载电流的大小而变化。
漂游损：由变压器的漏磁通所引起。例如（a）一次与二次侧绕组产生漏磁，致使绕组导体中产生窝流损。（b）漏磁经过金属物，如铁心夹件、变压器外罩等部位所产生的损耗。
降低铁损的方法
欲设计一个高效率、低损耗的变压器，必须先由铁心着手。降低铁心的损耗可以缩小变压器的体积，其外围的绕组、外壳必然随之缩小，因而铜损也将大幅降低。铁心材料经过加工过后残留的应力，破坏原来原子结晶的排列方式，因而需要给予适当热处理，以恢复原有特性，兹综合分述如下：
■选用低损耗铁心材料：铁心材料特性的改良过程依序为（1）方向性硅钢片（2）高导磁（HI-B）方向性硅钢片（3）高导磁雷射处理（HS-LS）方向性硅钢片（4）非晶质合金（Amorphous Alloy）铁心。设计者可依实际需要选用最适合的铁心材料来制作变压器。
■选用磁阻小的铁心结构：硅钢片在剪切叠积成铁心装配后，其损耗会比硅钢片原材料损耗大，其增加的比例因铁心构造方式而异。原则上接缝的数量愈少磁阻愈低，铁损愈小。只考虑品质而不计较成本的话，例如高级音响、仪器等，建议采用无接缝的R-Core或环型卷铁心，甚至采用圆形截面积的环型铁心，可以达成最低铁损。若无法避免接缝时，则请考虑采用图四所示，只有一条接缝的「叠接型卷铁心」；大型变压器可考虑使用图九所示「V缺口阶梯搭接型铁心」。
■退火热处理：钢铁厂以冷轧展延的方式来加工「方向性铁心硅钢片」，在轧薄的关键过程中，必须谨慎的配合热处理工作，以确保合金材料的磁化特性。依材质的成分，品质管制热处理的温度范围为900~1200℃，材料必须放在充满惰性气体（Inert Gas）或氢气的低碳钢热处理炉内处理。变压器生产工厂于冲制或卷制硅钢片完成之后，加工过程将残留不少应力，故必须经由800~875℃的退火热处理，同样必须放在氢气炉内处理。由于氢气炉内氢气的含量（纯度97％以上）不易控制，若控制不当，可能引起爆炸的工安事故，目前大都已改为真空炉。有些硅钢片供货商也提供已经退火过的成型硅钢片，但必须事先确认是依据上述方法处理的，才能确保变压器的品质。若基于经济因素考量，变压器的品质要求也不是那么高，则退火热处理的温度可以降到700~750℃，退火温度维持在这个范围，就可达到方向性硅钢片应具备的大部分性能，虽然无法得到最佳特性，但可省下一笔可观的费用。另有些场合（例如使用频率比较高时）需要使用到非常薄的硅钢片，此种硅钢片必须经由特殊的加工处理过程才能达成，价格非常昂贵，因此建议改采用镍-铁合金（Nickel-Iron Alloy）材料，可以达到相同目的，但成本却比较低。变压器铁心经退火热处理完成后，千万不能再受到外力撞击或掉落地面，甚至绕线工作也要非常小心，以免铁心变形使特性劣化，因而前功尽弃，不可不慎！
降低铜损的方法
绕组的电阻损占变压器铜损的50％以上，故要降低铜损应考虑下列方法：
■增加导线的截面积：除了慎选材料纯度较高的铜线外，宜酌量加大导线的截面积以降低导线直流电阻。
■减少线圈匝数：选用导磁系数比较高的铁心材料或采用无接缝卷铁心等均可降低绕组线圈匝数，达到降低铜损的目的。
■降低漂游损：导体与漏磁通的交链，会在导体内部产生窝流损，故要慎选漏磁较低的铁心结构。漏磁也会流窜到线圈以外的地方，对于夹件及外壳等金属配件产生窝流损，宜将内部受到磁漏影响较大的配件材质改为非磁性材料，以降低损耗。可以利用安装于线圈与外壳间的「外壳遮蔽板」来阻隔磁漏。该外壳遮蔽板的种类与形状很多，以材质而言，可分为铜板、铝板及硅钢片等三种，经验显示，铜板的阻隔效果最好，但价格较高，通常在平坦的外壳侧板上采用硅钢片，铜板或铝板则多装设于需折弯的转角或角落处。
变压器的噪音与抑制方法
变压器噪音的来源主要发生自铁心，铁心噪音是由硅钢片之磁歪及磁性吸引力所产生之铁心震动。磁歪的大小与硅钢片材质∕铁心紧密度有关，铁心磁通密度愈高，硅钢片之磁歪也愈大。变压器铁心的叠积接缝状况会影响磁通之流通，使铁心产生不同程度大小的噪音。交流电源若含有谐波成份，将导致噪音扩大，铁心噪音是电源频率之2倍频率为基本波，以及含有其整数倍之各种频率之噪音。另绕组导体间或线圈间之电磁力，也会引起震动导致噪音。以下提供几个抑制噪音的对策：
■降低铁心之磁通密度：降低铁心之磁通密度虽然可降低变压器噪音，但因而需增加铁心的截面积，导致变压器重量增加而抵销降噪音的效果，也使变压器成本增加，故降低铁心之磁通密度以80％降幅为限。
■使用磁歪小之硅钢片：选用高导磁（HI-B）方向性硅钢片，噪音可降低约2～4dB；若采用经雷射处理之高方向性（ZDKH）硅钢片，则能更大幅度降低噪音。
■使铁心束缚力均匀化：在组装铁心过程中，勿使铁心承受到局部性应力而发生特性劣化，使用束缚带束紧铁心时，宜使各部位的束缚力均匀化。
■改善铁心接缝与组装方式：尽量减少铁心的接缝并缩减接缝间细；将铁心叠积方式改用阶梯搭接，对改善变压器噪音有很大的效果。
■以黏着剂真空含浸：以黏着剂真空含浸：小型变压器最佳降噪音方法为，整个变压器组装完成之后放入凡立水（Varnish）槽内真空含浸。R-Core及环型变压器若依制程严加品管，则噪音可以降至非常低，但有可能于卷制过程中张力调整不当，或热处理不当，导致硅钢片松弛而增加噪音。欲获得超静音产品，除加工过程必须严加管控外，应于铁心卷制完成后即单独将铁心放入凡立水槽内真空含浸，绕组完成后若有必要可再度以凡立水真空含浸一次，如此可以确保万无一失。
常用变压器特性比较
图十六所示环型、EI及Cut Core变压器的漏磁通比较图。把Cut Core两道接缝之漏磁通拿掉之后就视同R-Core的漏磁通。由该图可看出环型变压器的漏磁通最小，因为环型变压器的铁心被绕组完全包围住，使漏磁降至最低。看起来似乎环型变压器的性能优于R-Core变压器，其实也不尽然。请各位再看图十七，环型变压器的铜线绕组分布情形，因其外径比内径大很多，当绕在外径上的铜线平均分配绕完一周，而内径上必须填满两层才能容得下绕组的铜线。由此可知，内径上单位面积所绕的线圈密度比外径高，因而磁通密度比较大，使内径材料的导磁率变低，易导致内径提前饱和，故设计环型变压器时除了考虑铁心的截面积外，必须兼顾内径不致超过材料的最大磁通密度，此乃环型变压器与传统变压器最大的不同点。
环型变压器的绕线作业手续比较繁杂，若机具调整设定不当，容易影响产品的品质，导致特性不够稳定，有时也会因而伤及漆包线的绝缘层，增加产品的不良率，绕组的费用几乎占整个变压器成本的一半。R-Core变压器的技术及成本主要偏重于铁心的制作，绕线作业则简单得多。两者的铁心都必须经过严谨的退火热处理过程，最终成果与热处理的品质有绝对关系。
EI变压器虽然漏磁通高、效率较低，但具有经济实惠、方便少量多样订购，而且交货迅速多项优点。EI变压器的历史悠久，设计、制造的技术均已非常纯熟，加上铁心材质不断的改进，使特性也跟着提升，品质也相当稳定可靠，因此最适用于大众化的一般电机、电子产品，可以说是变压器界的长青树。
变压器的测试项目
变压器于制造完成之后，必须进行各种不同的测试，以确保能符合原设计规范。测试项目包括：无负载激磁电流、电压调整率、温升、漏磁通、噪音及绝缘试验等，前五项属于变压器的特性验证，最后一项则属于设备的安全验证。
绝缘试验主要包括：冲击试验、交流耐压试验及感应电压试验等。冲击试验的目的在于验证变压器是否能承受雷击或开关启闭等原因所引起之异常电压；交流耐压试验的目的在于验证变压器绕组对绕组，或绕组对地间之绝缘是否良好；感应电压试验系施加二倍之额定电压于绕组上，确认其匝间、层间及绕组间之绝缘是否良好。试验电压提高为二倍，恐因而造成铁心过饱和之虞，故必须将试验频率提高至原来额定频率两倍以上，才能使磁通密度不致超过原设计值。上述绝缘试验因设计所采用的安全标准、绝缘等级等不同，其试验程序与接受标准各有不同，本文不拟做进一步讨论。
对于音响迷来讲，大家比较关切的是变压器的特性验证。无负载激磁电流之测试，通常以额定交流电压加于变压器之一次侧，并于一次侧绕组串联一只电流计，测量空载激磁所需电流。一般110V 1KVA之EI变压器，其无负载激磁电流约为满载电流的5-10％（0.45A~0.9A）；而110V 1KVA之环型变压器，其无负载激磁电流则约仅为满载电流的0.5~1％（45mA~90mA）。笔者现在所使用相同容量之变压器，系依笔者的设计要求而制造者，实际测量无负载激磁电流仅约20mA左右。所谓电压调整率（Voltage Regulation）乃指满载电压与无载电压相差之值，除以满载电压，即电压调整率＝【（无载电压－满载电压）÷满载电压】×100％。一般110V 1KVA之EI变压器，其电压调整率约为5-10％；而相同容量之环型变压器，其电压调整率约为2-5％。依笔者的设计要求而制造者，实际测量电压调整率，大约都在2﹪以内。假设前两项特性测试结果都非常好，表示能源转换效率很高，故其它有关温升、漏磁通及噪音都会很低。
《表格》工研院25kVA非晶质变压器特性比较表。
结语
钟情于EI变压器的DIY族，认为EI变压器的声音最好听；有些产品采用R-Core变压器，因而宣称R-Core是目前市面上最好的变压器。笔者认为R-Core变压器与环型变压器的特性相当，但环型变压器最实用，因为环型变压器的瞬时好、体积小、漏磁小，装在拥挤的机箱内也不会造成太大的电磁干扰，造价还算合理，此由市面越来越多中高价位的音响及电器产品都竞相采用得到证实。
电源受到谐波等噪声干扰的区域，采用EI变压器肯定可以降低干扰作用，因为EI铁心的气隙具有吸收缓冲高频噪声的作用。当电子线路对外来的噪声免疫力不够时，可以考虑采用EI变压器来达成一定的抑制效果。
环型变压器虽然仍有一些缺点，但设计者若能注意下列几点，应当可以获得充分改善：
■绕组线圈尽量平均分布于铁心的360度周围，甚至引线的部位也不能跳跃过去，否则漏磁通容易集中于某个部位。
■将铁心的截面积设计成正方形，若能制成圆形截面积铁心则效果最佳。
■铁心的外径（OD）与内径（ID）相差不要太大，才能使内外径的磁通密度差异不致太大。
■适度加大铁心的截面积，确保在满载状况下内圈不致于提前饱和。

作者: 语蓝 时间: 2006-7-21 12:26
标题: 变压器理论与制作（转）
呵呵，老兄现在对做牛很又兴趣嘛

作者: xr000 时间: 2006-7-21 12:37
标题: 变压器理论与制作（转）
ksk k呵呵，是呀，我现在想弄个好牛和机箱。

作者: duranf 时间: 2006-7-22 01:04
标题: 变压器理论与制作（转）
看得眼都花了！
不过很受用！

作者: kkzip 时间: 2006-7-22 02:55
标题: 变压器理论与制作（转）
图在那！！

欢迎光临 YOURNET.CN (http://bbs.yournet.cn/)