環(huán)形變壓器是電子變壓器的一大類(lèi)型，已廣泛應(yīng)用于家電設(shè)備和其它技術(shù)要求較高的電子設(shè)備中，它的主要用途是作為電源變壓器和隔離變壓器。環(huán)形變壓器在國(guó)外已有完整的系列，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、電訊、儀器和燈光照明等方面。 我國(guó)近十年來(lái)環(huán)形變壓器從無(wú)到有，迄今為止已形成相當(dāng)大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿足國(guó)內(nèi)需求外，還大量出口。國(guó)內(nèi)主要用于家電的音響設(shè)備和自控設(shè)備以及石英燈照明等方面。 環(huán)形變壓器由于有優(yōu)良的性能價(jià)格比，有良好的輸出特性和抗干擾能力，因而它是一種有競(jìng)爭(zhēng)力的電子變壓器。
環(huán)形變壓器的特點(diǎn)
環(huán)形變壓器的鐵心是用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片（片厚一般為0.35mm以下），無(wú)縫地卷制而成，這就使得它的鐵心性能優(yōu)于傳統(tǒng)的疊片式鐵心。環(huán)形變壓器的線圈均勻地繞在鐵心上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，與疊片式相比激磁能量和鐵心損耗將減小25％，由此帶來(lái)了下述一系列的優(yōu)點(diǎn)。
1）電效率高鐵心無(wú)氣隙，疊裝系數(shù)可高達(dá)95％以上，鐵心磁導(dǎo)率可取1.5～1.8t（疊片式鐵心只能取1.2～1.4t），電效率高達(dá)95％以上，空載電流只有疊片式的10％。
2）外形尺寸小，重量輕環(huán)形變壓器比疊片式變壓器重量可以減輕一半，只要保持鐵心截面積相等，環(huán)形變壓器容易改變鐵心的長(zhǎng)、寬、高比例，可以設(shè)計(jì)出符合要求的外形尺寸。
3）磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒(méi)有氣隙，繞組均勻地繞在環(huán)形的鐵心上，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了漏磁小，電磁輻射也小，無(wú)需另加屏蔽都可以用到高靈敏度的電子設(shè)備上，例如應(yīng)用在低電平放大器和醫(yī)療設(shè)備上。
4）振動(dòng)噪聲較小鐵心沒(méi)有氣隙能減少鐵心感應(yīng)振動(dòng)的噪音，繞組均勻緊緊包住環(huán)形鐵心，有效地減小磁致伸縮引起的“嗡嗡”聲。
5）運(yùn)行溫度低由于鐵損可以做到1.1w/kg，鐵損很小，鐵心溫升低，繞組在溫度較低的鐵心上散熱情況良好，所以變壓器溫升低。
6）容易安裝環(huán)形變壓器只有中心一個(gè)安裝螺桿，特別容易在電子設(shè)備中進(jìn)行快速安裝與拆卸。
環(huán)形變壓器的分類(lèi)
根據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)介紹，環(huán)形變壓器可分為標(biāo)準(zhǔn)型、經(jīng)濟(jì)型及隔離型等三類(lèi)，各類(lèi)的特點(diǎn)是：
1）標(biāo)準(zhǔn)型電源變壓器產(chǎn)品系列容量8～1500va，有較小的電壓調(diào)整率、滿載運(yùn)行溫升僅為40℃，允許短時(shí)超載運(yùn)行，適合于要求高的使用場(chǎng)合。 初次級(jí)繞組間采用b級(jí)（130℃）的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受交流4000v，1min的耐壓試驗(yàn)。
2）經(jīng)濟(jì)型電源變壓器產(chǎn)品系列容量50～1500va，在保證性能的基礎(chǔ)上力求降低造價(jià)，適用于連續(xù)運(yùn)行而不超載的使用場(chǎng)合，運(yùn)行溫升為60℃，絕緣材料等級(jí)為a級(jí)（105℃），當(dāng)滿負(fù)載時(shí)輸出電壓誤差小于3％。
3）隔離變壓器產(chǎn)品系列容量50～1000va，又可分為工業(yè)用和醫(yī)療設(shè)備用兩系列。隔離變壓器著重是它的絕緣性能，初級(jí)與次級(jí)間用b級(jí)絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電壓大于4000v，所有初級(jí)引線必須采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器最大溫升低于45℃。 醫(yī)療用的隔離變壓器除符合上述的要求外，還要符合ul544標(biāo)準(zhǔn)，即初級(jí)和次級(jí)繞組應(yīng)具有熱保護(hù)，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應(yīng)大于13mm。 此外對(duì)醫(yī)療用的隔離變壓器還要求在初級(jí)繞組裝有溫度保護(hù)開(kāi)關(guān)，當(dāng)鐵心溫度達(dá)到120℃時(shí)，溫度保護(hù)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)溫度恢復(fù)正常時(shí)，開(kāi)關(guān)自動(dòng)復(fù)位合上。
環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
1）變壓器的功率容量 變壓器的功率容量是決定鐵心尺寸的主要依據(jù)。在很多場(chǎng)合變壓器的負(fù)載是間歇性的，例如音響設(shè)備中的電源變壓器。這時(shí)變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時(shí)要減少很多，如圖2所示負(fù)載a段對(duì)整個(gè)b段而言是較小的一段，這時(shí)變壓器的工作周期比其熱時(shí)間常數(shù)要短很多，可用式（1）計(jì)算變壓器的額定功率。 式中：pn——變壓器額定功率（va）； pl——變壓器負(fù)載功率（va）； a——接通負(fù)載時(shí)間； b———變壓器工作周期。
2）電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率是衡量變壓器負(fù)載特性的重要指標(biāo)。電壓調(diào)整率是指當(dāng)輸入電壓不變，負(fù)載電流從零升到額定值時(shí)，輸出電壓u2的相對(duì)變化值，通常以百分?jǐn)?shù)表示，如式（2）所示： 式中：δu——電壓調(diào)整率； u20——空載輸出電壓（v）； u2——變壓器額定負(fù)載時(shí)的輸出電壓（v）。 表2列出加拿大plitron公司環(huán)形變壓器的電壓調(diào)整率，其特性曲線如圖3所示，電壓調(diào)整率隨變壓器容量增大而下降。
3）環(huán)形變壓器效率 由于變壓器有鐵損和銅損，輸出功率po總是小于輸入功率pi，變壓器的效率η如式（3）所示。 圖4列出了三組不同功率的變壓器效率曲線，隨著容量增大效率明顯增高，容量300va以上的變壓器，在額定負(fù)載下效率可高達(dá)95％以上。
4）自耦變壓器 當(dāng)只要求升壓或降壓，而不要求初級(jí)與次級(jí)繞組隔離的情況下，使用自耦變壓器是合適的。自耦變壓器具有體積小，成本低、傳輸功率大等優(yōu)點(diǎn)，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級(jí)繞組不需絕緣，加工十分方便，體積、重量更小，造價(jià)更低。 要注意的是自耦變壓器初、次級(jí)繞組的公共端（com）要接零線，這樣才安全。
5）溫升問(wèn)題 環(huán)形變壓器的溫升特性曲線示于圖6，從圖6可看出環(huán)形變壓器的溫升是較低的，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型系列，即便是過(guò)載120％，溫升也不超過(guò)70℃。 變壓器的溫升是由鐵損和銅損兩部分決定的，對(duì)疊片式變壓器，這兩部分基本相等，但環(huán)形變壓器由于采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞制，并配合良好的退火工藝，其鐵心損耗僅為全部損耗的（10～20）％，所以溫升主要由繞組銅耗決定，合理的設(shè)計(jì)是初、次級(jí)繞組的功耗應(yīng)基本平衡。 溫升也與散熱面積關(guān)系很大，由于環(huán)形變壓器鐵心溫升低，繞組在整個(gè)鐵心上均勻繞制，散熱面積和散熱條件都比較好，因此能獲得較低的溫升。
6）合閘電流 一般變壓器在合閘時(shí)都會(huì)產(chǎn)生很大的合閘沖擊電流，而環(huán)形變壓器由于沒(méi)有氣隙和具有高磁導(dǎo)率則會(huì)造成更大的合閘電流。300va以下的環(huán)形變壓器可以用一般熔斷器作保護(hù)，但為了防止合閘電流燒斷熔斷器，選擇熔斷器的電流應(yīng)比變壓器初級(jí)電流大8～10倍。300va以上的環(huán)形變壓器要考慮使用慢速熔斷器或溫度熔斷器作保護(hù)，有時(shí)為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度b值取低些。
7）變壓器與整流電路 大多數(shù)作電源用的環(huán)形變壓器都與整流電路相連，現(xiàn)將最常用的整流電路和變壓器次級(jí)電壓u2、次電流i2與直流電壓ud直流電流id的關(guān)系列在表3中，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。
環(huán)形變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算
通過(guò)設(shè)計(jì)一臺(tái)50hz石英燈用的電源變壓器，
其初級(jí)電壓u1=220v，次級(jí)電壓u2=11.8v，次級(jí)電流i2=16.7a，電壓調(diào)整率δu≤7％，來(lái)說(shuō)明計(jì)算的方法和步驟。
1）計(jì)算變壓器次級(jí)功率p2 p2=i2u2=16.7×11.8=197va(5)
2）計(jì)算變壓器輸入功率p1（設(shè)變壓器效率η=0.95）與輸入電流i1
式中：k——系數(shù)與變壓器功率有關(guān)，k=0.6～0.8，取k=0.75； 根據(jù)現(xiàn)有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺寸為：高h(yuǎn)=40mm，內(nèi)徑dno=55mm，外徑dwo=110mm。 式中：f——電源頻率（hz），f=50hz； b——磁通密度（t）,b=1.4t。 n2=n20·u2=3.23×11.8=38.1匝，取n2=38匝。 6）選擇導(dǎo)線線徑 繞組導(dǎo)線線徑d按式(10)計(jì)算 式中：i——通過(guò)導(dǎo)線的電流（a）； j——電流密度，j=2.5～3a/mm2。 當(dāng)取j=2.5a/mm2時(shí)代入式(10)得 用兩條d=2.12mm（考慮絕緣漆最大外徑為2.21mm）導(dǎo)線并繞。因?yàn)棣?.94導(dǎo)線的截面積sd2=6.78mm2，而d=2.12mm導(dǎo)線的截面積為3.53mm2兩條并聯(lián)后可德截面積為：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度較大。 6環(huán)形變壓器的結(jié)構(gòu)計(jì)算 環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機(jī)的繞線環(huán)在鐵心內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而繞制的，因此鐵心內(nèi)徑的尺寸對(duì)加工過(guò)程十分重要，結(jié)構(gòu)計(jì)算的目的就是檢驗(yàn)繞完全部繞組后，內(nèi)徑尚余多少空間。若經(jīng)計(jì)算內(nèi)徑空間過(guò)小不符合繞制要求時(shí)，可以修改鐵心尺寸，只要維持截面積不變，電性能也基本不變。 已知鐵心內(nèi)徑dno=55mm，圖7中各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。
1）計(jì)算繞完初級(jí)繞組及包絕緣后的內(nèi)徑dn2 計(jì)算初級(jí)繞組每層繞的匝數(shù)n1 式中：dn1——鐵心包絕緣后的內(nèi)徑，dn1=dno－2t0=55－(2×1.5)=52mm； kp——疊繞系數(shù)，kp=1.15。 則初級(jí)繞組的層數(shù)q1為 初級(jí)繞組厚度δ1為
2）計(jì)算次級(jí)繞組的厚度δ2 計(jì)算次級(jí)繞組每層繞的匝數(shù)n2，考慮到次級(jí)繞組是用2×d2=2×2.21mm導(dǎo)線并繞，則 可見(jiàn)繞完繞組后，內(nèi)徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。
7環(huán)形變壓器樣品的性能測(cè)試 為檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的準(zhǔn)確性，對(duì)按設(shè)計(jì)參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品進(jìn)行了性能測(cè)試，結(jié)果如下。
（一）空載特性測(cè)試 測(cè)量電路如圖8所示。測(cè)得的數(shù)據(jù)列于表4，按照表4的數(shù)據(jù)，繪出圖9所示的空載特性曲線。 從變壓器的空載特性看出設(shè)計(jì)符合要求，在額定工作電壓220v時(shí)（工作點(diǎn)為a），變壓器的空載電流只有13.8ma，即使電源電壓上升到240v變壓器工作在b點(diǎn)鐵心還未飽和，有較大的裕度。
（二）電壓調(diào)整率測(cè)量 變壓器在空載時(shí)測(cè)得的次級(jí)空載電壓u20=12.6v，當(dāng)通以額定電流i2=16.7a時(shí)，次級(jí)輸出電壓為u2=11.8v，按式（2）計(jì)算電壓調(diào)整率為 變壓器電壓調(diào)整率達(dá)到δu<7％的指標(biāo)。
（三）溫升試驗(yàn) 用電阻法對(duì)變壓器繞組進(jìn)行溫升試驗(yàn)，在通電4h變壓器溫升穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試，并按式（12）計(jì)算繞組平均溫升δτm。 測(cè)量的數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果列于表5 從溫升試驗(yàn)結(jié)果看出所設(shè)計(jì)的變壓器已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)型溫升標(biāo)準(zhǔn)，即δτm<40℃，初次級(jí)繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡。
（四）絕緣性能試驗(yàn) 1）絕緣電阻 用500v搖表測(cè)試絕緣電阻，初次級(jí)繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100mω。 2）抗電強(qiáng)度 變壓器初級(jí)與次級(jí)繞組之間能承受50hz，4000v（有效值）電壓1min，而無(wú)擊穿和飛弧。限定漏電流為1ma，此項(xiàng)試驗(yàn)證明變壓器的抗電強(qiáng)度達(dá)到iec標(biāo)準(zhǔn)。
環(huán)形變壓器以其優(yōu)良的性能和有競(jìng)爭(zhēng)力的性能價(jià)格比，可以預(yù)期它會(huì)在較大領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的疊片式變壓器，隨著環(huán)形變壓器技術(shù)性能進(jìn)一步提高，它將會(huì)在電子變壓器領(lǐng)域中有更廣闊的應(yīng)用前景。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
如何自制環(huán)形變壓器
環(huán)形變壓器有漏磁小、轉(zhuǎn)換效率高、頻率響應(yīng)寬等特點(diǎn)，可以提高功放機(jī)音質(zhì)。如果環(huán)形變壓器燒壞，又買(mǎi)不到原配型號(hào)來(lái)替換，那只有采取手工繞制的方法來(lái)復(fù)制。下面介紹手工繞制的方法。
1．拆除舊繞組
用剪刀將絕緣紙剪破后即露出變壓器的次級(jí)繞組，次級(jí)繞組線徑通常較粗，在實(shí)際維修中極少見(jiàn)到有燒壞的情況，因其匝數(shù)不太多，故可一匝一匝地拆了以便統(tǒng)計(jì)匝數(shù)。多個(gè)次級(jí)繞組均可采取類(lèi)似方法邊拆邊計(jì)匝數(shù)。初級(jí)繞組線徑較細(xì)，燒壞的情況較常見(jiàn)。由于初級(jí)繞組的匝數(shù)多在千匝以上，加之絕緣材料被燒熔后附著于線匝上，若仍采用上述方法來(lái)統(tǒng)計(jì)匝數(shù)，顯然是很麻煩的?？焖偬幚矸椒ㄊ牵河眉舻堆貓A周上中心線將初級(jí)統(tǒng)組線圈一層層剪斷，然后將剪斷的線圈剝離鐵心，再數(shù)出根數(shù)即得總匝數(shù)。開(kāi)剪方法如圖所示。
2．對(duì)環(huán)形鐵心進(jìn)行絕緣處理
環(huán)形變壓器的鐵心通常用優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁率硅鋼帶卷制而成。當(dāng)初級(jí)線圈燒壞后，浸有絕緣漆的環(huán)形鐵心的絕緣層同時(shí)會(huì)不同程度地受損，在重新繞線圈前應(yīng)進(jìn)行浸漆處理。方法是：將環(huán)形鐵心浸在絕緣漆中，數(shù)分鐘后取出晾干，再在烘箱中烘干。然后在內(nèi)外圓周上各粘貼一層膠帶，再將玻璃紙劃成寬約2cm的條狀，將鐵心包裹卷繞一層，并用雙面膠帶粘連接頭。
3．線梭制作
為了便于手工操作，必須制作一種專(zhuān)用的繞線線棱。筆者設(shè)計(jì)了一種“工”字形的線梭，如圖2所示。它可用塑料薄片或不銹鋼薄片加工而成，可取為單股線匝周長(zhǎng)的8倍左右，寬度小于環(huán)形鐵心內(nèi)徑2cm左右。這樣的線核不僅穿繞方便，還可減少穿繞次數(shù)。顯然，漆包線在線梭上繞一圈的長(zhǎng)度為單股線匝周長(zhǎng)的 8×2＝16倍，若采用雙線并繞，線梭上每一圈漆包線就可在環(huán)形鐵心上繞32匝。以影皇av－228專(zhuān)業(yè)功率放大器為例，其環(huán)形變壓器初級(jí)線圈為1068t。雙線并繞為534t，因而在線梭上繞534÷i6≈34圈漆包線就夠用了。
4．繞制線圈
先繞初級(jí)繞組，取和原線徑相近的優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度漆包線，雙線并繞在“工”字形線梭上，圈數(shù)滿足要求后剪下。將雙線頭用雙面膠粘附在環(huán)形鐵心的外圓周上，使線梭在環(huán)形鐵心的內(nèi)孔中穿繞，如圖3所示。一層線圈繞好后，刷上一層絕緣漆（有利于線匝定位及絕緣），并用玻璃紙包上一層，再繞第二層線圈。繞好后，將兩線圈的頭尾相接使其串聯(lián)，另兩根線頭用軟皮線焊接引出，并做好絕緣。在初級(jí)統(tǒng)組上加一層層間絕緣紙后再繞次級(jí)繞組，繞制方法與初級(jí)繞組繞法類(lèi)同。
當(dāng)所有繞組繞制完畢后，將環(huán)形變壓器放入恒溫箱中烘烤一段時(shí)間，以使絕緣漆干燥。再在最外層用一層較厚的絕緣紙包好，環(huán)形變壓器就制作完成了。