變壓器的概述變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線之線圈，並且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流(具有某一已知頻率)流於其中之一組線圈時，於另一組線圈中將感應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決於兩線圈耦合及磁交鏈之程度。一般指連接交流電源的線圈稱之為一次線圈(Primamary coil);而跨於此線圈的電壓稱之為一次電壓.。在二次線圈的感應電壓可能大於或小於一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的匝數比所決定的。因此，變壓器區分為升壓與降壓變壓器兩種。 大部份的變壓器均有固定的鐵心，其上繞有一次與二次的線圈。基於鐵材的高導磁性，大部份磁通量局限在鐵心裡，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵心二者間緊密地結合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。因此，變壓器之匝數比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由於此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已成為現代化電力系統之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至於降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，吾人可以如是說，倘無變壓器，則現代工業實無法達到目前發展的現況。電子變壓器除了體積較小外，在電力變壓器與電子變壓器二者之間，並沒有明確的分界線。一般提供6OHz電力網路之電源均非常龐大，它可能是涵蓋有半個洲地區那般大的容量。電子裝置的電力限製，通常受限於整流、放大，與系統其他組件的能力，其中有些部份屬放大電力者，但如與電力系統發電能力相比較，它仍然歸屬於小電力之範圍。 各種電子裝備常用到變壓器，理由是：提供各種電壓階層確保系統正常操作;提供系統中以不同電位操作部份得以電氣隔離;對交流電流提供高阻抗，但對直流則提供低的阻抗;在不同的電位下，維持或修飾波形與頻率響應。阻抗其中之一項重要概念，亦即電子學特性之一，其乃預設一種設備，即當電路元件阻抗係從一階層改變到另外的一個階層時，其間即使用到一種設備-變壓器。 對於電子裝置而言，重量和空間通常是一項努力追求之目標，至於效率、安全性與可靠性，更是重要的考慮因素。變壓器除了能夠在一個系統裡佔有顯著百分比的重量和空間外，另一方面在可靠性方面，它亦是衡量因數中之一要項。 因為上述與其他應用方面的差別，使得電力變壓器並不適合應用於電子電路上. 變壓器的原理1.變壓器的製作原理：在發電機中，不管是線圈運動通過磁場或磁場運動通過固定線圈，均能在線圈中感應電勢，此兩種情況，磁通的值均不變，但與線圈相交鏈的磁通數量卻有變動，此為互感應原理.變壓器就是一種利用電磁互感應，變換電壓，電流和阻抗的器件.2.在電路中，變壓器表示符號為：3.技述參數：對不同類型的變壓器都有相應的技述要求，可用相應的技述參數表示.如電源變壓器的主要技述參數有：額定功率、額定電壓和電壓比、額定頻率、工作溫度等級、溫升、電壓調整率、絕緣性能和防潮性能，對於一般低頻變壓器的主要技述參數是：變壓比、頻率特性、非線性失真、磁屏蔽和靜電屏蔽、效率等.A.電壓比：V2 N2- = - = nV1 N1變壓器兩組線圈圈數分別為N1和N2，N1為初級，N2為次級.在初級線圈上加一交流電壓，在次級線圈兩端就會產生感應電動勢.當N2N1時，其感應電動勢要比初級所加的電壓還要高，這種變壓器稱為升壓變壓器：當N2N1時，其感應電動勢低於初級電壓，這種變壓器稱為降變壓器.初級次級電壓和線圈圈數間具有下列關系： 式中n稱為電壓比(圈數比).當nN2，V1V2，該變壓器為降壓變壓器.反之則為升壓變壓器.B.變壓器的效率：P2 -P1在額定功率時，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值，叫做變壓器的效率，即= x100%式中為變壓器的效率;P1為輸入功率，P2為輸出功率. 當變壓器的輸出功率P2等於輸入功率P1時，效率等於100%，變壓器將不產生任何損耗.但實際上這種變壓器是沒有的.變壓器傳輸電能時總要產生損耗，這種損耗主要有銅損和鐵損.銅損是指變壓器線圈電阻所引起的損耗.當電流通過線圈電阻發熱時，一部分電能就轉變為熱能而損耗.由於線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成，因此稱為銅損.變壓器的鐵損包括兩個方面.一是磁滯損耗，當交流電流通過變壓器時，通過變壓器矽鋼片的磁力線其方向和大小隨之變化，使得矽鋼片內部分子相互摩擦，放出熱能，從而損耗了一部分電能，這便是磁滯損耗.另一是渦流損耗，當變壓器工作時.鐵芯中有磁力線穿過，在與磁力線垂直的平面上就會產生感應電流，由于此電流自成閉合回路形成環流，且成旋渦狀，故稱為渦流.渦流的存在使鐵芯發熱，消耗能量，這種損耗稱為渦流損耗.變壓器的效率與變壓器的功率等級有密切關系，通常功率越大，損耗與輸出功率就越小，效率也就越高.反之，功率越小，效率也就越低.變壓器材料介紹一.線架(BOBBIN)（一）作用：顧名思義，BOBBIN(線架)在變壓器中起支撐COIL(線圈)的作用.（二）BOBBIN的分類：1.依據變壓器的性質要求不同，按材質分為：熱塑性材料，熱固性材料.熱塑性材料我們常用的有尼龍(NYLON)，塑膠(PET)，塑膠( PBT)三種.熱固性材料我們常用到的有電木(PM).2.依據變壓器的形狀不同，BOBBIN又分為立式，臥式，子母式，抽屜式，單格，雙格.（三）特性及用途：1.電木(PM)：熱固性材料，穩定性高，不易變形，耐溫150，可承受370之高溫.表面光滑，易碎，不能回收.用於耐溫較高之變壓器.2.尼龍(NYLON)：熱塑性材料，工程塑膠，延展性好，不易碎，耐溫115，易吸水，使用前先用80的溫度烘烤，使固性穩定.表面光滑，半透明，不易碎.一般用於耐油性強的變壓器上.3.塑膠(PET)：熱塑性材料，510系統，硬性高，易成形.不易變形，耐溫170，表面不光滑，不易碎，一般用於繞線管.4.塑膠(PBT)：熱塑性材料，較軟，不易變形，不耐高溫(160)，表面不光滑，不易碎一般用於繞線管*熱塑性材料可回收：第一次為20%，第二次為15%，第三次7%.二.鐵芯CORE鐵芯從用途上分高、低頻、COIL三種:1.高頻類：鐵粉芯Ferrite coreFerrite core用於高頻變壓器 它是一種帶有尖晶石結晶狀結構的陶磁體，此種尖晶石為氧化鐵和其它二價的金屬化合物.如kFe2O4(k代表其它金屬)，目前常使用的金屬有錳(Mn)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鎂(Ng)、銅(Cu).其常用組合如錳鋅(Mn Zn)系列、鎳鋅 (Ni Zn)系列及鎂鋅(Mg Zn)系列.此種材具有高導磁率和阻抗性的物性，其使用頻率範圍由1kHz到超過200kHz.2.低頻類：矽鋼片(LAMINATION) 矽鋼片用於低頻變壓器，其種類很多，按其製作工藝不同可分為A：鍛燒(黑片)、 N：無鍛燒(白片)兩種.按其形狀不同可分為：EI型、UI型、C型、口型. 口型矽鋼片常在功率較大的變壓器中使用，它絕緣性能好，易於散熱，同時磁短路，主要用於功率大於5001000W和大功率變壓器中.由兩個C型矽鋼片組成一套矽鋼片稱為CD型矽鋼片，用CD型矽鋼片製作的電源變壓器在截面積相同的條件下，窗口愈越高，變壓器功率越大.於鐵芯兩側可以分別安裝線圈，因此變壓器的線圈匝數可分配在兩個線包上，從而使每個線包的平均匝長較短，線圈的銅耗減小.另外如果把要求對稱的兩個線圈分別繞在兩個線包上，可以達到完全對稱的效果.由四個C型矽鋼片組成一套矽鋼片稱為ED型矽鋼片.ED型矽鋼片製成的變壓器外形呈扁寬形，在功率相同的條件下ED型變壓器比CD型變壓器矮些，寬度大些，另外由於線圈安裝在矽鋼片中間，有外磁路， 因此漏磁小，對整體乾擾小.但是它所有線圈都繞在一個線包上，線包較厚，故平均匝長較長，銅耗較大.C型鐵芯性能優异所製作之變壓器體積小、重量輕、效率高，裝配的角度來看，C型矽鋼片零件很少，通用性強，因此生產效率高，但是C型矽鋼片加工工序較多，作較複雜，需用專用設備製造，因而目前成本還較高.我們主要使用的是EI型矽鋼片.E型矽鋼片又稱殼型或日型矽鋼片，它的主要優點是初、次級線圈共同一個線架，有較高的窗口佔空系數(佔空系數Km：銅線淨截面積和窗口面積比);矽鋼片對繞組形成保護外殼，使繞組不易受到機械傷損傷;同時矽鋼片散熱面積較大，變壓器磁場發散較少.但是它的初次級漏感較大，外來磁場乾擾也較大，此外，由於繞組平均周長較長，在同樣圈數和鐵芯截面積條件下，EI型鐵芯的變壓器所用的銅線較多.矽鋼片的厚度常用的有0.35mm、0.5mm兩種.矽鋼片的組裝方式有交疊法和對疊法兩種.交疊法是將矽鋼片的開口一對一交替地分佈在兩邊，這種疊法比較麻煩，但矽鋼片間隙小，磁阻小，有利於增大磁通，因此電源變壓器都採用這種方法.對疊法常用於通有直流電流的場合，為避免直流電流引起飽和，矽鋼片之間需要留有空隙，因此對疊法將E片與I片各放一邊，兩者之間的空隙可用紙片來調節 我們廠常用的有矽鋼片材質有Z-11、H-18、H-50、H-14等，其中以Z-11矽鋼片性能最好.通常表示方法如圖3.1： EI-28 Z11 0.35 A 28表示制作工藝為已鍛燒表示厚度為0.35 mm表示材質為Z11表示規格表示形狀 灰色代表鍛燒圖3.11.COIL類：分三種類型(如圖3.2).A.TOROID環形鐵芯：將O型疊片而成，或由矽鋼片捲繞而成.此種鐵芯對繞線來說非常不易.B.ROD CORE棒狀鐵芯.圖3.2C.DRUM CORE：鼓形鐵芯.R CORET COREDR CORE三. TUBETUBE種類繁多，用途廣泛，我們常用的有TEFLON(鐵弗龍)、矽質套管、玻璃纖維矽膠套管、 矽橡膠套管、矽膠玻璃纖維套管、臘套管、PE熱縮套管、PVC熱縮套管。1.TEFLON 鐵弗龍為塑膠中耐溫最高(280300)最耐強酸、強鹼、最抗粘、最滑溜耐磨之工程塑膠材料，而廣泛用於機械，汽車，電子，化工閥門等零件.鐵弗龍為訊號、儀控綱路及耐熱之電線電纜的最佳絕緣材料，成功用於各類家電用品(微波爐、電烤箱、吹風機、電鍋)，通訊設備/電腦、各類化學、機械及電氣/電子工業領域.其中 Teflon Insulation Sleeving 由於耐高溫、耐電壓(300V)而廣泛用於航太、汽車、醫療、電子變壓器、通訊等科技工業.Teflon insulation sleeving是變壓器進出線絕緣的最佳材料，其主要性質如下表： TEFLON之性質表 比重 2.12.3gr/cm 抗拉強度280352kg/cm 伸長率 200400% 抗拉彈性系數 0.4*10kg/cm 壓縮強度 120kg/cm 硬度(rockwell) D5055 沖擊張度(V) 16.4gm/1000回 磨擦系數 0mg/1000回 融 點 317327 熱變形溫度(4.6kg/cm) 260 絕緣破壞強度 4.5kv/mm 誘電率10 HZ 300sec 吸水率24Hrs 0