环型变压器的发展

    概述

    自米切尔·法拉第发明了变压器以来，变压器生产工艺和使用材料发生了重大改变。最初由于线圈骨架上容易绕线，叠片变压器得到广泛应用。但是由于叠片变压器的磁路有气隙，磁路的有效性不高。C型铁芯变压器虽然减小了气隙，并保留了线圈骨架上容易绕制线圈的优点，但是磁路中仍有气隙。

    高速环型变压器绕线机的发明，使得有可能快速、乎整地把导线绕在封闭的环型铁芯上，因而可以发挥无气隙铁芯的全部优点。无气隙铁芯变压器和同等容量的叠片变压器相比，有体积小、重量轻、漏磁小等优点。近年来，由于劳动力成本急剧上升和绕线技术不断改进，环型变压器与叠片变压器的价差很小。目前，与叠片变压器和C型变压器相比，15～50VA的环型变压器价格较贵，200～500VA环型变压器的价格略低一些，500VA以上环型变压器的价格有很大优势。然而，在许多应用中，环型变压器的技术特性优势更重要。

    环型铁芯

    环型铁芯由硅钢带缠绕而成，很象一个绕紧的钟表发条，绕好后浸渍并封装于塑料壳内，铁芯可以涂覆。

    1990年，铁芯材料的最重大发明是：在低含碳量0．04%热轧低碳钢中，渗入少量的硅，形成合金，改善了热轧硅钢带的性能。新材料虽克服了磁性退化问题，但导磁率和延展性下降，冲压和成型困难。

    l930年冷轧硅钢带在压延方向上的磁特性得到重大改善，晶粒取向性、硅钢带的工作磁通密度、导磁率大大提高，损耗减少。遗憾的是，这些优点只有在磁通与晶粒方向一致的条件下，才能够得到。对于叠片铁芯磁路的研究表明，大约有40％铁芯与最优方向成90°；另外40％做为磁通回路，剩余的一小部分铁芯能够充分发挥潜能状态。然而，在环型铁芯中，磁通方向总与晶粒方向一致，但当晶粒取向与磁通方向成90°时，GOSS的有效性比热轧硅钢带的性能还要差。

    GOSS铁芯的平均工作磁密大约为1.6T，相应的热轧硅钢带大约为1．3T，两种材料相应的耗损为0．45W／1B和1．25W／1B，比铜损小许多。

    低铁损的主要原因是，环型铁芯有一个连续不断的磁路，而叠片铁芯变压器在EI片间有气隙；因此，存在较大的气隙磁阻是叠片变压器的主要缺点。

    在磁性元件中，空气间隙的滋阻远远大于铁芯的滋阻。空气间隙的磁阻不仅使叠片铁芯变压器效率降低，而且还会使气隙边缘磁密增加。一部分磁通漏到变压器周围的空间，在导线、印制板和无源元件上产生寄生电动势。为了减少气隙的影响，可采用C型铁芯。把钢带绕在芯轴上，浸渍后切成两半，磨光切开的表面，抛光并蚀刻。这样，两部分铁芯在线圈骨架内接触时，间隙很小。环型铁芯没有空气间隙，并且有反向缠绕的绕组，可进一步减小寄生磁场，电噪声可减小到叠片变压器的1／7～1／10。

    环型铁芯不但磁性能优良，而且还有许多机械方面的优点：片间压力可以严格控制，并且可达到95％的同一水准。采用浸渍技术，可使铁芯成为牢固的整体，在绕线和加工过程中不变形；由于环型铁芯非常牢固，减少了磁致伸缩力的影响；因而减少了振动和音频噪声。

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