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PCB變壓器和普通變壓器有什么區(qū)別?

2018年10月07日 11:28 網(wǎng)絡(luò)整理 作者:工程師譚軍 用戶評論(0
關(guān)鍵字:變壓器(128140)pcb(378503)
  變壓器
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  變壓器(Transformer)是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置,主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯(磁芯)。主要功能有:電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓(磁飽和變壓器)等。按用途可以分為:電力變壓器和特殊變壓器(電爐變、整流變、工頻試驗變壓器、調(diào)壓器、礦用變、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變壓器、沖擊變壓器、儀用變壓器、電子變壓器、電抗器、互感器等)。電路符號常用T當(dāng)作編號的開頭。例: T01, T201等。
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  變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成,線圈有兩個或兩個以上的繞組,其中接電源的繞組叫初級線圈,其余的繞組叫次級線圈。它可以變換交流電壓、電流和阻抗。最簡單的鐵心變壓器由一個軟磁材料做成的鐵心及套在鐵心上的兩個匝數(shù)不等的線圈構(gòu)成,如圖所示。
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  鐵心的作用是加強兩個線圈間的磁耦合。為了減少鐵內(nèi)渦流和磁滯損耗,鐵心由涂漆的硅鋼片疊壓而成;兩個線圈之間沒有電的聯(lián)系,線圈由絕緣銅線(或鋁線)繞成。一個線圈接交流電源稱為初級線圈(或原線圈),另一個線圈接用電器稱為次級線圈(或副線圈)。實際的變壓器是很復(fù)雜的,不可避免地存在銅損(線圈電阻發(fā)熱)、鐵損(鐵心發(fā)熱)和漏磁(經(jīng)空氣閉合的磁感應(yīng)線)等,為了簡化討論這里只介紹理想變壓器。理想變壓器成立的條件是:忽略漏磁通,忽略原、副線圈的電阻,忽略鐵心的損耗,忽略空載電流(副線圈開路原線圈線圈中的電流)。例如電力變壓器在滿載運行時(副線圈輸出額定功率)即接近理想變壓器情況。
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  變壓器是利用電磁感應(yīng)原理制成的靜止用電器。當(dāng)變壓器的原線圈接在交流電源上時,鐵心中便產(chǎn)生交變磁通,交變磁通用φ表示。原、副線圈中的φ是相同的,φ也是簡諧函數(shù),表為φ=φmsinωt。由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,原、副線圈中的感應(yīng)電動勢為e1=-N1dφ/dt、e2=-N2dφ/dt。式中N1、N2為原、副線圈的匝數(shù)。由圖可知U1=-e1,U2=e2(原線圈物理量用下角標1表示,副線圈物理量用下角標2表示),其復(fù)有效值為U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,稱變壓器的變比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k,即變壓器原、副線圈電壓有效值之比,等于其匝數(shù)比而且原、副線圈電壓的位相差為π。
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  進而得出:
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  U1/U2=N1/N2
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  在空載電流可以忽略的情況下,有I1/ I2=-N2/N1,即原、副線圈電流有效值大小與其匝數(shù)成反比,且相位差π。
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  進而可得
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  I1/ I2=N2/N1
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  理想變壓器原、副線圈的功率相等P1=P2。說明理想變壓器本身無功率損耗。實際變壓器總存在損耗,其效率為η=P2/P1。電力變壓器的效率很高,可達90%以上。 [1]
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  主要分類
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  一般常用變壓器的分類可歸納如下 [2] :
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  1、按相數(shù)分:
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  1)單相變壓器:用于單相負荷和三相變壓器組。
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  2)三相變壓器:用于三相系統(tǒng)的升、降電壓。
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  2、按冷卻方式分:
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  1)干式變壓器:依靠空氣對流進行自然冷卻或增加風(fēng)機冷卻,多用于高層建筑、高速收費站點用電及局部照明、電子線路等小容量變壓器。
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  2)油浸式變壓器:依靠油作冷卻介質(zhì)、如油浸自冷、油浸風(fēng)冷、油浸水冷、強迫油循環(huán)等。
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  3、按用途分:
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  1)電力變壓器:用于輸配電系統(tǒng)的升、降電壓。
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  2)儀用變壓器:如電壓互感器、電流互感器、用于測量儀表和繼電保護裝置。
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  3)試驗變壓器:能產(chǎn)生高壓,對電氣設(shè)備進行高壓試驗。
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  4)特種變壓器:如電爐變壓器、整流變壓器、調(diào)整變壓器、電容式變壓器、移相變壓器等。
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  4、按繞組形式分:
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  1)雙繞組變壓器:用于連接電力系統(tǒng)中的兩個電壓等級。
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  2)三繞組變壓器:一般用于電力系統(tǒng)區(qū)域變電站中,連接三個電壓等級。
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  3)自耦變電器:用于連接不同電壓的電力系統(tǒng)。也可做為普通的升壓或降后變壓器用。
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  5、按鐵芯形式分:
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  1)芯式變壓器:用于高壓的電力變壓器。
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  2)非晶合金變壓器:非晶合金鐵芯變壓器是用新型導(dǎo)磁材料,空載電流下降約80%,是節(jié)能效果較理想的配電變壓器,特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負載率較低地方。
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  3)殼式變壓器:用于大電流的特殊變壓器,如電爐變壓器、電焊變壓器;或用于電子儀器及電視、收音機等的電源變壓器。
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  特征參數(shù)
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  工作頻率
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  變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大,故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計和使用,這種頻率稱工作頻率。
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  額定功率
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  在規(guī)定的頻率和電壓下,變壓器能長期工作而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。
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  額定電壓
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  指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓,工作時不得大于規(guī)定值。
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  電壓比
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  指變壓器初級電壓和次級電壓的比值,有空載電壓比和負載電壓比的區(qū)別。
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  空載電流
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  變壓器次級開路時,初級仍有一定的電流,這部分電流稱為空載電流??蛰d電流由磁化電流(產(chǎn)生磁通)和鐵損電流(由鐵芯損耗引起)組成。對于50Hz電源變壓器而言,空載電流基本上等于磁化電流。
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  空載損耗
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  指變壓器次級開路時,在初級測得功率損耗。主要損耗是鐵芯損耗,其次是空載電流在初級線圈銅阻上產(chǎn)生的損耗(銅損),這部分損耗很小。
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  效率
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  指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大,效率就愈高。
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  絕緣電阻
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  表示變壓器各線圈之間、各線圈與鐵芯之間的絕緣性能。絕緣電阻的高低與所使用的絕緣材料的性能、溫度高低和潮濕程度有關(guān).

  PCB變壓器

  PCB變壓器可指位于印刷電路板上的變壓器,或含有多氯聯(lián)苯的變壓器。本文所述PCB變壓器指位于印刷電路板上的變壓器,而非含有多氯聯(lián)苯的變壓器。

  用于印刷電路板的變壓器須為緊湊型,也因如此該變壓器不具備復(fù)雜的冷卻機制,該冷卻機制有時須納入其他變壓器設(shè)計內(nèi)。這些變壓器通常具有針對最高溫度與最低溫度的額定值;在此額定值下可進行操作。只要保持在該溫度范圍內(nèi),則該變壓器可提供可靠服務(wù),因其為變壓器,幾十年可不斷提供服務(wù)。

  若要了解印刷電路板變壓器的工作原理,需先了解什么是印刷電路板及其工作原理。

  什么是印刷電路板?

  印刷電路板是一種以極其緊湊、簡便的方式連接各類電子元件的方法。印刷電路板使用的是由層壓在絕緣表面上的銅片制成的路徑,而不使用標準布線。該路徑被酸蝕刻到電路板上。

  配備有線設(shè)備的印刷電路板稱為印刷線路板??梢园l(fā)現(xiàn),印刷電路板及印刷線路板均用于各種不同的電子應(yīng)用中。大多數(shù)人熟悉的印刷電路板設(shè)計位于計算機內(nèi)部,提供裝置所需的所有各類組件,以極其緊湊裝置的形式運轉(zhuǎn),生產(chǎn)經(jīng)濟、性能卓越,且使用壽命長。

  PCB的歷史

  雖然大多數(shù)人可能認為印刷電路板是現(xiàn)代發(fā)明,但實際上這些設(shè)備的使用始于100多年前。最初的實驗涉及現(xiàn)在仍在所用工藝的早期版本。例如,二十世紀初,托馬斯?愛迪生已經(jīng)致力于將亞麻紙作為一種印刷電路板。其他發(fā)明家也都致力于相同的設(shè)想,利用各種不同的材料和技術(shù),試圖在表面上蝕刻永久電路。

  第二次世界大戰(zhàn)之前,印刷電路板已被投入使用。其被應(yīng)用于炸彈的近炸引信中。像第二次世界大戰(zhàn)期間迅速發(fā)展的大多數(shù)技術(shù)一樣,印刷電路板最終使該技術(shù)進入了消費者市場。二十世紀50年代之前,已出現(xiàn)配備印刷電路板的消費性裝置。

  用戶看到的第一批印刷電路板帶有電線,各組件粘附在印刷電路板上,時常通過電線從其下方進行連接。然而隨著技術(shù)的發(fā)展,更為常見的是,組件僅設(shè)在印刷電路板表面。隨著時間的推移,該技術(shù)已成為普遍做法。

  如今,印刷電路板具有極其復(fù)雜且強大的電子設(shè)備,耐沖擊、可持久使用,且不存在與電路板上安裝的實際物理電線有關(guān)的缺點。

  生產(chǎn)PCB的材料是什么?

  令人驚訝的是,制作印刷電路板僅需四個簡單組件。用戶制作印刷電路板時,僅需要銅箔、覆銅薄層壓板、浸樹脂布和非覆銅薄層壓板。

  盡管組件簡單,但生產(chǎn)過程相當(dāng)復(fù)雜。大多數(shù)人熟悉的一部分工藝為蝕刻。蝕刻工作十分簡單,且允許以可承受價批量生產(chǎn)印刷電路板。

  印刷電路板上不得出現(xiàn)可溶解銅的材料。所有保留在后方的部分均為擬納入電路板的路徑。制造商也有可能制造雙面電路板并使用其他技術(shù),使電路板更加多樣。

  如今可以看到,電子設(shè)備中使用的電路板為該類技術(shù)的典型應(yīng)用。多年以來,其構(gòu)造方式經(jīng)歷了多次改變,隨著技術(shù)的提高,極大提高了電路的復(fù)雜性,使其能夠安裝在印刷電路板上。

  業(yè)余愛好者也可以自己制作印刷電路板??衫帽∧せ蚣す庥∷C,皆可生產(chǎn)所需的印刷電路板模型,移除后僅留下電路板。

  什么是PCB變壓器??

  PCB變壓器是專門設(shè)計用于印刷電路板的變壓器。其通常為明裝裝置,位于電路板表面,提供可能需要的任何變壓或電流變換。

  這些裝置具有各種不同的性能和尺寸,確保其種類可供任何可以想象到的產(chǎn)品進行選擇。同時也有廉價的部件,使印刷電路板以更加經(jīng)濟可行的方式生產(chǎn)電子元件。

  還有一種無芯的PCB變壓器。這使得變壓器的尺寸大大降低,盡管這些裝置基本還處于實驗階段。但該裝置的應(yīng)用范圍仍是巨大的。

  哪種應(yīng)用使用PCB變壓器?

  PCB變壓器用于各種不同的應(yīng)用中。在計算機硬件中,變壓器可逐步將電壓降低至安全水平,使其不可或缺。其還被應(yīng)用于各種不同的生產(chǎn)過程中,及其他需要變壓器的消費性裝置中。與使用大型變壓器相比,PCB變壓器可真正節(jié)約大量資金并在設(shè)計中節(jié)省大量空間。

  誰生產(chǎn)PCB變壓器??

  ? Block

  Block是組件銷售商,從業(yè)時間較長,除了出售PCB變壓器外,還銷售各種各樣的其他產(chǎn)品。

  ? Halo電子

  Halo電子公司總部位于加利福尼亞州的圣克拉拉,經(jīng)銷各類電子元件,包括適用于各類不同應(yīng)用的變壓器。

  ? 哈蒙德

  哈蒙德電子公司位于佛羅里達州的奧蘭多,是另一家受歡迎的電子元件生產(chǎn)商,包括PCB變壓器。

  ?村田電源

  為滿足大小型消費者需求,村田電源在全球設(shè)有辦事處,并供應(yīng)各類不同電子元件。

  ? Myrra

  Myrra是一家大型電子元件供應(yīng)商,供應(yīng)適用于工業(yè)應(yīng)用及家庭有線應(yīng)用的產(chǎn)品。

  RS

  RS生產(chǎn)各類電子元件,全部產(chǎn)品目錄可登錄各個網(wǎng)站獲取。

  ?夏弗納

  夏弗納公司專門從事于電磁兼容性產(chǎn)品,并向各行各業(yè)提供該產(chǎn)品。

  ? Stancor

  Stancor公司向各類行業(yè)提供變壓器,在世界范圍內(nèi)向行業(yè)大量供應(yīng)產(chǎn)品。其總部位于密蘇里州圣路易斯。

  什么是PCB變壓器的初級額定電壓?

  PCB變壓器的初級額定電壓為通過線芯上一次繞組的電壓。其由線芯的繞組數(shù)量決定。

  什么是PCB變壓器的次級額定電壓?

  PCB變壓器的次級額定電壓為轉(zhuǎn)換之后通過次級線芯的電壓。這和一次繞組上的電壓情況一樣,由繞組數(shù)量決定。

  什么是PCB變壓器的額定功率?

  變壓器的額定功率為,不過載的情況下裝置可處理的功率量。在極高功率變壓器中,利用冷卻劑,如液體和加壓氣流保持熱量,至可接受的水平。在印刷電路板上,水平與極高功率變壓器中的水平不一樣高,但這些熱階可能對于裝置是否能夠利用印刷電路板運行絕對至關(guān)重要。

  有何安裝方式?

  主要有兩種方式可為印刷電路板配備變壓器:明裝和通孔安裝。也可以直接在印刷電路板上蝕刻變壓器,但這顯然不需要進行任何安裝。

  ?明裝

  明裝的PCB變壓器無穿透印刷電路板的銷釘或其他組件。這為更緊湊的設(shè)計提供了可能。

  多年以來,明裝組件已成為印刷電路板的常見零件。因其便于更緊湊的設(shè)計,所以通常優(yōu)先采用這種方法,將各類電子元件安裝到印刷電路板上。但情況并非總是如此,拆卸任何計算機或其他電子設(shè)備很可能表明,該裝置的大部分組件已被安裝至電路板表面,且無線或其他物件穿過。

  ? 通孔安裝

  在印刷電路板上通孔安裝的變壓器配有穿透電路板的連接器。這為使用多層印刷電路板和其他應(yīng)用提供了可能。通常,與直接安裝在表面上相比,通孔安裝方法是一種印刷電路板上安裝組件較不緊湊且更過時的方法。對于某些應(yīng)用及特定組件而言,其仍為印刷電路板上安裝的最佳方法。但您會發(fā)現(xiàn),目前印刷電路板上的絕大多數(shù)變壓器組件都為明裝。對于舊設(shè)備,將其拆卸后可看到具有大量通孔安裝組件的印刷電路板。

  什么是PCB變壓器的輸出量?

  輸出量表示PCB變壓器上可用的變壓輸出量。見待定變壓器數(shù)據(jù)表所規(guī)定。

  PCB變壓器的最大工作頻率限定了什么?

  PCB變壓器的最大工作頻率—通常以赫茲為單位進行測量—限定最高頻率,在此頻率下變壓器安全操作,并獲得所需的輸出參數(shù)。

  PCB變壓器的最低工作頻率限定了什么?

  PCB變壓器上附有最低工作頻率說明書。以較低的頻率運行變壓器時,可能導(dǎo)致不可預(yù)期的結(jié)果,并可能對組件造成實際損害。

  PCB變壓器的最低溫度限定了什么?

  每個電子元件都有最低工作溫度。在PCB變壓器上,該數(shù)值可能是相關(guān)的,因為工業(yè)設(shè)備或其他設(shè)備上安裝的變壓器可能在接近或低于最低溫度的情況下運行。低于最低工作溫度時,無法保證變壓器的性能。

  PCB變壓器的最高溫度限定了什么?

  所有變壓器產(chǎn)生一定程度的熱量,且PCB變壓器最高溫度限定了最熱條件,在此條件下可運行變壓器。超過該值則可能導(dǎo)致故障、電路損壞和其他問題。因為印刷電路板變壓器不具有液體冷卻或其他復(fù)雜的冷卻方式,工程師必須牢記最高工作溫度。

  有關(guān)PCB變壓器的3D CAD模型限定了什么?

  PCB變壓器的3D CAD模型將限定變壓器的形狀、大小、輸出配置和其他方面,以使其精確符合給定組件的設(shè)計。由于市場上存在很多不同的設(shè)計,因此在利用這些組件時靈活性很強,但3D CAD模型可確保所有使用的部件在產(chǎn)品上互相兼容。


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