數(shù)字變壓器未來發(fā)展趨勢

變壓器自從1885年發(fā)明問世至今，已有120余年的歷史。隨著電子技術(shù)發(fā)展，電子變壓器行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，呈現(xiàn)出產(chǎn)品類型多樣性。

　　電子技術(shù)飛速發(fā)展，呈現(xiàn)電子設(shè)備大功率、小型化的趨勢，相應(yīng)對電子變壓器的性能指標(biāo)提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的電子變壓器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場發(fā)展的要求。因此各種新技術(shù)、新材料和新工藝的研究與使用，不斷的給電子變壓器行業(yè)注入活力，增強了電子變壓器的市場潛力。

　　為適應(yīng)電子設(shè)備的小型化，電子變壓器的一個重要發(fā)展方向是從立體結(jié)構(gòu)向平面結(jié)構(gòu)，片式結(jié)構(gòu)，薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)展，從而形成一代又一代的新型電子變壓器：R型變壓器、平面變壓器、片式變壓器、薄膜變壓器。電子變壓器的整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展，形成新的磁芯結(jié)構(gòu)和線圖結(jié)構(gòu);采用新的材料，對技術(shù)和生產(chǎn)工藝帶來新的發(fā)展方向。

　　文章綜述了R型變壓器、印刷電路（PCB）型平面變壓器、壓電變壓器、薄膜PCB平面變壓器的原理、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用。將有助于了解電子變壓器的發(fā)展方向，并引導(dǎo)電子變壓器行業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。

　　2 R型變壓器

　　2.1 概述

　　R型變壓器zui早是日本20世紀(jì)80年代研制成功的一種高技術(shù)、高性能、節(jié)能型新穎電子變壓器。 鐵芯系采用寬窄不一的取向冷軋硅鋼帶卷制成腰園形，而且截面呈圓形，不用切割即可繞制。因此，由此制造的變壓器無噪聲、漏磁小、空載電流小、鐵損低、效率高;并且由于線圈是圓柱形，每圈的銅線長度短，所以內(nèi)阻小，銅耗低，溫升低，過載波動小，爆發(fā)力比環(huán)形變壓器還好;另外，初、次級線圈采用阻燃PBT工程塑料制成的骨架分別繞制，從而抗電強度高，阻燃性好［1-4］。

　　R型變壓器的出現(xiàn)，當(dāng)時被稱為變壓器的一次革命。在20世80年代末到90年代初，R型變壓器傳入我國，很快被我國電子行業(yè)重視。

　　R型變壓器是以外形結(jié)構(gòu)命名的，它的截面像字母，故得名R型變壓器。

　　2.2 R型變壓器的結(jié)構(gòu)特點

　　作為型的R型鐵芯，其選用的材料是厚度為0.3mm（或更薄一些）的冷軋有取向的高導(dǎo)磁硅鋼帶料，R型鐵芯是由一根經(jīng)過正確計算的、在一臺計算機(jī)控制的、曲線形硅鋼帶開料機(jī)上進(jìn)行加工開料，形成兩頭窄中間寬的特殊的曲線形硅鋼帶，將這根特殊的硅鋼帶通過的R型鐵芯卷繞機(jī)卷繞而成，經(jīng)熱處理退火、浸漬絕緣漆，一次成型。R型鐵芯的外觀光滑，呈橢圓形，鐵芯柱的橫截面近似為圓形。圖1示出理論上的硅鋼帶展開圖，圖2示出曲線形硅鋼帶，圖3示出R型鐵心圖。

　　圖1 理論上的硅鋼帶展開圖

　　圖2 曲線型硅鋼帶

　　圖3 R型鐵心圖

　　R型鐵芯不必切割，是一個整體，鐵芯柱的橫截面占空系數(shù)達(dá)到99﹪。鐵芯磁路中的氣隙很少，空載損耗小，噪聲低。線圈采用兩個圓筒形分離式骨架，對稱繞在兩個鐵芯柱上。

　　2.3 R型變壓器的性能

　　（1）R型變壓器的漏磁小

　　R型變壓器的鐵芯沒有磁隙且繞線均衡，因而漏磁小，只有E型變壓器的1/10以下， C型變壓器的1/5，這是由于兩個線包反相平分卷線后，漏磁相反，漏磁相互抵消，從而使總漏磁減少到zui小。無需設(shè)計任何防漏磁措施便能提高整機(jī)性能，改善整機(jī)結(jié)構(gòu)。

　　（2）R型變壓器效率高

　　由于鐵芯無切割， 鐵損很少， 加之采用高品質(zhì)的材料和緊湊結(jié)構(gòu)， 使鐵芯與繞組之間的距離降到zui小， 故效率可達(dá)到90﹪以上。

　　（3）R型變壓器勵磁電流小

　　R型變壓器設(shè)計合理，因而具有鐵損低、產(chǎn)生熱量少，勵磁電流小和能耗省的特點。

　?。?）R型變壓器頻率特性好

　　R型變壓器在音頻范圍內(nèi)工作中，電壓波形失真度﹤0.2﹪，頻率響應(yīng)﹤1db; R型變壓器在中頻（400Hz）工作中，顯示出極小的空載電流和空載損耗，其數(shù)量級甚至可以達(dá)到工作在50Hz中的量值。

　?。?）R型變壓器體積小，重量輕

　　R型變壓器是用無切割鐵芯卷繞，使用取向性硅鋼片，因而體積小、重量輕。比EI型變壓器小30﹪，輕40﹪，薄40﹪。常用臥式結(jié)構(gòu)，薄形化，適合于高密度安裝。

　?。?）R型變壓器無噪音發(fā)熱小

　　由于R型變壓器是用無切割鐵芯卷繞，具有均勻圓形截面和連續(xù)的繞線，繞組呈圓形，平均匝長減少6﹪~10﹪，用銅量少，銅耗和發(fā)熱都很低，溫升不到E型變壓器的1∕2。且由于沒有切割，磁致伸縮應(yīng)力就很容易被吸收，因而保證了應(yīng)用無噪音。

　?。?）R型變壓器安全系數(shù)高

　　由于R型變壓器*的設(shè)計，有阻燃材料制成的互相分離的初級與次級骨架，絕緣性能優(yōu)良，符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.4 R型變壓器使用注意事項

　　2.4.1 R型變壓器的沖擊電流

　　當(dāng)變壓器次級開路，初級加額定電壓時的瞬間，初級電流有一個瞬時的沖擊過程， 稱之謂沖擊電流。沖擊電流持續(xù)時間很短，在通常50Hz條件下，此電流將持續(xù)1/4~1/2周期， 也就是5ms~10ms， 之后便進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

　　在數(shù)毫秒之內(nèi)的十倍于額定電流都不會使絕緣材料和繞組受損。

　　R型變壓器所*的沖擊電流比較大的特點，降低沖擊電流有以下方法：

　　（1）可以降低鐵芯的磁通密度Bm，增加初級繞組匝數(shù)w，使變壓器在空載合閘時降低鐵芯飽和程度， 從而降低沖擊電流，但其前提是犧牲了變壓器的功率。

　?。?）功率較大的R型變壓器可采用初級阻繞在外層，次級繞組繞在內(nèi)層的繞制方法，來降低沖擊電流。

　　2.4.2 R型變壓器的保護(hù)

　　變壓器保護(hù)，過流保護(hù)又可分為短路保護(hù)和過載保護(hù)，熔斷器只能起到短路保護(hù)作用，針對沖擊的問題，變壓器初級所采用的熔斷器可采用延時熔斷絲，或者其額定電流取到變壓器額定電流的3~3.5倍即可。

　　2.5 R型變壓器的應(yīng)用

　　R型變壓器的空載損耗很低，能滿足目前世界各國對電器、電子產(chǎn)品的電源部分的日趨嚴(yán)格要求，特別適用于作為在幾乎沒有負(fù)載的情況下必要長期通電的電源變壓器。

　　R型變壓器的噪音特別低，有良好的隔離效果，輸出功率大。使用高精度繞線機(jī)制造的R型變壓器在儀器或音響設(shè)備中使用有突出的表現(xiàn)，能改善設(shè)備中的訊噪比，隔離電網(wǎng)帶給設(shè)備的多次諧波干擾，能使音響的損音下降，動態(tài)增加，提高音質(zhì)效果。

　　R型變壓器有以上的優(yōu)點，廣泛用于工業(yè)控制，家用電器，音響，信號裝置，辦公設(shè)備，通信設(shè)備，測試儀器及醫(yī)療儀器等。