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变压器

2023-03-17 21:09自然百科人已围观

[拼音]：bianyaqi

[外文]：transformer

利用电磁感应原理将电能或电信号从一个电路传递到另一个电路的静止器件。电子电路中的变压器主要用于电压幅度变换和电路负载的阻抗匹配变换。它由绕在铁芯上的初级绕组（原组）和次级绕组(副组)组成。工作电压自毫伏级到千伏级；输出功率从毫瓦级到千瓦级；工作频率从几十赫一直到射频；波形除正弦波外，还有矩形波、脉冲波和各种复杂的波形。常用的变压器除一般的电源变压器外，还有音频变压器、阻抗匹配变压器、脉冲变压器、视频变压器、射频变压器等。

发展简况

1831年英国物理学家M.法拉第最早进行变压器实验。1888年美国N.特斯拉取得多相感应电动机的专利后，将变压器应用于电力传输系统中。1892年英国的J.A.弗莱明撰写的第一本关于变压器的专著于伦敦出版，1904年他又发明了真空二极管，对整流变压器在电子电路中的应用起到促进作用。20年代，无线电广播事业兴起，小型电源变压器和音频变压器广泛应用于各类收音机中。脉冲变压器的应用与30年代后雷达与电视的发展密切相关。

基本原理

对于单相变压器来说，当交流电压U₁加于初级绕组N₁，在次级绕组N₂上便感应出电压U₂，其关系式为

公式符号　　　　　 (1)

如副组接上负载，在变压器损耗很小的情况下，输入电流I₁与输出电流I₂之比为

公式符号　　　　　 (2)

从式(1)、(2)可得出I₁U₁≈I₂U₂。因此，在额定负荷下变压器的输出功率约等于输入功率。当副组接上负载Z，对电源来说相当于接上阻抗为Z′＝n²Z的负载。在电子技术中，可以利用阻抗变换来达到阻抗匹配，从而获得最佳输出特性。

当频率在音频以上时，须考虑分布参数的影响，这时变压器的等效电路如图1。图中，R₁、R₂、L₁、L₂、C₁、C₂分别为初、次级绕组的电阻、漏感量和分布电容量；C₁₂为初级与次级绕组间的电容量;L_oc为初级开路时的电感量；R_c为等效铁芯损耗电阻;N₁N₂分别为初、次级的匝数；T为理想变压器。

结构与材料

变压器由铁芯和绕组组成，有时还要加屏蔽。铁芯是变压器磁路的主体，它的结构形式有芯式及壳式两类（图2）。芯式铁芯的优点是散热面积大，适用于较大功率；采用双绕组芯式铁芯时，外界磁场的干扰电势可互相抵消，因此这种结构适用于低电平输入变压器。壳式的优点是结构简单，但体积较大，一般用于小功率电源变压器。环形(属芯式)和盒形（属壳式）磁路无空气隙，所以漏磁小，受外界干扰也小，更适用于较高频率。

铁芯材料须根据变压器的使用频率来选择，常用铁芯材料的使用频率和变压器类型如表。

* A-音频变压器，B-电源变压器，C-脉冲变压器，D-饱和电抗器，E-宽频带变压器，F-逆变变压器，G-仪表用变压器。** 1-插片，2-带状卷绕、切割卷绕、切割，3-带状卷绕、环形、矩形，4-环形、矩形，5-盒形。

绕组由漆包线和绝缘材料构成，应具有足够的抗电强度及耐热性。绕法有一般、交叉、分段、环形绕法等。适当选择绕法可降低分布电容和减小漏感。

类型和应用

电子电路中应用的变压器类型很多，根据频率区分有电源变压器、音频变压器和脉冲变压器。

电源变压器

用于各种电子设备和仪器。初级接入电源，次级可有多个输出不同电压的绕组。

音频变压器

主要作级间耦合、阻抗匹配和功率传输等。音频变压器包括话筒变压器、输入及输出变压器、级间变压器、隔离变压器等。这种变压器的频率响应好，对工作于音频低端的主电感量要大；工作于音频高端的漏感量和分布电容要小。可选择导磁率较高的磁芯和采用分段和交叉绕法等措施来实现。

脉冲变压器

用于计算机、雷达、电视等的脉冲电路中。主要用作脉冲电压幅度变换、阻抗匹配、脉冲功率输出等。当输入为矩形脉冲时，漏感和分布电容将影响脉冲前沿抖动，而分布电容和初级电感量有可能在后沿引起振荡；如脉冲宽度较大，则主电感量的大小将是主要的影响因素。为此，要想从次级获得小失真和最低功耗的脉冲输出，对铁芯的选择和绕组结构的要求都应比音频变压器严格，脉冲重复频率越高，要求也越严。

变压器的发展方向是:采用质量更高的磁性材料，如更薄的晶粒取向硅钢带材、超高导磁率的镍铁合金等;进一步改革结构以提高脉冲变压器单位体积内的输出功率和使用频率上限；采用耐更高温、绝缘性能更为优良的导线等。

参考书目