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，相應對電子變壓器的性能指標提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的電子變壓器已經(jīng)遠遠不能滿足市場發(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)、性能和應用。將有助于了解電子變壓器的發(fā)展方向，并引導電子變壓器行業(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、在一臺計算機控制的、曲線形硅鋼帶開料機上進行加工開料，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

　?。?）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性能，改善整機結(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﹤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，磁致伸縮應力就很容易被吸收，因而保證了應用無噪音。

　?。?）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，符合安全標準。

　　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：

　?。?）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

　　變壓器保護，過流保護又可分為短路保護和過載保護，熔斷器只能起到短路保護作用，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格要求，特別適用于作為在幾乎沒有負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。