电子变压器根本常识解析

电子变压器（Power Electronic Transformer, PET）又称电子电力变压器（Electronic Power Transformer, EPT），固态变压器（Solid State Transformer, SST）和柔性变压器（Flexible Transformer, FT），是一种通过电力电子技能实现能量通报和电力变换的新型变压器。
对现有的电力电子变压器拓扑构造进行剖析和总结，可以对电力电子变压器作出如下定义：所谓电力电子变压器，是一种将电力电子变换技能与基于电磁感应事理的高频电能变换技能进行结合，实现将一种电力特色的电能变换为另一种电力特色的电能的静止电力设备。

特点

电子变压器是一种新型的电能转换设备，它不仅具备传统电力变压器所具有的电压变换、电气隔离和能量通报等基本功能，还能够实现电能质量的调节、系统潮流的掌握以及无功功率补偿等其它附加功能。
电力电子变压器之以是能够实现这些附加功能，紧张是由于它通过引入电力电子变换技能及掌握技能之后，能够对变压器的原方和副方的电压或者电流的幅值、相位进行灵巧的处理和掌握，并且可以根据实际须要对系统的潮流进行掌握。
因而电力电子变压器可以实现更为稳定和灵巧的输电，可以办理当今电力系统中所存在的许多问题，其运用的前景也将十分广阔。

与传统的电力变压器比较，PET 具有如下特点：

①体积小，重量轻；

②用空气可冷却，不需绝缘油进行隔离，减少污染，且掩护方便，安全性好；

③能够使变压器的副方输出恒定幅值的电压；

④能够改进电能质量，可以得到正弦波形的输入电流、输出电压且能够实现单位功率因数，且变压器两侧的电压、电流均可控，因而能任意调节功率因数；

⑤具有断路器的功能，大功率电力电子器件可瞬时（在奇妙级韶光内）关断故障大电流，省去了继电保护装置。

其余，电力电子变压器还具有一些分外的用场如：与蓄电池连接之后，可以提高供电的可靠性；能够实现三相变两相或三相变四相等分外变换功能；能够同时输出互换电和直流电等。
在文献中，作者对常规电力变压器和自平衡电力电子变压器进行了仿真比拟和剖析，文献紧张针对五种工况进行了仿真研究，从仿真的结果来看，PET 无论是在满载额定运行、低压侧一相断线、三相短路，以及高压侧电压三相不平衡和有谐波污染等工况下都有较好的输入输出特性，能够避免一侧系统的不平衡对另一侧系统的影响，因而较常规电力变压用具有更加优秀的性能。

分类

A　按事情频率分类：

工频变压器：事情频率为50Hz或60Hz

中频变压器：事情频率为400Hz或1KHz

音频变压器：事情频率为20Hz或20KHz

超音频变压器：20KHz以上，不超过100KHz

高频变压器：事情频率常日为上KHz至上百KHz以上。

B　按用场分类：

电源变压器：用于供应电子设备所需电源的变压器

音频变压器：用于音频放大电路和音响设备的变压器

脉冲变压器：事情在脉冲电路中的的变压器，其波形一样平常为单极性矩形脉冲波

特种变压器：具有一种分外功能的变压器，如参量变压器，稳压变压器，超隔离变压器，传输线变压器，漏磁变压器

开关电源变压器：用于开关电源电路中的变压器

通讯变压器：用于通讯网络中起隔直、滤波的变压器

材料

电子变压器材料紧张有

骨架（Bobbin,Base,Case）

线材（Copper Wire）

磁芯（Ferrite Core,SI-Steel Lamination）

铜箔（Copper Foil）

绝缘胶带（Tape）

安全胶带，也称档墙（Margin Tape）

套管（Tube）

化学材料：焊锡（Solder Bar），绝缘油（Varnish），胶类（Epoxy,Glue），稀释剂（Thinner），助焊剂（Scaling Powder），油墨（Ink）

工艺流程

1）预加工，如铜箔、骨架等预加工；（beforehand process）

2）绕线；（winding coil）

3）理线（配线）（termianl lead wire）；

4）焊锡一；（dip solder 1）

5）组合磁芯，包含点胶、包胶带；（assembly）

6）测试一；（test 1）

7）烤胶；（bake glue）

8）含浸；（dip varnished or vacuumed varnish）

9）烤凡立水；（bake varnish）

10）焊锡二；（dip solder 2）

11）测试二；（test 2）

12）外不雅观检讨及清理；（inspection&cleaning）

13）成品包装；（packing）

把稳：此流程为通用流程，对付详细产品部分流程可删除。

事理

电力电子变压器是一种将电力电子变换器（整流器、逆变器）和高频变压器相结合，实现传统电力变压器电宇量变换、能量通报以及系统隔离等基本功能的输配电装置。
由于目前运用于电力系统的功率器件，无论在容量还是耐压等级方面，都较输电系统低，以是估量电力电子变压器未来在电力系统运用应首先在配电领域实现。
[2]

电力电子变压器的电力电子变换器（整流、逆变器）应包括主电路和掌握电路两部分组成。
对付配电系统的变压器，为了与常规电力变压器同等，以是将与电源侧相连的电力电子变换器及与其对应的高频变压器的相应绕组定义为一次侧；将与负荷侧相连的电力电子变换器及与其对应的高频变压器的相应绕组定义为二次侧。
二者之间通过高频变压器相连。
[2]

事情事理为：在一次侧，工频母线高压通过电力电子变换器的浸染变成高频互换方波，即一次侧将电压的频率提高，实现升频的浸染。
由于变压器的体积与铁芯材料饱和磁通密度和绕组最大容许温升有关，饱和磁通密度大的变压器的体积也大。
而铁芯材料的饱和磁通密度又和变压器的事情频率成反比，以是一次侧电力电子变换器的升频浸染，可以提升铁芯材料的利用率，以减小变压器的体积，节省变压器所占空间。
这也是电力电子变压器比较于传统电力变压器的一大优点。

特点

电子变压器，输入为AC220V，输出为AC12V，功率可达50W-300W。
它紧张是在高频电子镇流器电路的根本上研制出来的一种变压器电路，其性能稳定，体积小，功率大，因而战胜了传统的硅钢片变压器体大、笨重、价高档缺陷。

电子变压器便是无稳压型开关电源，它实际上便是一种逆变器。
首先把互换电整流成直流电。
然后用电子元件组成一个高频振荡器把直流电变为高频互换电，通过开关变压器输出所须要的电压然后二次整流供用电器利用。
开关电源具有体积小，重量轻，价格低等优点，以是被广泛用在各种电器中。

根据高频开关管的驱动办法不同，可分为自激振荡式与他激式。

自激式

电子变压器事情事理电路如图所示。
电子变压器事理与开关电源事情事理相似，二极管VD1～VD4构成整流桥把市电变成直流电，由振荡变压器T1，三极管VT1、VT2组成的高频振荡电路，将脉动直流变成高频电流，然后由铁氧体输出变压器T2对高频高压脉冲降压，得到所需的电压和功率。
R1为限流电阻。
电阻R2、电容C1和双向触发二极管VD5构成启动触发电路。
三极管VT1、VT2选用S13005，其B为15～2 0倍。
也可用C3093等BUceo>=35OV的大功率三极管。
触发二极管VD5选用32V旁边的DB3或VR60。
振荡变压器可低廉甜头，用音频线绕制在 H7 X 10 X 6的磁环上。
TIa、T1b绕3匝，Tc绕1匝。
铁氧体输出变压器T2也需低廉甜头，磁心选用边长27mm、宽20mm、厚10mm的EI型铁氧体。
T2a用直径为0.45mm高强度漆包线绕100匝，T2b用直径为1.25mm高强度漆包线绕8匝。
二极管VD1～VD4选用 IN4007型，双向触发二极管选用DB3型，电容C1～C3选用聚丙聚酯涤纶电容，耐压250V。

电路事情时，A点事情电压约为12V；B点约为25V；C点约为105V；D点约为10V。
如果电压不知足上述数值，或电路不振荡，则应检讨电路有无错焊、漏焊或虚焊。
然后再检讨VT1、VT2是否良好，T1a、T1b的相位是否精确。
全体电路装调成功后，可装入用金属材料制作的小盒内，发利于屏蔽和散热，但必须把稳电路与外壳的绝缘。
引外，改变T2 a、b二线圈的匝数，则可改变输出的高频电压。

他激式

在接通工频市电电源后，桥式整流器通过Rs的电流除流入IC脚VCC上的启动电流外，别的的大部分电流对电容CVCC1充电。
当IC脚VCC上的电压达到启动阈值（11.8 V）后，IC开始事情。
一旦IC启动，由CSNUB、DCP1和DCP2组成的电荷泵电路为IC脚VCC馈送电流。
自举二极管DB和电容CB为IC高侧驱动器电路供电。
齐纳二极管DZ用作分流IC过剩电流，以防止IC破坏。

卤素灯灯丝电阻为带正温度系数，在室温下的“冷电阻”远小于灯事情时的“热电阻”。
在灯启动时，会产生较大的浪涌电流，影响灯寿命。
但IR2161供应软启动操作，可以避免浪涌电流产生。
在灯启动期间，IR2161输出125 kHz的高频。
由于系统中输出高频变压器T1低级漏感是固定的，在较高的频率下呈现较高的阻抗，低级绕组上的电压较低。
致使变压器输出电压较低，灯电流较小，同时也避免了保护电路被触发。
约经1 s的韶光，电路以较低频率运行。
在此过程中，IC脚3外部电容CSD上的电压从OV增加到5V。

当空载时，VCSD=OV，振荡器频率约60kHz。
在最大负载下，VCSD=5V，振荡器频率约30kHz。
当输出短路时，大电流流过半桥，被RCS感测。
只要IC脚4（CS）上电压超过1V的门限电平持续50ms以上的韶光，系统将关闭。
如果负载超过最大负载的50%，IC脚4上的电压将超过O 5 V较低的门坎电压，在经0.5S之后，系统将关闭。
不论是短路保护还是过载保护，都能自动复位。
IR2161还供应过热关闭功能。
当芯片结温超过135℃的过温度限定值时，半桥开关将停滞事情，以避免MOSFET烧坏。

用场

电子变压器在传统照明灯具中的运用十分普遍，如日光灯、台灯、节能灯、广告灯等等险些都可以利用电子变压器，并且采取电子变压器之后，可以省却启动器。
在LED照明中，新品也大都采取电子变压器。
紧张是电子变压器在变压功能上，效率高、本钱底，节约铁铜材料，构造小，重量轻。
不敷的是耐压和耐大电流冲击性能较铁质变压器差。

在电源技能中的运用

电源装置中的电子变压器一样平常要利用由软磁磁芯制成的电子变压器（软磁电磁元件）。
虽然，已经有不用软磁磁芯的空芯电子变压器和压电陶瓷变压器，但是，到21世纪初期，绝大多数的电源装置中的电子变压器，仍旧利用软磁磁芯。

因此，谈论电源技能与电子变压器之间的关系：电子变压器在电源技能中的浸染、电源技能对电子变压器的哀求、电子变压器采取新软磁材料和新磁芯构造对电源技能发展的影响，一定会引起电源行业和软磁材料行业的朋友们的兴趣。
百度百科提出一些意见，以便匆匆成电源行业与电子变压器行业和软磁材料行业之间就电子变压器和软磁材料的有关问题进行对话，互相交流，共同发展。

1、电源技能对电子变压器的哀求

电源技能对电子变压器的哀求，像所有作为商品的产品一样，是在详细利用条件下完成详细的功能中追求性能价格比最好。
有时可能侧重价格和本钱，有时可能侧重效率和性能。
轻、薄、短、小是电子变压器的发展方向，是强调降落本钱。
从总的哀求出发，可以对电子变压器得出四项详细哀求：利用条件，完成功能，提高效率，降落本钱。
[4]

2、利用条件电子变压器的利用条件，包括两方面内容：

可靠性和电磁兼容性。
可靠性是指在详细的利用条件下，电子变压器能正常事情到利用寿命为止。
一样平常利用条件中对电子变压器影响最大的是环境温度。
决定电子变压器受温度影响强度的参数是软磁材料的居里点。
软磁材料居里点高，受温度影响小；软磁材料居里点低，对温度变革比较敏感，受温度影响大。

例如：锰锌铁氧体的居里点只有215℃，比较低，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发生变革，除正常温度25℃而外，还要给出60℃，80℃，100℃时的各种参数数据。
因此，锰锌铁氧体磁芯的事情温度一样平常限定在100℃以下，也便是环境温度为40℃时，温升必须低于60℃。
钴基非晶合金的居里点为205℃，也低，利用温度也限定在100℃以下。
铁基非晶合金的居里点为370℃，可以在150℃～180℃以下利用。
高磁导坡莫合金的居里点为460℃至480℃，可以在200℃～250℃以下利用。
微晶纳米晶合金的居里点为600℃，取向硅钢居里点为730℃，可以在300℃～400℃下利用。
（电磁兼容性是指电子变压器既不产生对外界的电磁滋扰，又能承受外界的电磁滋扰。
电磁滋扰包括：可听见的音频噪声和听不见的高频噪声。
电子变压器产生电磁滋扰的紧张缘故原由是磁芯的磁致伸缩。
磁致伸缩系数大的软磁材料，产生的电磁滋扰大。
）铁基非晶合金的磁致伸缩系数常日为最大（27～30）10-6，必须采纳减少噪声抑制滋扰的方法。
高磁导Ni50坡莫合金的磁致伸缩系数为2510-6，锰锌铁氧体的磁致伸缩系数为2110-6。
以上这3种软磁材料属于随意马虎产生电磁滋扰的材料，在运用中要把稳。
3%取向硅钢的磁致伸缩系数为（1～3）10-6，微晶纳米晶合金的磁致伸缩系数为（0.5～2）10-6。
这2种软磁材料属于比较随意马虎产生电磁滋扰的材料。
6.5%硅钢的磁致伸缩系数为0.110-6，高磁导Ni80坡莫合金的磁致伸缩系数为（0.1～0.5）10-6，钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.110-6以下。
这3种软磁材料属于不太随意马虎产生电磁滋扰的材料。
由磁致伸缩产生的电磁滋扰的频率一样平常与电子变压器的事情频率相同。
如果有低于或高于事情频率的电磁滋扰，那是由其他缘故原由产生的。

3、完成功能电子变压器从功能上区分紧张有变压器和电感器2种。

分外元件完成的功能其余谈论。

变压器完成的功能有3个：功率传送、电压变换、绝缘隔离；

电感器完成功能有2个：功率传送和纹波抑制。
功率传送有2种办法。

第一种是变压器传送办法，即外加在变压器原绕组上的交变电压，在磁芯中产生磁通变革，使副绕组感应电压，加在负载上，从而使电功率从原边传送到副边。
传送功率的大小决定于感应电压，也便是决定于单位韶光内的磁通密度变量B。
B与磁导率无关，而与饱和磁通密度Bs和剩余磁通密度Br有关。
从饱和磁通密度来看，各种软磁材料的Bs从大到小的顺序为：铁钴合金为2.3～2.4T，硅钢为1.75～2.2T，铁基非晶合金为1.25～1.75T，铁基微晶纳米晶合金为1.1～1.5T，铁硅铝合金为1.0～1.6T，高磁导铁镍坡莫合金为0.8～1.6T，钴基非晶合金为0.5～1.4T，铁铝合金为0.7～1.3T，铁镍基非晶合金为0.4～0.7T，锰锌铁氧体为0.3～0.7T。
作为电子变压器的磁芯用材料，硅钢和铁基非晶合金占上风，而锰锌铁氧体处于劣势。
功率传送的

第二种是电感器传送办法，即输入给电感器绕组的电能，使磁芯激磁，变为磁能储存起来，然后通过去磁变成电能开释给负载。
传送功率的大小决定于电感器磁芯的储能，也便是决定于电感器的电感量。
电感量不直接与饱和磁通密度有关，而与磁导率有关，磁导率高，电感量大，储能多，传送功率大。
各种软磁材料的磁导率从大到小顺序为：Ni80坡莫合金为（1.2～3）106，钴基非晶合金为（1～1.5）106，铁基微晶纳米晶合金为（5～8）105，铁基非晶合金为（2～5）105，Ni50坡莫合金为（1～3）105，硅钢为（2～9）104，锰锌铁氧体为（1～3）104。
作为电感器的磁芯用材料，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金占上风，硅钢和锰锌铁氧体处于劣势。
传送功率大小，还与单位韶光内的传送次数有关，即与电子变压器的事情频率有关。
事情频率越高，在同样尺寸的磁芯和线圈参数下，传送的功率越大。
电压变换通过变压器原绕组和副绕组匝数最近完成，不管功率传送大小如何，原边和副边的电压变换比即是原绕组和副绕组匝数比。
绝缘隔离通过变压器原绕组和副绕组的绝缘构造来完成。
绝缘构造的繁芜程度，与外加和变换的电压大小有关，电压越高，绝缘构造越繁芜。
纹波抑制通过电感器的自感电势来实现。
只要通过电感器的电流发生变革，线圈在磁芯中产生的磁通也会发生变革，使电感器的线圈两端涌现自感电势，其方向与外加电压方向相反，从而阻挡电流的变革。
纹波的变革频率比基频高，电流纹波的电流频率比基比年夜，因此，更能被电感器产生的自感电势抑制。
电感器对纹波抑制的能力，决定于自感电势的大小，也便是电感量大小，与磁芯的磁导率有关，Ni80坡莫合金、钴基非晶合金、铁基微晶纳米晶合金磁导率大，处于上风，硅钢和锰锌铁氧体磁导率小，处于劣势。

4、提高效率提高效率是对电源和电子变压器的普遍哀求。

a、提高电子变压器的效率。

例如：100VA电源变压器，效率为98%时，损耗只有2W并不多。
但是成十万个、成百万个电源变压器，总损耗可能达到上十万W，乃至上百万W。
还有，许多电源变压器一贯长期运行，年总损耗相称可不雅观，有可能达到上千万kW?h。
显然，提高电子变压器的效率，可以节约电力。
节约电力后，可以少建发电站。
少建发电站后，可以少花费煤和石油，可以少排放CO2，SO2，NOx，废气，污水，烟尘和灰渣，减少对环境的污染。
既具有节约能源，又具有保护环境的双重社会经济效益。
因此，提高效率是对电子变压器的一个紧张哀求。

b、电子变压器的设计

电子变压器的损耗包括磁芯损耗（铁损）和线圈损耗（铜损）。
铁损只要电子变压器投入事情，一贯存在，是电子变压器损耗的紧张部分。
因此，根据铁损选择磁芯材料，是电子变压器设计的紧张内容，铁损也成为评价软磁材料的一个紧张参数。
铁损与电子变压器磁芯的事情磁通密度和事情频率有关，在先容软磁材料的铁损时，必须解释是在什么事情磁通密度下和什么事情频率下的损耗。

例如：P0.5/400，表示在事情磁通密度0.5T和事情频率400Hz下的铁损。
P0.1/100k表示在事情磁通密度0.1T和事情频率100kHz下的铁损。
软磁材料包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。
涡流损耗又与材料的电阻率成反比。
越大，涡流损耗越小。
各种软磁材料的从大到小的顺序为：锰锌铁氧体为 108～109？cm，铁镍基非晶合金为150～180？cm，铁基非晶合金为130～150？cm，钴基非晶合金为 120～140？cm，高磁导坡莫合金为40～80？cm，铁硅铝合金为40～60？cm，铁铝合金为30～60？cm，硅钢为 40～50？cm，铁钴合金为20～40？cm。
因此，锰锌铁氧体的比金属软磁材料高106～107倍，在高频中涡流小，运用占上风。
但是当事情频率超过一定值往后，锰锌铁氧体磁性颗粒之内的绝缘体被击穿和熔化，变得相称小，损耗迅速上升到很高水平，这个事情频率便是锰锌铁氧体的极限事情频率。

各零件浸染

一样平常店铺照明用的射灯、筒灯等用的电子变压器。
220v互换变直流12v50W，里面有一个7个接线头的磁铁线圈。
3个电阻，6个二级管，4个电容，2个三极管。
其浸染分别为：

电阻：1启动电阻，2限流电阻，3稳压电阻

二极管：有四个二极管是整流用的，别的的两个也是整流

电容：滤波

三极管：一个是开关三极管，另一个是启动用的

验收试验

（1）丈量绕组在各个分接位置的直流电阻值；

（2）检测各个分接位置的电压比与铭牌是否符合；

（3）测定绕组的极性和联结组标号；

（4）拆去铁心接地片，用2500V兆欧表检测铁心的绝缘状况，符合哀求后装好接地片，检测铁心接地是否良好（铁心只能一点接地）；

（5）工频耐压试验，容量800KVA以下能通过工频耐压试验，容量800KVA及以上，有条件时进行施加工频电压，按GB50150—90标准哀求。

（6）用2500V兆欧表检测变压器高压对地、低压对地及高压对地压的绝缘状况。

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