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电感器和变压器技术含量高

时间:2015-04-13      阅读:482

随着电子产品在我们日常生活中越来越普遍,大多数用户却只知道少数器件类型。互联网可以搜索到半导体、微处理器和晶体管,但却很少提到这些设备所必需的磁性元件。

甚至与电子工程师聊天,这些不起眼的电感器和变压器都被认为技术含量非常低。实际上,设计和制造这些无源器件需要用到有大量的技术和知识。

从技术和应用角度来看,磁性元件可以分为四种:低频、高频、隔离和非隔离。为满足特定的电气和物理参数需求通常需要定制设计。按照标准zui大限度地提高材料效率的重要性驱动着变压器设计工程师,材料研究推动着绕线元器件领域的创新。

在欧洲,低频通常为50 Hz -500Hz,并连接到220V-240V交流单相电源输入,在美洲则是115V 交流电源输入。其应用到包括线性滤波器、电机驱动器、不间断电源(UPS)、泵浦电路、输送系统、暖通空调设备、线性电源和电力计量。

随着开关电源的出现,高频磁性元件的使用变得越来越受欢迎。其初始频率约为16kHz的,略高于人类的听觉极限,但现在可以达到兆赫兹。这种电源现在主要用于移动设备充电、以及LED、电视、电脑、通讯设备,甚至电动汽车的开关调节和保护。

非隔离磁性元件包括用于减少电噪声或短暂储存能量的电感器、滤波器以及升、降交流电压的变压器。例如,降压变压器可以将400V交流电(英国交流电为415V)输入减少到230V。

在人类是有可能接触电力的地方(例如笔记本电脑电源),使用隔离变压器可避免被电击。采用变压器,将电源(主)电路在次级端进行隔离。在内部,变压器绕组将有一层或多层绝缘,这可能包括塑料骨架或绝缘胶带。其中要求zui为严格的是医疗行业的产品,其隔离需要需要采用三重绝缘和几毫米空隙。电子产品可能会直接接触病人,因此环形隔离变压器通常会提供额外的保护。
磁性元件由绕组(线或者箔缠绕磁芯)、骨架或心轴(空气芯电感所需),以及或有或无的绝缘层组成的。尽管大多数变压器和电感属于劳动密集型产业,但要实现非常简单器件的大批量生产,自动化是可行的。

低频磁性元件通常使用钢或铁叠片作为磁芯材料,这些磁芯可以是E型和I型的结构,并且围绕骨架和绕组相互交错。另一种是使用环形磁芯,它是将取向硅钢进行缠绕以形成圆环形状。然后电线和绝缘材料对磁芯进行缠绕。这个过程是比较耗时的,但由于芯的形状,这种类型的变压器具有极低的杂散磁场和较高的效率,从而导致整体的尺寸更小。

高频磁性元件通常使用铁氧体或功率铁材料作为磁芯,磁芯可以做成各种不同的形状。更复杂的变压器设计和工艺是由变压器结构的标准、大小、阻抗、漏电和爬电距离共同决定的。一般额定频率越高,电感就越小。为了克服这一点,会用到多股线,或这金属箔必须使用绝缘胶带。在某些情况下,初级绕组将分裂成两个独立的绕组,把二级绕组夹在中间以提高磁耦合。在Hi-pot测试中,TIW(三层绝缘线)经常被用来保证更好的性能。

虽然机器可以用来把线绕到骨架上面去,但绕组之间添加绝缘胶带、拆漆包线漆膜、穿套管仍然需要手工组装,这为了保护所有安全隔离的完整性,使得其能够适合磁芯。

根据不同的应用,变压器和电感器可能会受到安全认证的影响。在这种情况下,独立的测试机构如VDE、CENELEC、UL和CSA将检查磁性元件的工艺结构和执行电气测试。因此,实行验收测试和在工作条件下模拟变压器是非常重要的,这可以确保在正常操作中该部件不会因为过热而导致绕组短路。定型测试(例如热或浪涌试验),需要要与zui终客户达成一致。该部件的环境和操作温度也决定了绝缘等级的选择;130 C(B)、155 C(F)和180 C(H)是典型温度级。

变压器的设计标准里面包括安全限度,例如H级变压器设计的绕组的zui大工作温度必须达到125℃。这是因为H级设计工程允许有±40oC的环境温度和+ 15oC安全范围调节

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