環(huán)形變壓器是電子變壓器的一大類型，已廣泛應(yīng)用于家電設(shè)備和其它技術(shù)要求較高的電子設(shè)備中，它的主要用途是作為電源變壓器和隔離變壓器。環(huán)形變壓器在國外已有完整的系列，廣泛應(yīng)用于計算機、醫(yī)療設(shè)備、電訊、儀器和燈光照明等方面。 我國近十年來環(huán)形變壓器從無到有，迄今為止已形成相當大的生產(chǎn)規(guī)模，除滿足國內(nèi)需求外，還大量出口。國內(nèi)主要用于家電的音響設(shè)備和自控設(shè)備以及石英燈照明等方面。 環(huán)形變壓器由于有優(yōu)良的性能價格比，有良好的輸出特性和抗干擾能力，因而它是一種有競爭力的電子變壓器。
環(huán)形變壓器的特點
環(huán)形變壓器的鐵心是用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片（片厚一般為0.35mm以下），無縫地卷制而成，這就使得它的鐵心性能優(yōu)于傳統(tǒng)的疊片式鐵心。環(huán)形變壓器的線圈均勻地繞在鐵心上，線圈產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，與疊片式相比激磁能量和鐵心損耗將減小25％，由此帶來了下述一系列的優(yōu)點。
1）電效率高鐵心無氣隙，疊裝系數(shù)可高達95％以上，鐵心磁導(dǎo)率可取1.5～1.8t（疊片式鐵心只能取1.2～1.4t），電效率高達95％以上，空載電流只有疊片式的10％。
2）外形尺寸小，重量輕環(huán)形變壓器比疊片式變壓器重量可以減輕一半，只要保持鐵心截面積相等，環(huán)形變壓器容易改變鐵心的長、寬、高比例，可以設(shè)計出符合要求的外形尺寸。
3）磁干擾較小環(huán)形變壓器鐵心沒有氣隙，繞組均勻地繞在環(huán)形的鐵心上，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了漏磁小，電磁輻射也小，無需另加屏蔽都可以用到高靈敏度的電子設(shè)備上，例如應(yīng)用在低電平放大器和醫(yī)療設(shè)備上。
4）振動噪聲較小鐵心沒有氣隙能減少鐵心感應(yīng)振動的噪音，繞組均勻緊緊包住環(huán)形鐵心，有效地減小磁致伸縮引起的“嗡嗡”聲。
5）運行溫度低由于鐵損可以做到1.1w/kg，鐵損很小，鐵心溫升低，繞組在溫度較低的鐵心上散熱情況良好，所以變壓器溫升低。
6）容易安裝環(huán)形變壓器只有中心一個安裝螺桿，特別容易在電子設(shè)備中進行快速安裝與拆卸。
環(huán)形變壓器的分類
根據(jù)國外文獻介紹，環(huán)形變壓器可分為標準型、經(jīng)濟型及隔離型等三類，各類的特點是：
1）標準型電源變壓器產(chǎn)品系列容量8～1500va，有較小的電壓調(diào)整率、滿載運行溫升僅為40℃，允許短時超載運行，適合于要求高的使用場合。 初次級繞組間采用b級（130℃）的聚酯薄膜絕緣，要求至少包三層絕緣帶，能經(jīng)受交流4000v，1min的耐壓試驗。
2）經(jīng)濟型電源變壓器產(chǎn)品系列容量50～1500va，在保證性能的基礎(chǔ)上力求降低造價，適用于連續(xù)運行而不超載的使用場合，運行溫升為60℃，絕緣材料等級為a級（105℃），當滿負載時輸出電壓誤差小于3％。
3）隔離變壓器產(chǎn)品系列容量50～1000va，又可分為工業(yè)用和醫(yī)療設(shè)備用兩系列。隔離變壓器著重是它的絕緣性能，初級與次級間用b級絕緣的聚酯薄膜至少包扎4層，擊穿電壓大于4000v，所有初級引線必須采用雙絕緣導(dǎo)線。變壓器最大溫升低于45℃。 醫(yī)療用的隔離變壓器除符合上述的要求外，還要符合ul544標準，即初級和次級繞組應(yīng)具有熱保護，繞組與接地銅屏蔽間隔距離應(yīng)大于13mm。 此外對醫(yī)療用的隔離變壓器還要求在初級繞組裝有溫度保護開關(guān)，當鐵心溫度達到120℃時，溫度保護開關(guān)斷開，當溫度恢復(fù)正常時，開關(guān)自動復(fù)位合上。
環(huán)形變壓器應(yīng)用中應(yīng)注意的問題
1）變壓器的功率容量 變壓器的功率容量是決定鐵心尺寸的主要依據(jù)。在很多場合變壓器的負載是間歇性的，例如音響設(shè)備中的電源變壓器。這時變壓器的體積和重量較連續(xù)工作時要減少很多，如圖2所示負載a段對整個b段而言是較小的一段，這時變壓器的工作周期比其熱時間常數(shù)要短很多，可用式（1）計算變壓器的額定功率。 式中：pn——變壓器額定功率（va）； pl——變壓器負載功率（va）； a——接通負載時間； b———變壓器工作周期。
2）電壓調(diào)整率 電壓調(diào)整率是衡量變壓器負載特性的重要指標。電壓調(diào)整率是指當輸入電壓不變，負載電流從零升到額定值時，輸出電壓u2的相對變化值，通常以百分數(shù)表示，如式（2）所示： 式中：δu——電壓調(diào)整率； u20——空載輸出電壓（v）； u2——變壓器額定負載時的輸出電壓（v）。 表2列出加拿大plitron公司環(huán)形變壓器的電壓調(diào)整率，其特性曲線如圖3所示，電壓調(diào)整率隨變壓器容量增大而下降。
3）環(huán)形變壓器效率 由于變壓器有鐵損和銅損，輸出功率po總是小于輸入功率pi，變壓器的效率η如式（3）所示。 圖4列出了三組不同功率的變壓器效率曲線，隨著容量增大效率明顯增高，容量300va以上的變壓器，在額定負載下效率可高達95％以上。
4）自耦變壓器 當只要求升壓或降壓，而不要求初級與次級繞組隔離的情況下，使用自耦變壓器是合適的。自耦變壓器具有體積小，成本低、傳輸功率大等優(yōu)點，用環(huán)形鐵心繞制自耦變壓器因初次級繞組不需絕緣，加工十分方便，體積、重量更小，造價更低。 要注意的是自耦變壓器初、次級繞組的公共端（com）要接零線，這樣才安全。
5）溫升問題 環(huán)形變壓器的溫升特性曲線示于圖6，從圖6可看出環(huán)形變壓器的溫升是較低的，對標準型系列，即便是過載120％，溫升也不超過70℃。 變壓器的溫升是由鐵損和銅損兩部分決定的，對疊片式變壓器，這兩部分基本相等，但環(huán)形變壓器由于采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片繞制，并配合良好的退火工藝，其鐵心損耗僅為全部損耗的（10～20）％，所以溫升主要由繞組銅耗決定，合理的設(shè)計是初、次級繞組的功耗應(yīng)基本平衡。 溫升也與散熱面積關(guān)系很大，由于環(huán)形變壓器鐵心溫升低，繞組在整個鐵心上均勻繞制，散熱面積和散熱條件都比較好，因此能獲得較低的溫升。
6）合閘電流 一般變壓器在合閘時都會產(chǎn)生很大的合閘沖擊電流，而環(huán)形變壓器由于沒有氣隙和具有高磁導(dǎo)率則會造成更大的合閘電流。300va以下的環(huán)形變壓器可以用一般熔斷器作保護，但為了防止合閘電流燒斷熔斷器，選擇熔斷器的電流應(yīng)比變壓器初級電流大8～10倍。300va以上的環(huán)形變壓器要考慮使用慢速熔斷器或溫度熔斷器作保護，有時為了降低該沖擊電流可以將變壓器磁通密度b值取低些。
7）變壓器與整流電路 大多數(shù)作電源用的環(huán)形變壓器都與整流電路相連，現(xiàn)將最常用的整流電路和變壓器次級電壓u2、次電流i2與直流電壓ud直流電流id的關(guān)系列在表3中，供設(shè)計時參考。
環(huán)形變壓器的設(shè)計計算
通過設(shè)計一臺50hz石英燈用的電源變壓器，
其初級電壓u1=220v，次級電壓u2=11.8v，次級電流i2=16.7a，電壓調(diào)整率δu≤7％，來說明計算的方法和步驟。
1）計算變壓器次級功率p2 p2=i2u2=16.7×11.8=197va(5)
2）計算變壓器輸入功率p1（設(shè)變壓器效率η=0.95）與輸入電流i1
式中：k——系數(shù)與變壓器功率有關(guān)，k=0.6～0.8，取k=0.75； 根據(jù)現(xiàn)有鐵心規(guī)格選用鐵芯尺寸為：高h=40mm，內(nèi)徑dno=55mm，外徑dwo=110mm。 式中：f——電源頻率（hz），f=50hz； b——磁通密度（t）,b=1.4t。 n2=n20·u2=3.23×11.8=38.1匝，取n2=38匝。 6）選擇導(dǎo)線線徑 繞組導(dǎo)線線徑d按式(10)計算 式中：i——通過導(dǎo)線的電流（a）； j——電流密度，j=2.5～3a/mm2。 當取j=2.5a/mm2時代入式(10)得 用兩條d=2.12mm（考慮絕緣漆最大外徑為2.21mm）導(dǎo)線并繞。因為φ2.94導(dǎo)線的截面積sd2=6.78mm2，而d=2.12mm導(dǎo)線的截面積為3.53mm2兩條并聯(lián)后可德截面積為：2×3.53=7.06mm2，完全符合要求且裕度較大。 6環(huán)形變壓器的結(jié)構(gòu)計算 環(huán)形變壓器的繞組是用繞線機的繞線環(huán)在鐵心內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動而繞制的，因此鐵心內(nèi)徑的尺寸對加工過程十分重要，結(jié)構(gòu)計算的目的就是檢驗繞完全部繞組后，內(nèi)徑尚余多少空間。若經(jīng)計算內(nèi)徑空間過小不符合繞制要求時，可以修改鐵心尺寸，只要維持截面積不變，電性能也基本不變。 已知鐵心內(nèi)徑dno=55mm，圖7中各絕緣層厚度為to=1.5mm，t1=t2=1mm。
1）計算繞完初級繞組及包絕緣后的內(nèi)徑dn2 計算初級繞組每層繞的匝數(shù)n1 式中：dn1——鐵心包絕緣后的內(nèi)徑，dn1=dno－2t0=55－(2×1.5)=52mm； kp——疊繞系數(shù)，kp=1.15。 則初級繞組的層數(shù)q1為 初級繞組厚度δ1為
2）計算次級繞組的厚度δ2 計算次級繞組每層繞的匝數(shù)n2，考慮到次級繞組是用2×d2=2×2.21mm導(dǎo)線并繞，則 可見繞完繞組后，內(nèi)徑還有裕量，所選鐵芯尺寸是合適的。
7環(huán)形變壓器樣品的性能測試 為檢驗設(shè)計方法的準確性，對按設(shè)計參數(shù)制成的環(huán)形變壓器樣品進行了性能測試，結(jié)果如下。
（一）空載特性測試 測量電路如圖8所示。測得的數(shù)據(jù)列于表4，按照表4的數(shù)據(jù)，繪出圖9所示的空載特性曲線。 從變壓器的空載特性看出設(shè)計符合要求，在額定工作電壓220v時（工作點為a），變壓器的空載電流只有13.8ma，即使電源電壓上升到240v變壓器工作在b點鐵心還未飽和，有較大的裕度。
（二）電壓調(diào)整率測量 變壓器在空載時測得的次級空載電壓u20=12.6v，當通以額定電流i2=16.7a時，次級輸出電壓為u2=11.8v，按式（2）計算電壓調(diào)整率為 變壓器電壓調(diào)整率達到δu<7％的指標。
（三）溫升試驗 用電阻法對變壓器繞組進行溫升試驗，在通電4h變壓器溫升穩(wěn)定后進行測試，并按式（12）計算繞組平均溫升δτm。 測量的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果列于表5 從溫升試驗結(jié)果看出所設(shè)計的變壓器已達到標準型溫升標準，即δτm<40℃，初次級繞組溫升基本相等，即兩繞組功耗較均衡。
（四）絕緣性能試驗 1）絕緣電阻 用500v搖表測試絕緣電阻，初次級繞組之間的絕緣電阻在常態(tài)下均大于100mω。 2）抗電強度 變壓器初級與次級繞組之間能承受50hz，4000v（有效值）電壓1min，而無擊穿和飛弧。限定漏電流為1ma，此項試驗證明變壓器的抗電強度達到iec標準。
環(huán)形變壓器以其優(yōu)良的性能和有競爭力的性能價格比，可以預(yù)期它會在較大領(lǐng)域內(nèi)取代傳統(tǒng)的疊片式變壓器，隨著環(huán)形變壓器技術(shù)性能進一步提高，它將會在電子變壓器領(lǐng)域中有更廣闊的應(yīng)用前景。#p#分頁標題#e#
如何自制環(huán)形變壓器
環(huán)形變壓器有漏磁小、轉(zhuǎn)換效率高、頻率響應(yīng)寬等特點，可以提高功放機音質(zhì)。如果環(huán)形變壓器燒壞，又買不到原配型號來替換，那只有采取手工繞制的方法來復(fù)制。下面介紹手工繞制的方法。
1．拆除舊繞組
用剪刀將絕緣紙剪破后即露出變壓器的次級繞組，次級繞組線徑通常較粗，在實際維修中極少見到有燒壞的情況，因其匝數(shù)不太多，故可一匝一匝地拆了以便統(tǒng)計匝數(shù)。多個次級繞組均可采取類似方法邊拆邊計匝數(shù)。初級繞組線徑較細，燒壞的情況較常見。由于初級繞組的匝數(shù)多在千匝以上，加之絕緣材料被燒熔后附著于線匝上，若仍采用上述方法來統(tǒng)計匝數(shù)，顯然是很麻煩的?？焖偬幚矸椒ㄊ牵河眉舻堆貓A周上中心線將初級統(tǒng)組線圈一層層剪斷，然后將剪斷的線圈剝離鐵心，再數(shù)出根數(shù)即得總匝數(shù)。開剪方法如圖所示。
2．對環(huán)形鐵心進行絕緣處理
環(huán)形變壓器的鐵心通常用優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁率硅鋼帶卷制而成。當初級線圈燒壞后，浸有絕緣漆的環(huán)形鐵心的絕緣層同時會不同程度地受損，在重新繞線圈前應(yīng)進行浸漆處理。方法是：將環(huán)形鐵心浸在絕緣漆中，數(shù)分鐘后取出晾干，再在烘箱中烘干。然后在內(nèi)外圓周上各粘貼一層膠帶，再將玻璃紙劃成寬約2cm的條狀，將鐵心包裹卷繞一層，并用雙面膠帶粘連接頭。
3．線梭制作
為了便于手工操作，必須制作一種專用的繞線線棱。筆者設(shè)計了一種“工”字形的線梭，如圖2所示。它可用塑料薄片或不銹鋼薄片加工而成，可取為單股線匝周長的8倍左右，寬度小于環(huán)形鐵心內(nèi)徑2cm左右。這樣的線核不僅穿繞方便，還可減少穿繞次數(shù)。顯然，漆包線在線梭上繞一圈的長度為單股線匝周長的 8×2＝16倍，若采用雙線并繞，線梭上每一圈漆包線就可在環(huán)形鐵心上繞32匝。以影皇av－228專業(yè)功率放大器為例，其環(huán)形變壓器初級線圈為1068t。雙線并繞為534t，因而在線梭上繞534÷i6≈34圈漆包線就夠用了。
4．繞制線圈
先繞初級繞組，取和原線徑相近的優(yōu)質(zhì)高強度漆包線，雙線并繞在“工”字形線梭上，圈數(shù)滿足要求后剪下。將雙線頭用雙面膠粘附在環(huán)形鐵心的外圓周上，使線梭在環(huán)形鐵心的內(nèi)孔中穿繞，如圖3所示。一層線圈繞好后，刷上一層絕緣漆（有利于線匝定位及絕緣），并用玻璃紙包上一層，再繞第二層線圈。繞好后，將兩線圈的頭尾相接使其串聯(lián)，另兩根線頭用軟皮線焊接引出，并做好絕緣。在初級統(tǒng)組上加一層層間絕緣紙后再繞次級繞組，繞制方法與初級繞組繞法類同。
當所有繞組繞制完畢后，將環(huán)形變壓器放入恒溫箱中烘烤一段時間，以使絕緣漆干燥。再在最外層用一層較厚的絕緣紙包好，環(huán)形變壓器就制作完成了。