1 前言 

　　电源中普通都含有软磁死心组成的电磁器件。依照比拟广义的说法，在电子设备和电子电路中的电磁器件，都叫做电子变压器。电源中变压器或电磁器件，绝大多数属于电子变压器。但是，有的电源中，变压器还具有耐高压的绝缘请求。例如：大容量直流电源和大容量不连续电源，整流变压器不从普通的380V或220V输入，而从10KV或6.3KV输入，与普通电子变压器有很大差异，而与电力变压器更类似一些。所以，本文讨论的电源中的变压器，既包括电子变压器，又触及电力变压器。

　本文讨论电源中变压器的请求和技术参数，以及它们与死心资料和导电资料之间的关系，是为了更深化了解另外两篇文章“变压器死心资料的近期意向”和“变压器导电资料的近期意向”中所引见的内容，从而使三篇文章构成有机的整体。编写这三篇文章的目的是希望经过理解死心资料和导电资料的近期意向，更好的把握电源中变压器的开展趋向，供电源行业、电子变压器行业、电力变压器行业的朋友们参考。如有错误之处，敬请指正。

2 普通请求

  电源中的变压器，作为一种商品的产品，总的请求是在详细运用条件下完成详细的功用中，追求性能价钱比最高。从总请求动身，提出四点普通请求：运用条件、完胜利能、进步效率、降低本钱。既包括技术性能，又包括经济指标。

2．1运用条件
  
  电源中的变压器的运用条件，包括运用牢靠性和运用电磁兼容性。
  运用牢靠性是指在详细的运用条件下，变压器能正常工作到运用寿命为止。运用条件中对变压器影响最大的是环境温度。决议死心资料受温度影响强度的是居里点。死心资料居里点高，受温度影响小，死心资料居里点低，受温度影响大。MnZn软磁铁氧体居里点普通只要215℃，比拟低，磁通密度、磁导率和损耗都随温度发作变化。除正常温度25℃而外，还要给出60℃、80℃、100℃时的各种参数数据，MnZn铁氧体制成的死心，普通工作温度限制在100℃以下，也就是在环境温度40℃时，温升只允许低于60℃。钴基非晶合金的居里点为205℃，也低，运用温度也限制在100℃以下。铁基非晶合金的居里点为370℃，能够在150℃—180℃以下运用。铁基纳米晶合金的居里点为600℃，硅钢的居里点为730℃，能够在300℃以下运用。

  决议导电资料工作温度的不是铜导线，而是外包绝缘资料的耐热等级。例如QZ聚酯漆包线，耐热等级为B级，最高温度为130℃。QY聚酰亚胺漆包线，耐热等级为C级，最高工作温度为220℃。

  运用电磁兼容性是指变压器既不产生对外界的电磁*，又能接受外界的电磁*。电磁*包括可听见的音频嗓声和听不见的高频噪声。变压器产生电磁*的主要缘由是死心的磁致伸缩，磁致伸缩系数大的死心资料，产生的电磁*大。铁基非晶合金的磁致伸缩系数为（27—30）×10^-6，最大，用它制造死心时必需采取减少噪声抑止*的措施，MnZn软磁铁氧体的磁致伸缩系数为21×10^-6左右，也容易产生电磁*。3%取向冷轧硅钢磁致伸缩系数 为（1-3）×10^-6.，铁基纳米晶合金磁致伸缩系数为(0.5-2) ×10^-6，比拟容易产生电磁*。6.5%无取向硅钢和钴基非晶合金的磁致伸缩系数为0.1×10^-6左右，不容易产生电磁*。由死心资料产生的电磁*的频率普通与变压器的工作频率相同，假如有低于或高于工作频率的电磁*，那是由其他缘由产生的。导电资料不产生电磁*。由导电资料绕制的线圈有可能产生电磁*，不是由导电资料形成的，而是由导电资料之间的作用和线圈构造形成的。

2．2完胜利能

  电源中的电磁器件从功用上辨别主要有变压器和电感器两种。变压器完成的功用有三个：功率传送、电压变换和绝缘隔离。电感器完胜利能有两个：功率传送和纹波抑止，这里不单讨论电源中变压器的完胜利能，也讨论电源中电感器的完胜利能。

  变压器的功率传送是这样完成的：外加在变压器初级绕组上的交变电压，在死心中产生磁通变化，使次级绕组感应电压，输出给负载，从而使电功率从变压器初级传送给次级。传送功率的大小，决议于感应电压，也就是决议于单位时间内磁通密度变化量△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。硅钢饱和磁通密度为1.5—2.03T，铁基非晶合金饱和磁通密度为1.58T 左右，铁基纳米晶合金饱和磁通密度为1.2—1.45T，钴基非晶合金饱和磁通密度为0.5—0.8T。MnZn软磁铁氧体饱和磁通密度为0.3—0.5T。作为变压器用死心资料，硅钢占优势，铁基非晶合金其次，MnZn软磁铁氧体处于优势。

  电感器的功率传送是这样完成的：输入给电感器绕组的电能，使死心激磁，变为磁能贮存起来，然后经过去磁变成电能，释放给负载。传送功率的大小，决议于死心的储能，也就是决议于电感器的电感量。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，传送能量多，传送功率大。钴基非晶合金磁导率为（1—1.5）×10⁶，铁基纳米晶合金导磁率为（5—8）×10⁵，铁基非晶合金磁导率为（2—4）×10⁵，硅钢磁导率（2—9）×10⁴，MnZn软磁铁氧体磁导率为（1—3）×10⁴。作为电感器用死心资料，钴基非晶合金和铁基纳米晶合金占优势，硅钢和MnZn软磁铁氧体处于优势。

  传送功率大小，还与单位时间内的传送次数有关，即与变压器和电感器的工作频率有关。工作频率越高，在同样尺寸的死心和同样匝数的线圈条件下，传送功率越大。

  电压变换经过变压器初级和次级线组的匝数比来完成。不论变压器功率传送大小如何，初级和次级绕组的匝数比就等于输入和输出的电压变换比。

  绝缘隔离，经过变压器初级和次级绕组的绝缘构造来完成。外加电压和变换电压越高，绝缘构造越复杂。普通电子变压器外加电压小于1kV，绝缘构造比拟简单。电力变压器外加电压超越6kV，绝缘构造比拟复杂，除了接受工频实验电压而外，还请求接受短时冲击实验电压。

  电感器的纹波抑止经过自感电势来完成。只需流过电感器的电流发作变化，线圈在死心中产生的磁通也会随着发作变化，使电感器线圈两端呈现自感电势，其方向与外加电压方向相反，从而阻止电流的变化。纹波的变化频率比工作频率（根本频率）高，因而更能被电感器产生的自感电势抑止。纹波抑止才能决议于自感电势的大小，也就是决议于电感量大小。电感量与死心资料的磁导率有关，从电感器抑止纹波才能来看，磁导率大的钴基非晶合金和铁基纳米晶合金作为死心资料比拟好，磁导率小的硅钢和MnZn软磁铁氧体作为死心资料比拟差。

2．3进步效率

  进步效率是对电源中变压器的一个重要请求，一个缘由是由于石油、煤等能源价钱上涨，节能成为当代的一个重要任务。许多电子设备，包括电源在内，不单请求考核负载时的能耗，还请求考核待机（接近空载）时的能耗。电源中变压器的损耗是电源待机能耗中的主要部份。另一个缘由是电源中变压器数量宏大，固然从单个电源中变压器来看，损耗只要几瓦，并不多。但是成十万个，成百万个电源中变压器，总损耗可到达几十万瓦，几百万瓦，相当可观。还有，许多电源中变压器不断长期运转，年总损耗决不是一个小数目。因而，电源中变压器必需进步效率，降低损耗成为一个重要请求。

  电源中变压器损耗包括死心损耗和线圈损耗。死心损耗只需电源中变压器投入运转，不断存在，是变压器空载损耗的主要局部。在设计和制造变压器死心时，要选择损耗比拟低的死心资料。死心资料损耗与变压器死心的工作磁通密度和工作频率有关，因而，死心资料的损耗必需注明。例如：P_1.4/50是工作磁通密度1.4T和工作频率50H_Z下的损耗。P_1.0/400是工作磁通密度1.0T和工作频率400H_Z下的损耗。P_0.25/100K是工作磁通密度0.25T(250mT)和工作频率100kH_Z下的损耗。

  死心资料损耗包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗，涡流损耗与死心资料电阻率有关。电阻率越大，涡流损耗越小。MnZn软磁铁氧体电阻率为10⁸—10⁹μΩcm，在高频中涡流损耗小，在电源中的高频变压器中应用占优势，铁基非晶合金电阻率为130——150μΩcm，硅钢电阻率为20—40μΩcm，比MnZn软磁铁氧体小10⁶—10⁷倍，在高频中涡流大。假如要在电源中的高频变压器中应用，必需采取措施，例如减少金属死心资料的厚度，如今各种工作频率的变压器运用的金属死心资料的带材厚度普通是：工频50H_Z—60H_Z用0.50—0.23mm(500—230μm)，中频400H_Z至1kH_Z用0.20—0.08mm(200—80μm)，1kH_Z至20kH_Z用0.10-0.025mm(100-25μm)，中高频20kH_Z至100kH_Z用0.05-0.015mm(50-15μm),高频100kH_Z至1MH_Z用0.02-0.005mm(20-5μm)，1MH_Z以上用小于5μm。铁基非晶合金由于喷带设备缘由，带厚普通为40—25μm，在工频50HZ至中频400H_Z—20kH_Z时都可运用。用于中高频和高频的铁基纳米晶合金，带厚普通都小于18μm。以前人有以为：死心的填充系数与金属死心资料的带厚有关，并且提出一个计算的经历公式，把死心资料的带厚作为决议死心填充系数的独一因数。如今看来，这个计算死心填充系数的经历公式并不完整成立。由于，死心填充系数并不只由死心资料带厚一个因数决议，还受涂层厚度、带材平整度和带材平均度等其他因数影响。依照经历公式计算，铁基非晶合金带厚25μm时，填充系数达不到0.80，而如今用25μm厚铁基非晶合金带材加工成的变压器死心，填充系数普通都大于0.86，以至还到达0.90。

  电源中变压器线圈损耗是负载损耗的主要部份。线圈损耗决议于导电资料的电阻率。如今电源中变压器的导电资料绝大多数采用铜。而不用铝，缘由就是铜的电阻率小，形成的线圈损耗小，在有些体积小的高频平面变压器和薄膜变压器中，导电资料还采用电阻率更小的金和银。这是由于变压器的体积小，散热面积小，请求线圈损耗更小，才干保证平面变压器和薄膜变压器的线圈温升不会超越规则的允许值。

2．4降低本钱

  降低本钱是电源变压器作为商品的一个重要请求，有时以至是决议性的请求。由于在商品竞争中性能价钱比是产品的主要指标。不留意降低本钱，不留意降低价钱，常常会在商品竞争中被淘汰。

  电源中变压器本钱包括资料本钱、制形成本和管理本钱。资料本钱在总本钱中普通占有40%至60%，是最重要的部份。资料本钱中死心资料和导电资料本钱又占80%左右。因而死心资料和导电资料的市场意向，价钱变化状况对电源中变压器本钱具有严重影响。降低资料本钱，还与设计有关。在设计电源中变压器时，应当依据死心资料和导电资料的价钱，调整变压器的用死心资料量与用导电资料量的比值（铜铁比），使资料本钱在现有条件下到达最低。如今采用计算机设计电源中变压器时，追求本钱最低，应当成为一个主要限制条件。

  制形成本也与设计和工艺有关。设计电源中变压器时，不单要思索死心资料和导电资料的价钱和用量，还要思索死心和线圈的构造以及变压器总体构造能否便于加工和装配？需用几人工工时？需求几设备和工模具？需求什么检测设备和仪器来控制质量？这些都是变压器设计者应当思索的。

  管理本钱决议于人力和财力的应用能否充沛。充沛应用人力，是指进步工时应用率，减少管理人员和工人的比例等。充沛应用财力，是指缩短消费周期，减少库存，加快资金流转等。这些主要由运营管理人员担任。但是与变压器设计者也有关系。假如设计的变压器便于加工和装配，能够缩短消费周期。所用的原资料和配件便于采购，能够减少库存。这些都有利于降低管理本钱。

  所以，一个好的电源中变压器设计者，除了理解变压器理论和设计办法而外，还要理解死心资料、导电资料、绝缘资料、构造资料的价钱和市场意向，还要理解死心、线圈和变压器总体加工和装配工艺，还要理解完成质量控制的检测参数和仪器设备，还要理解消费管理学问和变压器市场意向等等。只要学问全面的变压器设计者，才干设计出性能好，价钱合式的变压器产品。

3 变压器技术参数

  下面剖析变压器主要技术参数与死心资料和导电资料之间的关系。

3．1变压器容量

变压器输入容量W₁=U₁I₁，变压器输出容量W₂=U₂I₂，W₂=ηW₁，η是变压器效率。

U₁是输入电压，也是初级绕组上加的电压U₁=2KufN₁△BAcKc，Ku是电压波形系数，f是工作频率，N₁是初级绕组匝数，△B是死心中磁通密度变化量，Ac是死心截面积，死心截面积乘以死心的填充系数Kc，是死心实践截面积。

U₂是输出电压，也是次级绕组上的电压，U₂=U₁N₁/N₂，由初级绕组与次级绕组的匝数比来决议。

I₁是输入电流，也是初级绕组中的电流，I₁=Jq₁，J是电流密度，q₁是初级绕组导线截面积。

W₁=U₁I₁=2KufN₁△BAkc×Jq₁=2Kuf△BJAckcN₁q₁

N₁q₁是初级绕组所占窗口面积。设次级绕组所占窗口面积和效率η相当，则总窗口面积，A₀=（1+η）N₁q₁/k₀，k₀是窗口的填充系数。N₁q₁=A₀k_O/（1+η）。

W₁=2Kuf△BJAckc A₀k_O/（1+η）。

l       死心资料重量Gc=kcAclcδc，lc是均匀磁路长度。kcAc=Gc/lcδc。

导电资料重量G_N=k₀Aol_Nδ_N，l_N是线圈均匀匝长。K₀A_O=G_N/l_Nδ_N。

（1+η）W₁=2KufKc△B K₀J  。   （1+η）W1是变压器总容量=W₁+W₂

从这个公式能够看出，变压器总容量与死心资料的关系连涉到三个参数：死心中磁通变化量△B，死心资料重量Gc，均匀磁路长度lc，变压器总容量与导电资料的关系也牵涉到三个参数：电流密度J，导电资料重量G_N，线圈均匀匝长l_N。另外，死心资料密度δc和导电资料密度δ_N也有影响。

其中△B是死心中磁通变化量，普通对双方向激磁变压器，△B=Bm-Br，对双方向激磁变压器，△B=2Bm。选取Bm时，不单要思索死心资料的饱和磁通密度，还要思索死心资料在工作频率f下的损耗。

J是导线的电流密度，决议于导电资料外包绝缘耐热等级，也就是允许温升，在选取了J时，还要思索变压器的散热条件。

3．2效率和损耗

变压器效率η=P₂/P₁，P₂是输出功率，P₁是输入功率。

P₁=P₂+P_k，η=P₂/P₂+P_K=1- =1-

P_K是负载损耗，P_K=P_O+P_N，P_O是空载损耗，也就是死心损耗。P_N是线圈损耗。

死心损耗P₀=P_C（T/HZ）G_C，P_C（T/H2）是在一定磁通密度T和一定工作频率H_Z<s, pan="" style="margin: 0px; padding: 0px; font-family: 宋体;">下的单位重量死心损耗。能够本人停止测试，或者由死心资料消费单位提供测试数据。除了MnZn软磁铁氧体的P_C受温度影响比拟大而外，其他金属死心资料的单位重量损耗P_C与温度无关。总的死心损耗与死心单位重量损耗P_C和死心重量G_C成正比。

线圈损耗P_N=I₁²r₁+I₂²r₂，r₁是初级绕组电阻，r₂是次级绕组电阻，都会受温度影响，必需阐明是在什么温度下的线圈损耗和负载损耗。例如对A级绝缘的线圈，要给出75℃温度下的线圈损耗和负载损耗。

绕组电阻r₁=ρl_N1N₁/q₁，r₂=ρl_N2N₂/q₂，ρ是导电资料电阻率，l_N1，l_N2是初级绕组和次级绕组均匀匝长，q₁ q₂是初级绕组和次级绕组导线截面积。

电流I₁=J_q1，I₂=J_q2，假定初级绕组和次级绕组导线电流密度都一样为J。

P_N=I₁²r₁+I₂²r₂=J²q₁²ρl_N1N₁/q₁+ J²q₂²ρl_N2N₂/q₂=J²ρ（l_N1N₁q₁+l_N2N₂q₂）=J²ρG_N/δ_N，G_N是线圈导电资料重量，δ_N是导电资料密度。

从公式看出，线圈损耗与导电资料的电阻率ρ、所取的电流密度J的平方和线圈导电资料重量G_N成正比,和导电资料密度δ_N成反比。

值得留意的是，变压器的工作磁通密度受死心损耗的限制，由于单位重量死心损耗Pc是在一定磁通密度下测试数值的，假如工作磁通密度与测试时的磁通密度不同，要停止调整，或者在工作磁通密度下重新测试。因而，在设计变压器时要留意，不能只依据死心资料的饱和磁通密度，还要思索死心损耗来选取变压器的工作磁通密度。假如选择不当，会形成死心损耗过大，变压器工作时的温升会超越规则数值。

负载损耗P_k包括空载损耗P_O和线圈损耗P_N两局部，假如P_N远大于P_O，负载损耗P_K可以为就是线圈损耗。但是在中频和高频变压器中，死心损耗P_C比拟大，由它构成的空载损耗P_O比拟大，有时以至超越载圈损耗P_N，就不能够疏忽，而必需同时思索死心损耗和线圈损耗。

4 电感器技术参数

4．1电感

电感L=μ₀μKc N²

电感L与死心磁导率μ₀μ_,死心填充系数Kc，死心截面积Ac成正比，与死心均匀磁路长度lc成反比，与线圈匝数平方成正比。为了讨论电感L与死心之间的关系，普通用电感系数A_L=L/N²。

A_L=μ₀μKcAc/lc=μ₀μKcAclc/lc²=μ₀μKcGc/lc²δc

电感系数与死心磁导率μ₀μ，死心填充系数Kc，死心重量Gc成正比，与死心均匀磁路长度lc的平方、死心资料密度δc成反比。

4．2电感能量

W_L= LI_M²，I_M是电感线圈中电流的最大值，I_M=Jq，J是线圈电流密度，q是导线截面积。

W_L= μ₀μkc N²J²q²= μ₀μ J² ，G_N是导电资料重量，G_N=Nql_Nδ_N。

从公式看出，电感能量与死心资料磁导率μ₀μ，死心重量Gc成正比，与死心均匀磁路长度l_C的平方和死心资料密度δc成反比；与导电资料的电流密度J的平方，导电资料重量G_N的平方成正比，与线圈的均匀匝长l_N和导电资料密度δ_N的平方成反比。

5 结语

从上面引见的电源中变压器的普通请求，变压器和电感器主要技术参数与死心资料和导电资料之间关系，能够得出以下几点结论：

（1）       死心资料作为变压器死心的主要性能指标是饱和磁通密度和在一定磁通密度、一定工作频率下的单位重量损耗。作为电感器死心的主要性能指标是磁导率。

导电资料的主要性能指标是允许电流密度和电阻率。

（2）       死心资料和导电资料用量对变压器和电感器的主要技术参数都有影响，同时也会影响本钱等经济指标。

（3）       电源中变压器的普通请求是选用死心资料和导电资料的主要动身点。在详细设计中应当统筹统筹技术经济指标，千万不要遗忘作为一种商品的产品的总请求，是在详细运用条件下完成详细的功用中，追求性能价钱比最高。