概述
自米切爾·法拉第發(fā)明了變壓器以來(lái)，變壓器生產(chǎn)工藝和使用材料發(fā)生了重大改變。最初由于線圈骨架上容易繞線，疊片變壓器得到廣泛應(yīng)用。但是由于疊片變壓器的磁路有氣隙，磁路的有效性不高。C型鐵芯變壓器雖然減小了氣隙，并保留了線圈骨架上容易繞制線圈的優(yōu)點(diǎn)，但是磁路中仍有氣隙。
高速環(huán)型變壓器繞線機(jī)的發(fā)明，使得有可能快速、乎整地把導(dǎo)線繞在封閉的環(huán)型鐵芯上，因而可以發(fā)揮無(wú)氣隙鐵芯的全部?jī)?yōu)點(diǎn)。無(wú)氣隙鐵芯變壓器和同等容量的疊片變壓器相比，有體積小、重量輕、漏磁小等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，由于勞動(dòng)力成本急劇上升和繞線技術(shù)不斷改進(jìn)，環(huán)型變壓器與疊片變壓器的價(jià)差很小。目前，與疊片變壓器和C型變壓器相比，15～50VA的環(huán)型變壓器價(jià)格較貴，200～500VA環(huán)型變壓器的價(jià)格略低一些，500VA以上環(huán)型變壓器的價(jià)格有很大優(yōu)勢(shì)。然而，在許多應(yīng)用中，環(huán)型變壓器的技術(shù)特性優(yōu)勢(shì)更重要。
環(huán)型鐵芯
環(huán)型鐵芯由硅鋼帶纏繞而成，很象一個(gè)繞緊的鐘表發(fā)條，繞好后浸漬并封裝于塑料殼內(nèi)，鐵芯可以涂覆。
1990年，鐵芯材料的最重大發(fā)明是：在低含碳量0．04%熱軋低碳鋼中，滲入少量的硅，形成合金，改善了熱軋硅鋼帶的性能。新材料雖克服了磁性退化問(wèn)題，但導(dǎo)磁率和延展性下降，沖壓和成型困難。
l930年冷軋硅鋼帶在壓延方向上的磁特性得到重大改善，晶粒取向性、硅鋼帶的工作磁通密度、導(dǎo)磁率大大提高，損耗減少。遺憾的是，這些優(yōu)點(diǎn)只有在磁通與晶粒方向一致的條件下，才能夠得到。對(duì)于疊片鐵芯磁路的研究表明，大約有40％鐵芯與最優(yōu)方向成90°；另外40％做為磁通回路，剩余的一小部分鐵芯能夠充分發(fā)揮潛能狀態(tài)。然而，在環(huán)型鐵芯中，磁通方向總與晶粒方向一致，但當(dāng)晶粒取向與磁通方向成90°時(shí)，GOSS的有效性比熱軋硅鋼帶的性能還要差。
GOSS鐵芯的平均工作磁密大約為1.6T，相應(yīng)的熱軋硅鋼帶大約為1．3T，兩種材料相應(yīng)的耗損為0．45W／1B和1．25W／1B，比銅損小許多。
低鐵損的主要原因是，環(huán)型鐵芯有一個(gè)連續(xù)不斷的磁路，而疊片鐵芯變壓器在EI片間有氣隙；因此，存在較大的氣隙磁阻是疊片變壓器的主要缺點(diǎn)。
在磁性元件中，空氣間隙的滋阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵芯的滋阻。空氣間隙的磁阻不僅使疊片鐵芯變壓器效率降低，而且還會(huì)使氣隙邊緣磁密增加。一部分磁通漏到變壓器周圍的空間，在導(dǎo)線、印制板和無(wú)源元件上產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢(shì)。為了減少氣隙的影響，可采用C型鐵芯。把鋼帶繞在芯軸上，浸漬后切成兩半，磨光切開(kāi)的表面，拋光并蝕刻。這樣，兩部分鐵芯在線圈骨架內(nèi)接觸時(shí)，間隙很小。環(huán)型鐵芯沒(méi)有空氣間隙，并且有反向纏繞的繞組，可進(jìn)一步減小寄生磁場(chǎng)，電噪聲可減小到疊片變壓器的1／7～1／10。
環(huán)型鐵芯不但磁性能優(yōu)良，而且還有許多機(jī)械方面的優(yōu)點(diǎn)：片間壓力可以嚴(yán)格控制，并且可達(dá)到95％的同一水準(zhǔn)。采用浸漬技術(shù)，可使鐵芯成為牢固的整體，在繞線和加工過(guò)程中不變形；由于環(huán)型鐵芯非常牢固，減少了磁致伸縮力的影響；因而減少了振動(dòng)和音頻噪聲。
環(huán)型變壓器有許多固定方法，最常用的方法是利用環(huán)型變壓器的中心孔固定。應(yīng)當(dāng)注意，螺釘?shù)裙潭粦?yīng)該使變壓器的頂部壓板與下底板同時(shí)接地，以免形成一個(gè)短路環(huán)。這種情況應(yīng)當(dāng)特別注意。
環(huán)型鐵芯的直徑／高度／寬度比可以按照要求隨意變化。通常，變壓器的重量隨著高度的增加而減少，但是鐵芯高度、導(dǎo)線平均匝長(zhǎng)和銅重增加，抵消了鐵重的減輕。
最常用的性能優(yōu)良的鐵芯直徑、高度和寬度的比例是：4×2×1或5×3×1．5和6×2×0.5；應(yīng)用中，寬度或高度沒(méi)有限制。
絕緣需要較大的中心孔，表面積要求不嚴(yán)格但高度有限制時(shí)，都可以采用。鐵芯設(shè)計(jì)還受繞線機(jī)限制，鐵芯必須有足夠大的中心孔，以便線梭順利通過(guò)。
環(huán)型變壓器的繞組
繞線時(shí)，導(dǎo)線通過(guò)鐵芯中心孔，繞到鐵芯，外表面，再繞回中心孔。繞線是利用可將鐵芯套入的開(kāi)口環(huán)型線梭完成的；把適當(dāng)長(zhǎng)度的導(dǎo)線繞入線梭的線槽內(nèi)，導(dǎo)線的一端固定在鐵芯上：將導(dǎo)線從線梭繞在鐵芯。當(dāng)所需的匝數(shù)繞完后，剽余的導(dǎo)線從線梭上除去，然后打開(kāi)線梭開(kāi)口，將鐵芯從線梭中取出。繞組和鐵芯尺寸受繞線機(jī)限制，對(duì)線梭的要求與導(dǎo)線和絕緣有關(guān)，鐵芯的最大高度也受線梭直徑限制。繞組的另一個(gè)作用是堅(jiān)固鐵芯，以減小電磁振動(dòng)，降低音頻噪聲，還可以作為繞組間的靜電屏蔽。利用特殊的繞線技術(shù)，可能減小繞組的磁場(chǎng)影響。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)型繞線機(jī)的最高繞線速度為2000匝/分。由延伸性和絕緣性良好的導(dǎo)線制成的繞組成品率極高。
應(yīng)用
環(huán)型變壓器明顯優(yōu)于疊片鐵芯變壓器的實(shí)例是：船用低壓高亮度導(dǎo)航燈的電源變壓器，可安裝在全方位無(wú)線電信標(biāo)機(jī)天線桿的頂端上。其它變壓器安裝在這種位置上很困難，但是，環(huán)型變壓器有中心孔，只要筒單地套在天線稈上，接上電源即可。
環(huán)型變壓器的低輻射場(chǎng)是它固有的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)使用疊片變壓器時(shí)，若輻射噪聲過(guò)大，可采用屏蔽技術(shù)，當(dāng)這種方法仍不能達(dá)到要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用環(huán)型變壓器。
由于環(huán)型變壓器具有低噪聲持性，因此美國(guó)將它用于高保真度音響設(shè)備和視頻顯示終端；日本把它用于功率放大器、電子試驗(yàn)儀和通用設(shè)備。當(dāng)壞型變壓器固有的低噪聲特性不能滿足要求時(shí)，可外加低碳鋼或微金屬罐屏蔽。
應(yīng)當(dāng)注意，在半波整流電路中，不能用環(huán)形變壓器。因?yàn)?，它產(chǎn)生不對(duì)稱于S／H軸的磁滯環(huán)。這樣，鐵芯發(fā)生單方向極化并飽和。利用橋式整流器可以克服這個(gè)缺點(diǎn)。用冷軋帶制作的容量較大的環(huán)型變壓器與用熱軋帶制作的疊片變壓器相比，剩磁較高。這樣，當(dāng)鐵芯中磁密較高時(shí)；變壓器與電源斷開(kāi)后，鐵芯將保留磁通值的80％，如果變壓器在剩磁方向上再次通電，鐵芯磁通將很快從剩磁值達(dá)到飽和值，這樣瞬間起動(dòng)磁化電流只由初級(jí)繞組的低組抗限制，這個(gè)起動(dòng)電流將燒斷保險(xiǎn)絲、因此，在初級(jí)電路內(nèi)，應(yīng)加入防浪涌
保險(xiǎn)或軟起動(dòng)電阻。
目前受繞線機(jī)的限制，可制作的環(huán)型變壓器最大容量為10kVA。對(duì)于一般電子設(shè)備來(lái)說(shuō)。這個(gè)容量已經(jīng)足夠了。
主要優(yōu)點(diǎn)
環(huán)型變壓器主要優(yōu)點(diǎn)是輻射場(chǎng)較低和效率較高。在尺寸和重量減半的情況下，能夠達(dá)到給定的容量，如果使用容量稍大—些的變壓器，則變壓器的溫度可以降低。中心孔固定方式使環(huán)型變壓據(jù)很容易安裝印刷電路板上。
環(huán)型變壓器具有高度的靈活性，可根據(jù)機(jī)箱與整體裝配的要求，設(shè)計(jì)變壓器的尺寸。由于制作環(huán)形變壓器不需要沖模，也不需要線圈骨架注塑模具，所以生產(chǎn)周期短，適用于中小批量生產(chǎn)，能夠滿足當(dāng)代電子設(shè)備不斷改型的需要。