密封變壓器與開放式變壓器解析

陳敏

摘要：各種新興技術(shù)以及由此衍生的各類新興電子產(chǎn)品風(fēng)起云涌，大大推動(dòng)了與電子產(chǎn)品相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，與此同時(shí)，對變壓器的各種環(huán)境要求以及性能要求與日俱增。文章對密封變壓器與開放式變壓器進(jìn)行了解析。

關(guān)鍵詞：密封變壓器；開放式變壓器；空載損耗；空載電壓；負(fù)載能力；抗壓強(qiáng)度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM407 文章編號(hào)：1009-2374（2017）11-0108-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.11.055

隨著世界經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，各種新興技術(shù)以及由此衍生的各類新興電子產(chǎn)品風(fēng)起云涌，大大推動(dòng)了與電子產(chǎn)品相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。與此同時(shí)，對變壓器的各種環(huán)境要求以及性能要求與日俱增，變壓器市場的競爭也愈發(fā)激烈，組合化、低損耗、低噪聲、節(jié)能環(huán)保及高可靠性將是未來變壓器的發(fā)展方向。在成熟的電子變壓器行業(yè)里，技術(shù)創(chuàng)新比較困難。但是每一個(gè)細(xì)小環(huán)節(jié)的改進(jìn)，都可能帶來新的理念和新的產(chǎn)品。

1 產(chǎn)品研發(fā)

賽特勒磁電有限公司對市場進(jìn)行了充分的技術(shù)分析和對國內(nèi)外客戶的需求分析后發(fā)現(xiàn)，在空調(diào)、洗衣機(jī)、電飯煲、壓力鍋、冰箱等家電行業(yè)，常規(guī)變壓器除了滿足其功能需求外，更需要滿足防水、低溫升、低噪音、小尺寸的需求。因而這些行業(yè)通常是在選用常規(guī)變壓器增加一個(gè)大大的罩，進(jìn)行整個(gè)PCB的灌注，大大增加了產(chǎn)品的制作成本和材料成本；還有些客戶采用外罩罩住變壓器，只進(jìn)行底部灌注以減少材料成本，導(dǎo)致變壓器的熱量無法散出，使產(chǎn)品的各個(gè)元器件一直處在高溫狀態(tài)，大大縮短了產(chǎn)品的壽命，增加了產(chǎn)品在使用過程中的風(fēng)險(xiǎn)。

針對市場的需求特點(diǎn)，賽特勒磁電的研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過反復(fù)的研究試驗(yàn)，從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，研發(fā)出新型專利繞線骨架，配合防火絕緣外殼，通過專用的密封膠灌裝，可達(dá)到小尺寸、防水、防塵、低噪音、散熱好、高絕緣的目的，同時(shí)可以消除在搬運(yùn)和使用過程中因振動(dòng)而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，大大提升了變壓器的安全性、穩(wěn)定性，延長了變壓器的使用壽命。另外，新型專利繞線骨架可采用繞線自動(dòng)化生產(chǎn)，確保產(chǎn)品性能的一致性，提升生產(chǎn)效率；亦可將過流保護(hù)電路集成在同一骨架上，可為客戶節(jié)省空間，又提升了反應(yīng)速度，降低了損耗。

變壓器新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高密度和高集成化，可以根據(jù)客戶的不同需求制成對應(yīng)的封裝，滿足不同客戶不同場合的需求。

2 開放式變壓器與密度變壓器的比較

下文對開放式變壓器與密封變壓器進(jìn)行全面比較。

2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的解剖

2.2 設(shè)計(jì)原理

開放式變壓器：使用磁感應(yīng)與達(dá)到變壓，使用膠帶對初次級(jí)及周邊環(huán)境進(jìn)行絕緣，通過產(chǎn)品表面與大氣對流進(jìn)行散熱。

密封變壓器：同樣也是使用磁感應(yīng)變壓，但散熱方式和絕緣不同，選用散熱絕緣膠，將變壓器進(jìn)行灌封，由于散熱絕緣膠的散熱系數(shù)比較高，所以通膠散熱的速度會(huì)比大氣要快，同時(shí)散熱膠可以貯存熱能，迅速將變壓器的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，灌封膠的絕緣性能是27kV/mm。

結(jié)論：（1）相同功率，要求相同溫升的情況下，密封變壓器可以把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更小一些，功率密度更大一些。如：2VA的變壓器，溫升要求為35℃，如果使用密封方式進(jìn)行制作尺寸只要做到32×27×27mm，而使用開放式的變壓器，其尺寸需要做到36×30×30mm。相同體積、相同功率，密封變壓器的溫升會(huì)比開放式變壓器的溫升要低一些；（2）絕緣性能方面，密封變壓器的絕緣性能方面會(huì)比開放式變壓器好很多，從解剖圖中可以看出，開放式變壓器與鋼片之間的隔離只有膠帶，而密封變壓器與鋼片之間的隔離是灌封膠，且鋼片與線包之間的隔離是360度的全方位隔離，所以密封變壓器的安全距離是初級(jí)與次級(jí)的PIN的排距，而開放式的膠帶不能是無縫的密封變壓器的安全距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開放式的密封距離；（3）鋼片被全方位包圍，不會(huì)出現(xiàn)電源觸碰鋼片導(dǎo)致發(fā)生安全事故的可能。

2.3 結(jié)構(gòu)方面

開放式變壓器：通過浸絕緣漆的方式，對鋼片和骨架進(jìn)行固定，同時(shí)保證變壓器長期置于空氣中，不會(huì)發(fā)生腐蝕。

密封變壓器：通過灌封膠，對鋼片和骨架進(jìn)行固定，同時(shí)確保變壓器在長期置于空氣中，不會(huì)發(fā)生腐蝕。

結(jié)論：（1）防潮方面：由于絕緣漆的厚度比較薄且比較脆，所以在使用過程易出現(xiàn)碰撞，導(dǎo)致脫落，而密封變壓器的膠不可能發(fā)生脫落，所以密封變壓器在防潮方面可靠性遠(yuǎn)高于開放式變壓器；（2）防水方面：通過實(shí)驗(yàn)證明，將開放式變壓器和密封變壓器放入水中再拿出，開放式的變壓器肯定是不能再使用，而密封變壓器只是將水擦干，就可以繼續(xù)使用，所以密封變壓器是防水的，而開放式的變壓器是不防水的；（3）噪音方面：顯而易見，絕緣漆的固定的可靠性與灌封膠的相比，相差甚大，所以密封變壓器的噪音遠(yuǎn)小于開放式變壓器；（4）壽命方面：鋼片和銅的腐蝕都是因?yàn)榕c空氣中的氧發(fā)生了反應(yīng)，而導(dǎo)致了鋼片的腐蝕，開放式變壓器的鋼片是完全暴露在空氣中，銅也或多或少地與空氣接觸，而密封變壓器的鋼片和銅線完全與空氣隔離，不可能會(huì)發(fā)生腐蝕。鋼片的腐蝕就會(huì)導(dǎo)致磁導(dǎo)率的下降，銅線的腐蝕會(huì)導(dǎo)致通流量變小而發(fā)熱，所以密封變壓器的壽命一定會(huì)優(yōu)于開放式變壓器。

2.4 性能方面

密封變壓器與開放變壓器在客戶使用時(shí)，每一項(xiàng)電性能的要求是相同的，其主要是空載損耗、空載電壓、負(fù)載能力、抗電強(qiáng)度、抗浪涌電壓。區(qū)別在于：（1）空載損耗：此性能參數(shù)是由鋼片的體積和設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的磁通量B值和銅線的線徑來決定其值的大小，它主要是由銅損和鐵損兩部分組成，所以這個(gè)與設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的B值有關(guān)系，與開放式和密封式的結(jié)構(gòu)沒有很大關(guān)系，所以這個(gè)參數(shù)在這兩類變壓器中的反應(yīng)是相同的；（2）空載電壓：此參數(shù)與空載損耗的反應(yīng)是相同的，不過這兩個(gè)參數(shù)是成反比關(guān)系的，如果空載損耗值小，那么空載電壓的就會(huì)相應(yīng)大一些，如果空載電壓值要變小的話，那么空載損耗的值就會(huì)相應(yīng)的變大。賽特勒在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，如果主要以空載損耗為重要參數(shù)，空載電壓的值只要不超過電路元器件的耐電壓值，那么它的高低對產(chǎn)品沒有很大的影響，而空載損耗決定了產(chǎn)品的能損等級(jí)；（3）負(fù)載能力：產(chǎn)品在使用過程中會(huì)有一定的發(fā)熱，其熱量會(huì)導(dǎo)致電壓出現(xiàn)跌落，由于密封變壓器的散熱性比開放式的好，所以負(fù)載的電壓跌落會(huì)比開放式的好一些，故其負(fù)載能力更強(qiáng)；（4）抗電強(qiáng)度：該參數(shù)是要是由變壓器的絕緣距離決定的以及骨架的材料、空間介質(zhì)的擊穿電壓決定的，從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及安規(guī)的指導(dǎo)值可以得出，2mm爬電距離最多承受1kV的抗電強(qiáng)度，密封變壓器按爬電距離計(jì)算，初級(jí)與次級(jí)大約可以承受10kV的抗電強(qiáng)度，密封變壓器的空間介質(zhì)是膠，其膠的擊穿電壓為27kV/mm，設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)保證0.6mm以上的空間距離，故其耐壓值為1.6kV，其骨架材料的擊穿電壓一般會(huì)達(dá)到8kV以上，所以從理論設(shè)計(jì)上計(jì)算，密封變壓器的耐電壓值可以達(dá)到8kV以上，但骨架注塑和變壓器灌封時(shí)會(huì)存在不均勻的情況，所以至少可以達(dá)到80%的效果，即可以實(shí)現(xiàn)5.6kV的電壓。開放式變壓器的空間介質(zhì)是空氣，空氣的耐壓參考值也是1mm爬電距離最多承受1.5kV的抗電強(qiáng)度，但是它會(huì)隨著空氣濕度的增加而下降。如果開放式的抗電壓強(qiáng)度要達(dá)到密封度變壓器的效果，那么其初級(jí)與次級(jí)之間的擋墻厚度要達(dá)到6mm以上，初次級(jí)的線包與鋼片之間的距離要達(dá)到3mm以上才可以，所以密封變壓器的抗電強(qiáng)度的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開放式變壓器；（5）抗浪涌電壓：其性能主要是評估變壓器使用過程中，產(chǎn)生雷擊時(shí)變壓器的損壞的可能性。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由于浪涌的性能主要阻抗，所以使用相同的線徑和匝數(shù)確保阻抗相同，使用EI30x12的結(jié)構(gòu)的變壓器，變壓器初級(jí)0.05mm的線5600Ts，次線0.18的線540Ts，其中不灌封和灌封的產(chǎn)品各5PCS，灌封的浪涌電壓：7.5kV 8kV 6.5kV 7kV 7kV，而開放式的變壓器的值：2.5kV 3kV 3kV 3.5kV 3kV，從以上數(shù)據(jù)可以看出灌封的至少可以達(dá)到6.5kV，而開放式的最高只能達(dá)到3.5kV，所以密封變壓器的抗浪涌性能是開放式的

兩位。

3 結(jié)語

綜上所述，開放式變壓器的各方面性能密封變壓器都可以實(shí)現(xiàn)，而密封變壓器的性能是開放式變壓器不可替代的，在短時(shí)間的使用可能產(chǎn)品沒有很大的區(qū)別，但在長期使用的情況下，密封變壓器的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開放式變壓器。

（責(zé)任編輯：蔣建華）