所有的电子电路在工作时，无一例外地需要不同电压、不同功率的直流供电。诚然，我们可以用现成的直流电源诸如电池、蓄电池直接供出。但当一个电子设备需要多种功率、多种直流电压时，则力不从心了。所以，除去小功率、单一供电电压的便携式电器用电池外，其它所有的电器都是用廉价的交流电作为动力。但民用单相交流电只有一种电压— 220V，这就需要一种器件能将220V的交流电变换成一个或多个所需的交流电压，再经过整流、滤波、稳压电路得到需要的直流电压。能够完成这一功能的器件，就是电源变压器。所以说，电源变压器是用来改变交流电压、交流电流的器件。也就是说，当一个固定电压的交流电加到电源变压器上时，它可以变换成需要的交流电压，进而再转换成直流电。

1.变压器的简单原理和特性

最简单的单相变压器结构如图1所示。它由原线圈(初级绕组)、副线圈(次级绕组)和铁心组成。初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。通俗地说，变压器是一种电->磁->电转换器件，即初级的交流电转化成铁心的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势,接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。

直流电不能产生交变磁场，故变压器不能用于变换直流电压。

我们用U1,E1,Nl分别代表输入端的电源电压、感应电动势和初级线圈的匝数，用U2,E2,N2分别代表榆出电压、感应电动势和次级线圈的匝数。当交流电压Ul加到初级线圈后，在初、次级线圈中分别感应出交变电动势El,E2。根据电磁感应定律，其电动势分别为:E1=4.44fN1Φx10-8(V), E2=4.44fN2Φx10-8(V) 。

当次级线圈开路时(不接负载)，变压器空载运行，初级线圈中只有少量的励磁电流通过，即空载电流。如果忽略变压器的损耗，变压器又是空载，则初级线圈电压降极小，次级电压降为零，那么Ul ≈E1,U2≈E2。比较上述E1,E2式，则有Ul/U2=El/E2=Nl/N2=n。式中，n称作变压比，简称变比，变比表明只有初次级线圈的匝数不同时，变压器才能起到变换电压、电流的作用。若n=1，没有电压、电流的变换作用，叫做隔离变压器;若n>1，次级电压低于初级电压，为降压变压器;若n<l，次级电压高于初级电压，为升压变压器。

当次级线圈接上负载时，忽略变压器的损耗，则输入功率P1=P2，即U1I1=U2I2，则有U1/U2=I2/I1=N1/N2。

由上述讨论知:变压器两侧的电压与初、次级线圈的匝数成正比，与初、次级中的电流成反比。

实际中，变压器的初、次级线圈和导磁铁心总要消耗部分电功率，包括铜损、铁损(磁滞损失、涡流损失)等，也就是说，变压器的效率η不是{bfb}，而是η={bfb}xP2/P1。变压器的效率与铁心质量、绕制工艺等多种因素有关。一般来说，变压器的容量越大，效率就越高，对于功率是1000W以下的变压器效率在65%-90%之间。

2.电源变压器的结构

主要由初、次级绕组和铁心构成。

①绕组结构形式 用于电子电器中的电源变压器，其初、次级绕组大多采用密绕多层式结构。在一个横截面是矩形的绝缘框架(塑料或纸板)上，用高强度漆包线均匀密绕，一层完毕后，敷以绝缘材料后再绕第二层，....直到匝数合适止。根据设计要求，在一个线圈框架上，既可以绕制一个绕组，也可以绕制多个绕组。其外形和纵切面示意图如图2所示。

②铁心的结构形式 铁心用不同形状的硅钢片，叠制成一定的厚度，片间绝缘。在保证一定的强度下片的厚度越小越好。铁心起导磁作用，因此成品应该是一个闭合导磁体。铁心有心式(绕组外露)和壳式(铁心包绕组)两种。常用铁心的结构形式和变压器成品外形如图3所示。其中，心式铁心适合于初、次级分开的两框架式，壳式铁心适合于初、次级在一起的单框架式。

3.变压器的设计

要自制一个电源变压器，重要的是根据所需功率、电压、电流确定铁心的用量(截面积)和各个绕组的匝数、导线直径等参数。对于烧坏需要翻新的变压器，只需按照原样重绕即可。对于功率在1000W以下的电源变压器，常采用两种设计方法:计算法和图表法。前者计算麻烦但较为xx，后者简便但误差较大，本文只介绍计算法。计算法大致分5步。

①计算变压器的功率P1 先根据次级负载的大小确定次级功率P2，再根据η={bfb}xP2/P1确定P1,η取中间值85%，则P1=1.15P2。

②确定铁心截面积S 据经验公式S(1.0~2.0)P11/2(cm2)，系数的大小取决于铁心的质量。当P1<50W时，系数取1.5-2.0;当P1<50OW时，系数取1.25;当P1 ≤ 1000W时，系数取1.0-1.25。铁心截面积指绕组所包裹的那个矩形铁心柱的横截面积，单位是cm2。

③求每伏匝数NO 经验公式NO=45/S(匝/伏)，式中S的单位是cm2。初级匝数N1=NOU1，次级匝数=NOU2。

④导线直径d的计算 根据各个绕组在应用中通过的{zd0}电流确定，d=0.711/2（mm）。

⑤校核铁心窗口是否能容纳所有绕组 校核时，首先要知道每个绕组的层数。根据导线的直径和窗口高度计算出每层匝数，再用每个绕组的总匝数去除每层匝数即得绕组的层数。然后根据层数以及层间和绕组间所用绝缘材料的厚度以及框架材料的厚度等参数相加，计算出绕组的总厚度。窗口和绕组纵切面如图4所示。一般层间绝缘用的牛皮纸厚度为0.05mm，白玻璃纸厚度为0.015-0.02mm之间。线径较粗的层间绝缘可用青壳纸，其厚度为0.12mm。至于绕组间的绝缘既可用1层青壳纸，也可用2-3层牛皮纸。

总之，绕组的总厚度要≤窗口的宽度，绕组的总高度要≤窗口的高度。

4.变压器的绕制和装配工艺

①制作木芯 木芯是为了将线圈框架固定在绕线机上便于绕线的一种辅助工具。其长宽略大于铁心截面的长宽，高度大于铁心窗口的高度。木芯中间的固定孔一定要打正，免得绕线时晃动歪斜，影响绕线的速度和质量。木芯宜使用干燥的软质杨木加工。

②制作线圈框架 线圈框架用0.5-1.Omm的绝缘纸板、塑料板或胶木板制作。为防止绕组塌落，在两端加装护线板。木芯和线圈框架结构如图5所示。其内径尺寸略大于铁心截面，高度略小于铁心窗口高度。

③选择绝缘材料 剪裁一些层间和绕组间的绝缘纸，宽度与铁心的窗口高度相同，长度以能把各层线圈的全部导线包裹起来为度。一般绝缘材料用一层聚脂薄膜(或黄蜡绸)或两层电话纸(或打字蜡纸、刻印蜡纸)，绕组间绝缘用两层电缆纸加一层聚脂薄膜(或黄蜡绸)。

④选择漆包线 绕制线圈的漆包线要选用高强度漆包线，不宜采用油基漆包线，防止线间、层间击穿。绕制时的各引出线及抽头之间的距离尽量远离，防止打火。计算漆包线通过的电流时，以“裸线直径”为准;估计铁心窗口容量时，以漆包线的“{zd0}外径”为依据。测量漆包线的直径，可用千分卡。

⑤绕线要求 线圈要绕得紧密整齐，匝间无空隙，每匝绕完后要保持为矩形，不可重叠。没有护板且直径较大的漆包线，第2层的线圈要绕在前一层两匝线圈的夹缝之问，绕完后整个线绕组呈宝塔形。否则边缘的线圈会发生塌落现象。

⑥绕线方法 将术芯连同框架一起装在绕线机的轴上，两端用螺母紧固，然后在框架上包覆内层绝缘

a.起头。细的漆包线起头时先焊上引出焊片，焊片从护板穿出做引出线，内部包覆一层绝缘纸，靠密绕导线的压力固定;较粗的漆包线可直接弯900后从护板穿出做引出线，然后开始密绕。

b.绕线和抽头。一般先绕制初级绕组。绕线时导线应与前进方向的相反方向微拉3-50，导线即可自动排齐。遇到抽头时，将导线拧成双折，上下垫上绝缘材料，从护板穿出。绕完一层可涂一遍绝缘清漆，再包覆一层绝缘纸，开始第二层绕制。

c.结尾和屏蔽。结尾的处理方法与起头相似。初级绕组完成后，按设计要求包覆组间绝缘材料。为防止调变交流声，在初、次级之间要加一层屏蔽层(隔离层):屏蔽层可以用漆包线密绕一层只引出一个线头接电路的“地”，另一个头埋在里面不用，并和其他线绝缘:也可以用薄铜皮或铝箔等金属薄片包裹不闭合(不短路)的一层，中间相距1Omm左右，同时引出一个接头备用。

d.对屏蔽层绝缘后开始绕制次级绕组，工艺要求同上。{zh1}包覆保护绝缘层，整个绕组(线包)完成。

⑦绕组的检查 检查各绕组的直流电阻，不应有短路、断路现象;有条件时，用线圈匝数测量仪检测绕组匝数，看是否符合设计要求;用500-1000V兆欧表检查各绕组间的绝缘电阻，应在100-50OMΩ之间。

⑧烘干和浸漆把整个绕组(线包)放在烘干箱中，保持60-80℃温度烘烤3-5小时，取出后立即放入绝缘漆中浸渍1小时，之后风干备用。

⑨装配铁心 要求:装配牢固才能满足铁心有效截面积计算要求，消灭额外发热和硅钢片抖动杂声;装配时铁心时磁路中不要留空隙，以减少磁阻和励磁电流及工作时的“嘴嗡”声。以“山字型”铁心为例，装配时要交错插入硅钢片，第2片山字豁口方向与第1片相反，交错可以是1片(小功率)，也可以是两片(大功率)，片间累叠要整齐紧密，每层都是一个完整的“日”字，同时要按设计要求将全部硅钢片擂入，不可剩留。铁心的装配示意图如图6所示。{zh1}用木棰敲打铁心，使之整齐紧密。完毕后，整体浸绝缘清漆一次，风干后放入烘干箱中，保持80℃温度烘烤巧15-20小时即可使用了。

5.变压器的检验

①检测绝缘电阻:用500V兆欧表测量绕组与铁心之间、各绕组之间的绝缘电阻，应≥500MΩ。

②检测次级的空载电压:初级加上额定电压之后，各次级的空载电压误差应在≤3%-5%。

③空载电流的检测:次级空载、初级加上额定电压之后，流过初级中的电流叫空载电流。这个数值越小，说明变压器的质量越高。正常时，空载电流值应为满载电流值的10%一15%。

④温升试验:次级加上额定负载，连续工作6-8小时，绕组和铁心的温升不能超过50-60℃。

业余条件下，只要上述检测都正常，那么这个电源变压器设计、制作就是成功的。

6.附录:电源变压器设计便查表

常用的10-300VA电源变压器设计参数如附表所示。读者只要核对、计算好输入功率P1，其他数据无须经过上述计算，即可查表得到。