2.4 电感器与变压器的检测
【要点】
电感器又称电感线圈,通常简称为电感。电感器与电容器一样,是一种储能元件,也是常用的基本电子元件之一。电感具有通直流、阻交流的特点,在电路中的作用有阻流、调谐与选频、滤波和耦合。因为电感器少数为通用元件,大多数为专用元件,因此检测电感器主要是利用万用表的电阻挡判断电感器与变压器绕组是否有开路或线圈匝间短路。
2.4.1 电感器的检测
电感器的主要参数是电感量、允许偏差、额定电流和品质因数(Q),高频电感还要考虑分布电容等。
1.电感量
电感量是表示电感器产生自感应能力大小的一个物理量,也称自感系数。电感量的大小与线圈的匝数、导线的直径、有无磁芯及磁芯的材料、绕制线圈的方式、线圈的形状大小等有关。通常,线圈匝数越多,匝间越密则电感量越大。带有磁芯的线圈比无磁芯的线圈的电感量要大。电感器所带磁芯的磁导率越大,其电感量也越大。
电感量的基本单位是亨利,简称亨,用字母“H”表示。在实际应用中,一般常用毫亨(mH)或微亨(μH)作为单位。它们之间的相互关系是:1H=1000mH,1mH=1000μH。
用于不同电路中的电感器,对其电感量的要求也是不同的。例如,用于短波谐振回路中的电感器,其电感量一般为几微亨;用于中波电路中的电感器,其电感量为几百微亨;用于稳压电源电路中的电感器,其电感量为几亨到几十亨。
2.允许偏差
允许偏差是指电感器上标称的电感量与其实际电感量的允许误差值。不同用途的电感器,对其电感量的允许偏差要求也是有所不同的。一般用于振荡器谐振回路或滤波电路中的电感器,其电感量的允许偏差为±0.2%~±0.5%,可见,这种电路对电感量的精度要求较高。而在电路中起高频阻流及耦合作用的电感器,其电感量允许偏差为±10%~±15%,显然,这种电路对电感量允许偏差的要求是比较低的。
3.额定电流
电感器在正常工作时所允许通过的最大电流即是其额定工作电流。在应用电路中,若流过电感器的实际工作电流大于其额定电流,会导致电感器发热使性能参数发生改变,甚至还可能因过流而烧毁。因此在使用中,电感器的实际工作电流必须小于额定电流。固定电感器的额定电流常用字母标注,如表2-1所示。
表2-1 固定电感器的额定电流字母标注含义
4.品质因数
品质因数也称Q值,是衡量电感器质量高低的主要参数。它是指电感器在某一频率的交流电压下工作时,所呈现出的感抗与本身直流电阻的比值。用公式表示:Q=ωL/R。式中,ω为工作频率;L为线圈电感量;R为线圈的总损耗电阻。
电感器Q值的大小,与所用导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗以及铁芯引起的损耗等因素有关。电感器的Q值越大,表明电感器的损耗越小,越接近理想的电感,当然其效率就越高,质量就越好。反之,Q值越小,其损耗越大,效率则越低。实际上,电感器的Q值是无法做得很高的,一般在几十到几百。如中波收音机中使用的振荡线圈的Q值一般在55~75之间。在实际应用电路中,用于谐振回路的电感器的Q值要求比较高,其损耗比较小,可提高工作性能。在电路中起耦合作用的电感器,其Q值可低一些。而在电路中起高频或低频阻流作用的电感器,对其Q值基本上不做要求。
对于品质因数Q值的测量,可根据以下几种情况推断其值大小。线圈的电感量相同时,其直流电阻越小,Q值越高。也就是说,所用导线的直径越粗,Q值越高。若采用多股线绕制,导线的股数越多(一般不超过13股),Q值越高;线圈骨架(或铁芯)所用材料的损耗越小,其Q值越高。例如,用高硅钢片做铁芯时,其Q值较用普通硅钢片做铁芯时高;线圈的分布电容和漏磁越小,其Q 值越高。例如,蜂房式绕法的线圈,其Q值较平绕时为高,比乱绕时更高;线圈无屏蔽罩,安装位置周围无金属构件时,其Q值较高。与此相反,则Q值较低。屏蔽罩或金属构件离线圈越近,其Q值降低越厉害;对有磁芯的高频线圈,其Q值较无磁芯时为高。磁芯的损耗越小,其Q值也越高。
5.分布电容
电感器的分布电容是指线圈的匝与匝之间、线圈与磁芯之间、线圈与屏蔽层之间所存在的固有电容。这些电容实际上是一些寄生电容,它们降低了电感器的稳定性。电感器的分布电容越小,电感器的稳定性越好。减小分布电容的方法通常有:用细导线绕制线圈、减小线圈骨架的直径、采用间绕法或蜂房式绕法。
电感器种类繁多,形状各异,较常见的有:阻流圈、单层平绕空心电感线圈、间绕空心电感线圈、脱胎空心线圈、多层空心电感线圈、蜂房式电感线圈、带磁芯电感线圈、磁罐电感线圈、高频阻流圈、低频阻流圈、固定电感器等。固定电感器是一种电感量小的小型电感器,线圈(往往含有磁芯)被密封在外壳内,常用色带标示电感量的数值,常称色码电感器。它具有体积小、重量轻、结构牢固、电感量稳定和使用安装方便的特点。部分电感线圈的外形如图2-24所示。
检测电感的参数需要用专门仪器(如电感电容电桥、Q表等),在不具备专用仪器的情况下,可用万用表测试,大概判断电感的好坏。当怀疑印制电路板上电感开路或短路时,可用万用表R×1挡,在断电的状态下测试电感两端直流电阻。一般高频电感阻值为零点几欧到几欧;低频电感阻值为几百欧至几千欧,中频电感器阻值为几欧到几十欧。测试时要注意,有的电感线圈圈数少或线径粗,直流电阻很小,即使用R×1挡进行测试,阻值也可能为零,这属于正常现象;测量时,用手指接触线圈引脚对测量结果影响很小,可以忽略不计;如果阻值很大或无穷大,表明电感已经开路。用指针式万用表在电路上检测收音机的天线线圈如图2-25所示,图中实测天线线圈的直流电阻为1.9Ω。
图2-24 部分电感线圈的外形
图2-25 用指针式万用表检测收音机的天线线圈
【知识要诀】
检测电感不容易,需要专门的仪器,
一般判断好与坏,低挡测量电阻值,
阻值很大已断路,阻值很小是优异,
因为电感电阻小,手碰引脚可不计。
2.4.2 变压器的检测
变压器也是一种将交流电压升高或降低而频率不变的电感器件,其种类繁多,大小形状千差万别。变压器按工作频率可分为高频变压器、中频变压器和低频变压器。
低频变压器又分为音频变压器和电源变压器,是变换电压或做匹配阻抗的元件。其中音频变压器工作于音频范围,具有信号电压传输、分配和阻抗匹配的作用;电源变压器的用途是电源电压变换,并可同时提供多种电源电压,以适应电子电路的需要。电源变压器又有“E”型电源变压器与“C”型电源变压器或环型电源变压器之分。“E”型电源变压器与“C”型电源变压器的外形如图2-26所示。中频变压器习惯上称中周,应用在超外差式收音机或电视机的中频放大电路中。通常晶体管收音机中频放大电路前后共用三只中频变压器。收音机里的中频变压器见图2-26。
图2-26 部分变压器的外形
高频变压器通常是指工作于射频范围的变压器。收音机里所用的振荡线圈、高频放大器的负载回路和天线线圈等都是高频变压器。因为这些线圈用在高频电路中,所以电感量可以很小。
变压器的主要参数有变压比、频率特性、额定功率和效率等。
变压器的变压比又称电压比,用n表示,它是二次绕组匝数与一次绕组匝数之比,或是二次绕组两端的输出电压与一次绕组两端的输入电压之比。变压器的电压比n与一次、二次绕组的匝数和电压之间的关系如下:
n=U 1 /U 2 =N 1 /N 2
式中,N 1 为变压器一次(初级)绕组匝数,N 2 为二次(次级)绕组匝数,U 1 为一次绕组两端的电压,U 2 是二次绕组两端的电压。
当n<1时是升压变压器;当n>1时是降压变压器;当n=1时是1:1隔离变压器。
频率特性是指变压器有一定的工作频率范围,不同工作频率范围的变压器,一般不能互换使用。因为变压器在其频率范围以外工作时,会出现工作时温度升高或不能正常工作等现象。
额定功率这一参数一般用于电源变压器。它是指电源变压器在规定的工作频率和电压下,变压器长时间工作而不超过限定温升的最大输出功率。单位为VA(伏安),一般不用W(瓦特)表示,因为在额定功率中会有部分无功功率。变压器的额定功率与铁芯截面积、漆包线直径等有关。变压器的铁芯截面积大、漆包线直径粗,其输出功率也大。
效率是指在额定负载时,变压器输出功率与输入功率的比值。该值与变压器的输出功率成正比,即变压器的输出功率越大,效率越高;变压器的输出功率越小,效率越低。变压器的效率值一般小于100%,在60%~100%之间。
可以用万用表检测变压器。一是检测绕组线圈通断情况,二是检测绕组线圈之间或线圈与铁芯之间的绝缘电阻。
检测绕组线圈的通断情况可用万用表R×1挡分别测量变压器的一次、二次绕组的电阻值,如图2-27所示。通常,降压变压器一次绕组的电阻值应为几十欧姆至几百欧姆,二次绕组的电阻值为几欧姆至几十欧姆(输出电压较高的二次绕组,其电阻值也大一些)。图2-27中所测变压器二次绕组的电阻值为6.5Ω。
图2-27 测量变压器绕组的电阻值
若测得某绕组的电阻值为无穷大,则说明该绕组已开路损坏;若测得某绕组的电阻值为0,则说明该绕组已短路损坏。
测量绝缘电阻的方法是:在没有摇表(兆欧表)的情况下用万用表R×10k挡,一支表笔接变压器外壳,另一支表笔分别接触各线圈的一根引线,如图2-28所示,表针应该都不偏转。如果某次测量时表针有偏转,说明这一线圈与外壳之间绝缘不良;然后,一支表笔接一次绕组任一根引线,另一支表笔接二次绕组任一根引线,此时表针也应该不偏转,否则是一次绕组和二次绕组之间绝缘不良。
图2-28 测量变压器绝缘电阻
测量变压器温升的方法是:给变压器通电十分钟,断电后用手接触变压器外壳,如果热到手指不能接触变压器外壳的程度,说明变压器已有问题。用手接触变压器时一定要断电。
用万用表判断变压器线圈同名端的方法是:将万用表置于电流50μA 挡,两支表笔与变压器二次绕组的两个端子接牢。然后取一节大号干电池,与变压器一次绕组的两个接线端子碰一下,在碰触瞬间万用表指针向右偏转,则变压器一次绕组、二次绕组上涂有黑点的为同名端。用万用表判断变压器绕组同名端如图2-29所示。
图2-29 测量变压器线圈同名端
【知识要诀】
用表检测变压器,测量初、次电阻值,
拨至高挡测绝缘,表针应该不偏移,
测量温升用手摸,通电以后温适宜,
判断线圈同名端,表用微安加电池。