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变压器各种的设计原理

2022-08-03 点击量:357 字体:
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  在我们把导线插进220V电源插座,就会发生短路现象,但是插进变压器就不会,差别就在于变压器原边的线圈导线是绕在铁芯里的,难道仅仅因为多了个铁芯,导线就失去短路功效了吗?是的,导线插进铁芯后就变成了电感线圈,依据楞次定律:感应电流的磁场总是要阻碍造成感应电流的磁通量的变化,(注意:“阻碍”不是“相反”,原磁通量增大时方位相反,原磁通量减小时方位相同;“阻碍”并不是阻拦,电路中的磁通量还是变化的。)变压器原边将产生一个尺寸相同,方位相反的反向电动势相抵输入的220V电压,导线中仅有微弱的励磁电流流过(保持磁场必须有一个电流),因此,导线失去了短路功效。

  如果真是那样,那么在钉子上绕两圈丝包线,再把导线插进220V电源插座,是不是就不会短路了?一定会短路的。原因就是铁芯磁饱和了,没法产生反向电动势相抵输入电压,这时,导线还是等同于短路线。拆卸变压器,能够看见,线圈匝数许多,最大功率越大的变压器,铁芯体积越多,其中的原因就是为了让变压器工作在变压器情况,而非进到磁饱和情况。

  换句话说,大家具体中使用的变压器都是非理想的,有可能进到磁饱和情况,进而丧失变压器作用。大家设计变压器的目的就是保证在额定电流,最大功率下,变压器正常运转。假如真的存在理想变压器就不需要大家设计了。

  变压器设计

  除了满足正常运转的要求外,变压器设计还要满足:体积、净重、温度、成本等规定,因此,具体变压器的设计并不是一件容易的事情。书本上的理论分析全都是用的理想变压器,书上说变压器可以实现变压、匹配电阻、防护等等作用,可是隐含前提是变压器工作在变压器情况,假如饱和了,那就没有这些功能了。

  一个具体变压器还存在导线电阻、漏感、分布电容、遍布电感、升温(铜损、铁损)等等问题,根据不同的变压器种类,有些参数不能忽略。

  制做变压器大家需要知道下列信息:

  1、磁芯规格(磁芯形状、磁芯尺寸、磁芯材料)

  2、匝数与导线规格(原副边匝数、导线直径)

  3、耗损与升温

  4、导线构造:多股线或扁平线

  5、绕阻构造:双层或分段饶制

  6、端空设计:按绝缘电位设计端空

  磁芯规格其实就是要确定横截面积和工作点。一般功率决定横截面积尺寸,功率越大,横截面积越多。有经验公式可以快速依据功率确定横截面积,也可以直接查表。

  磁芯材料确定后,根据其特性曲线,我们要选择合适的工作点B0。B0太大会造成磁饱和,太小又会使得体积巨大、净重沉、功耗大、成本高。

  当电源频率、工作点B0、横截面积都确定后,就可以计算出每伏匝数,用输入电压除于每伏匝数就可以得到原边匝数。从而能够求得副边匝数。

  导线直径取决于电流强度,而电流强度又取决于电压调整率或升温,受二者一同管束,哪个约束算出来的J值小,就选择哪个J值。J值小肯定不会有升温/电压调整率难题,但也不是越小越好,J小的话,导线直径太粗,铜净重大、体积大、成本高,有时线包薄厚可能超出铁芯窗口尺寸,根本无法绕制。

  电流强度J和升温有什么关系呢?许多新手可能想起去查书,其实,变压器设计是一项实践性很强的工作,理论派这时早已玩不转了,这时需要大量实践经验。也有人可能会埋怨材料不足,这不是难题,没有材料能够做测验获得。就象没有DIP器件封装数据,你完全可以直接用尺子量出引脚间隔来。不清楚程序出错原因,完全可以通过调节找到。

  升温和铜损铁损相关,和散热条件相关,带散热器的温度就低,散热器上有风机的温度更低,风扇转速快的肯定温度还得减少了。此外,还和外界环境温度相关,在南极零下50度,升温就不是问题,在赤道沙漠里,升温可能导致铁芯磁特性曲线飘移,从而磁饱和,丧失变压器作用。总之决定升温的因素很复杂:管芯到封装的热阻、接触面积、接触面光泽度、导热硅脂、散热器材料体积、面积、鳍形、涂层材料、色调、空气密度、流速等共同决定升温。

  因而,电流强度J和升温的关系只能凭经验确定了。一般通过经验公式确定。所谓经验公式是指:通过一系列结果可重复的试验,获得数据曲线,应用数值分析方式多项式拟合,获得经验公式。此公式在我们的经验范围内正确,能够准确预测结果,能够反复验证。注意:经验公式存有局限性,假如预测结果不对,就需要再次调整经验公式,提升我们的经验。由此可见,经验越多,越不容易出错,要想设计好变压器必须累积大量经验。

  毕竟,变压器是一种产品,大家没必要每次都从头设计,那样太消耗时间。这时,运用报表、EXECL电子表格、经验能够大大加速设计速度。

  例如:能够要求电流强度J选2.5A/平方毫米,内绕阻J适当降低,外绕阻J适度提升,排热好的甚至可以达到10A/平方毫米,这样就不用详细测算了。

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