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诚博娱乐 > 技术交流
技术交流 互联网 2016-06-14 11:34
诚博娱乐讯:
    一、变压器原理
 
    当我们把导线插入220V电源插座,就会发生短路现象,可是插入变压器就不会,区别就在于原边的线圈导线是绕在铁芯上的,难道仅仅因为多了个铁芯,导线就失去短路作用了吗?是的,导线插入铁芯后就变成了电感线圈,根据楞次定律:感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,(注意:“阻碍”不是“相反”,原磁通量增大时方向相反,原磁通量减小时方向相同;“阻碍”也不是阻止,电路中的磁通量还是变化的。)变压器原边将产生一个大小相等,方向相反的反向电动势抵消输入的220V电压,导线中仅有微弱的励磁电流流过(维持磁场需要有一个电流),所以,导线失去了短路作用。
 
    如果真是这样,那么在铁钉上绕几圈漆包线,再把导线插入220V电源插座,是不是就不会短路了?肯定会短路的。原因就是铁芯磁饱和了,无法产生反向电动势抵消输入电压,此时,导线还是相当于短路线。拆开变压器,可以看到,线圈匝数很多,额定功率越大的变压器,铁芯体积越大,其中的原因就是为了让变压器工作在变压器状态,而不是进入磁饱和状态。
 
    也就是说,我们实际中使用的都是非理想的,有可能进入磁饱和状态,从而失去变压器功能。我们设计变压器的目的就是保证在额定电压,额定功率下,变压器正常工作。如果真的存在理想变压器就不需要我们设计了。
 
    二、变压器设计
 
    除了满足正常工作的要求外,变压器设计还要满足:体积、重量、温度、成本等要求,所以,实际变压器的设计可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、阻抗匹配、隔离等等功能,但是隐含前提是变压器工作在变压器状态,如果饱和了,那就没有这些功能了。
 
    一个实际变压器还存在导线电阻、漏感、分布电容、分布电感、温升(铜损、铁损)等等问题,根据不同的变压器类型,有些参数不能忽略。
 
    制作我们需要知道以下信息:
 
    1、磁芯规格(磁芯形状、磁芯大小、磁芯材料)
 
    2、匝数与导线规格(原副边匝数、导线直径)
 
    3、损耗与温升
 
    4、导线结构:多股线或扁平线
 
    5、绕组结构:多层或分段饶制
 
    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大小,功率越大,横截面积越大。有经验公式可以快速根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太大会导致磁饱和,太小又会使得体积庞大、重量沉、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,用输入电压除以每伏匝数就可以得到原边匝数。进而可以求得副边匝数。
 
    导线直径取决于电流密度,而电流密度又取决于电压调整率或温升,受二者共同约束,哪个约束条件算出来的J值小,就选择哪个J值。J值小肯定不会有温升/电压调整率问题,但也不是越小越好,J小的话,导线直径太粗,铜重量大、体积大、成本高,有时线包厚度可能超过铁芯窗口尺寸,根本无法绕制。
 
    电流密度J和温升有什么关系呢?很多初学者可能想到去查书,其实,变压器设计是一项实践性很强的工作,理论派这时已经玩不转了,此时需要大量实践经验。也有人可能会抱怨资料不足,这不是问题,没有资料可以做实验得到。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距来。不知道程序出错原因,完全可以通过调试找到。
 
    温升和铜损铁损有关,和散热条件有关,带散热片的温度就低,散热片上有风扇的温度更低,风扇转速快的肯定温度又要降低了。此外,还和外部环境温度有关,在南极零下50度,温升就不是问题,在赤道沙漠里,温升可能导致铁芯磁特性曲线飘移,进而磁饱和,失去变压器功能。总之决定温升的因素很复杂:管芯到封装的热阻、接触面积、接触面光滑度、导热硅脂、散热器材料体积、表面积、鳍形、涂层材料、颜色、空气密度、流速等共同决定温升。
 
    因此,电流密度J和温升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实验,得到数据曲线,使用数值分析方法多项式拟合,得到经验公式。此公式在我们的经验范围内正确,可以准确预测结果,可以重复验证。注意:经验公式存在局限性,如果预测结果不对,就需要再次修正经验公式,增加我们的经验。由此可知,经验越多,越不容易出错,想要设计好变压器需要积累大量经验。
 
    毕竟,是一种商品,我们没有必要每次都从头设计,那样太浪费时间。此时,利用表格、EXECL电子表格、经验值可以大大加快设计速度。
 
    比如:可以规定电流密度J选2.5A/平方毫米,内绕组J适当降低,外绕组J适当提高,散热好的甚至可以达到10A/平方毫米,这样就不用详细计算了。
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