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變壓器各種的設計原理

2022-08-03 點擊量:144 字體:
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  在我們把導線插進220V電源插座,就會發生短路現象,但是插進變壓器就不會,差別就在于變壓器原邊的線圈導線是繞在鐵芯里的,難道僅僅因為多了個鐵芯,導線就失去短路功效了嗎?是的,導線插進鐵芯后就變成了電感線圈,依據楞次定律:感應電流的磁場總是要阻礙造成感應電流的磁通量的變化,(注意:“阻礙”不是“相反”,原磁通量增大時方位相反,原磁通量減小時方位相同;“阻礙”并不是阻攔,電路中的磁通量還是變化的。)變壓器原邊將產生一個尺寸相同,方位相反的反向電動勢相抵輸入的220V電壓,導線中僅有微弱的勵磁電流流過(保持磁場必須有一個電流),因此,導線失去了短路功效。

  如果真是那樣,那么在釘子上繞兩圈絲包線,再把導線插進220V電源插座,是不是就不會短路了?一定會短路的。原因就是鐵芯磁飽和了,沒法產生反向電動勢相抵輸入電壓,這時,導線還是等同于短路線。拆卸變壓器,能夠看見,線圈匝數許多,最大功率越大的變壓器,鐵芯體積越多,其中的原因就是為了讓變壓器工作在變壓器情況,而非進到磁飽和情況。

  換句話說,大家具體中使用的變壓器都是非理想的,有可能進到磁飽和情況,進而喪失變壓器作用。大家設計變壓器的目的就是保證在額定電流,最大功率下,變壓器正常運轉。假如真的存在理想變壓器就不需要大家設計了。

  變壓器設計

  除了滿足正常運轉的要求外,變壓器設計還要滿足:體積、凈重、溫度、成本等規定,因此,具體變壓器的設計并不是一件容易的事情。書本上的理論分析全都是用的理想變壓器,書上說變壓器可以實現變壓、匹配電阻、防護等等作用,可是隱含前提是變壓器工作在變壓器情況,假如飽和了,那就沒有這些功能了。

  一個具體變壓器還存在導線電阻、漏感、分布電容、遍布電感、升溫(銅損、鐵損)等等問題,根據不同的變壓器種類,有些參數不能忽略。

  制做變壓器大家需要知道下列信息:

  1、磁芯規格(磁芯形狀、磁芯尺寸、磁芯材料)

  2、匝數與導線規格(原副邊匝數、導線直徑)

  3、耗損與升溫

  4、導線構造:多股線或扁平線

  5、繞阻構造:雙層或分段饒制

  6、端空設計:按絕緣電位設計端空

  磁芯規格其實就是要確定橫截面積和工作點。一般功率決定橫截面積尺寸,功率越大,橫截面積越多。有經驗公式可以快速依據功率確定橫截面積,也可以直接查表。

  磁芯材料確定后,根據其特性曲線,我們要選擇合適的工作點B0。B0太大會造成磁飽和,太小又會使得體積巨大、凈重沉、功耗大、成本高。

  當電源頻率、工作點B0、橫截面積都確定后,就可以計算出每伏匝數,用輸入電壓除于每伏匝數就可以得到原邊匝數。從而能夠求得副邊匝數。

  導線直徑取決于電流強度,而電流強度又取決于電壓調整率或升溫,受二者一同管束,哪個約束算出來的J值小,就選擇哪個J值。J值小肯定不會有升溫/電壓調整率難題,但也不是越小越好,J小的話,導線直徑太粗,銅凈重大、體積大、成本高,有時線包薄厚可能超出鐵芯窗口尺寸,根本無法繞制。

  電流強度J和升溫有什么關系呢?許多新手可能想起去查書,其實,變壓器設計是一項實踐性很強的工作,理論派這時早已玩不轉了,這時需要大量實踐經驗。也有人可能會埋怨材料不足,這不是難題,沒有材料能夠做測驗獲得。就象沒有DIP器件封裝數據,你完全可以直接用尺子量出引腳間隔來。不清楚程序出錯原因,完全可以通過調節找到。

  升溫和銅損鐵損相關,和散熱條件相關,帶散熱器的溫度就低,散熱器上有風機的溫度更低,風扇轉速快的肯定溫度還得減少了。此外,還和外界環境溫度相關,在南極零下50度,升溫就不是問題,在赤道沙漠里,升溫可能導致鐵芯磁特性曲線飄移,從而磁飽和,喪失變壓器作用??傊疀Q定升溫的因素很復雜:管芯到封裝的熱阻、接觸面積、接觸面光澤度、導熱硅脂、散熱器材料體積、面積、鰭形、涂層材料、色調、空氣密度、流速等共同決定升溫。

  因而,電流強度J和升溫的關系只能憑經驗確定了。一般通過經驗公式確定。所謂經驗公式是指:通過一系列結果可重復的試驗,獲得數據曲線,應用數值分析方式多項式擬合,獲得經驗公式。此公式在我們的經驗范圍內正確,能夠準確預測結果,能夠反復驗證。注意:經驗公式存有局限性,假如預測結果不對,就需要再次調整經驗公式,提升我們的經驗。由此可見,經驗越多,越不容易出錯,要想設計好變壓器必須累積大量經驗。

  畢竟,變壓器是一種產品,大家沒必要每次都從頭設計,那樣太消耗時間。這時,運用報表、EXECL電子表格、經驗能夠大大加速設計速度。

  例如:能夠要求電流強度J選2.5A/平方毫米,內繞阻J適當降低,外繞阻J適度提升,排熱好的甚至可以達到10A/平方毫米,這樣就不用詳細測算了。

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