又大又粗弄得我出好多水

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    銅損鐵損相等:高頻變壓器效率最高的條件及設計方法.

    來源:博眾達    作者:博眾達    瀏覽 次     時間:2020-11-03 17:27

      開關電源中高頻變壓器具有銅損和鐵損,銅損是指電流流過變壓器的繞組線圈的電阻所消耗能量之和,變壓器線圈多用銅導線制成,所以稱為銅損。銅損和電流有效值的平方成正比。鐵損是指變壓器磁芯中消耗的功率,包括激磁損耗與渦流損耗。鐵損和變壓器的工作頻率、磁感應強度B變化范圍以及變壓器的結構等因素有關。
     

      
     

      通常當高頻變壓器銅損和鐵損相等時,變壓器具有最高的工作效率,下面來分析這個過程。  
     


     

      其中,PCu為銅損,PFe為鐵損。
     

      變壓器的功率為:
     

      
     

      即:
     

      
     

      其中,B為磁感應強度,N為繞組匝數,f為工作頻率,AE為磁芯的截面積,k = k1·f·N·AE。
     

      磁通感應強度(磁通密度)B的平方正比于鐵損,電流I的平方正比于銅損:
     

     
     

      因此變壓器的功率平方變形為:
     

      
     

      總損耗一定時,變壓器的功率的極值點為:
     

      
     

      上式求解,得到在下面的條件下對應著極值點:
     

      
     

      而且可以看出,這個極值點對應著變壓器的功率的最大值,因此在一定的磁心尺寸、圈數以及工作頻率下,銅損和鐵損相等時,變壓器工作的效率最高。
     

      除了最大B值法,由上面的條件派生出變壓器設計的另一種方法,下面分別進行介紹。電源系統設計前,由最大輸入功率確定變壓器磁芯的尺寸后,還要確定以下參數:輸出電流及電壓、輸入電壓范圍、效率、允許溫升、工作頻率等條件,然后進行變壓器的設計。
     

      一、最大B值法:

      1、由輸入、輸出電壓,最大占空比得到匝比n=Np/Ns;

      2、由磁芯允許的最大B值計算原邊繞組的匝數Np,由n得到副邊繞組的匝數Ns;

      3、由最大有效值電流和允許電流密度,選取原邊繞組的線徑和副邊繞組的線徑。

      4、圓整、優化調整匝數和線徑,校核實際的最大B值。

      實際設計過程中,工程師通常不會校核銅損和鐵損。
     

      二、功率分配法:

      1、由輸入、輸出電壓,最大占空比得到匝比n=Np/Ns;

      2、對系統的功率損耗進行分配,確定變壓器上分配到的允許最大功率損耗,然后基于銅損和鐵損相等的特征,得到磁芯的鐵損和原、副邊繞組的銅損;

      3、由磁芯的鐵損得到磁芯工作的B值,根據B值計算原邊繞組匝數Np,由n得到副邊繞組的匝數Ns;

      4、由原、副邊繞組最大的有效值電流計算原、副邊繞組的電阻值,由匝數、銅線的電阻率計算其線徑。

      6、優化調整匝數和線徑,校核實際的最大B值、銅損和鐵損。
     

      最大B值法的特點是計算過程簡單,先決條件是限定B值防止變壓器的飽和,因此變壓器的損耗并不一定處于最優化的工作狀態,最后得到的變壓器銅損和鐵損差距較大。
     

      對于一些小功率的變壓器由于磁芯小,為了防止磁芯飽和,通常工作的B值限定在較低的值,因此鐵損通常會小于銅損,繞組線圈的溫度偏大,取決于變壓器線圈允許的溫升。
     

      功率分配法基于鐵損和銅損的條件去設計變壓器,變壓器的損耗處于優化的工作狀態,但計算過程比較復雜。

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