3 變壓器技術(shù)參數(shù)

　　下面分析變壓器主要技術(shù)參數(shù)與鐵心材料和導(dǎo)電材料之間的關(guān)系。

　　3.1變壓器容量

　　變壓器輸入容量W1=U1I1，變壓器輸出容量W2=U2I2，W2=ηW1，η是變壓器效率。

　　U1是輸入電壓，也是初級(jí)繞組上加的電壓U1=2KufN1△BAcKc，Ku是電壓波形系數(shù)，f是工作頻率，N1是初級(jí)繞組匝數(shù)，△B是鐵心中磁通密度變化量，Ac是鐵心截面積，鐵心截面積乘以鐵心的填充系數(shù)Kc，是鐵心實(shí)際截面積。

　　U2是輸出電壓，也是次級(jí)繞組上的電壓，U2=U1N1/N2，由初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的匝數(shù)比來決定。

　　I1是輸入電流，也是初級(jí)繞組中的電流，I1=Jq1，J是電流密度，q1是初級(jí)繞組導(dǎo)線截面積。

　　W1=U1I1=2KufN1△BAkc×Jq1=2Kuf△BJAckcN1q1

　　N1q1是初級(jí)繞組所占窗口面積。設(shè)次級(jí)繞組所占窗口面積和效率η相當(dāng)，則總窗口面積，A0=（1+η）N1q1/k0，k0是窗口的填充系數(shù)。N1q1=A0kO/（1+η）。

　　W1=2Kuf△BJAckc A0kO/（1+η）。

　　l 鐵心材料重量Gc=kcAclcδc，lc是平均磁路長(zhǎng)度。kcAc=Gc/lcδc。

　　導(dǎo)電材料重量GN=k0AolNδN，lN是線圈平均匝長(zhǎng)。K0AO=GN/lNδN。

　?。?+η）W1=2KufKc△B K0J 。 （1+η）W1是變壓器總?cè)萘?W1+W2

　　從這個(gè)公式可以看出，變壓器總?cè)萘颗c鐵心材料的關(guān)系連涉到三個(gè)參數(shù)：鐵心中磁通變化量△B，鐵心材料重量Gc，平均磁路長(zhǎng)度lc，變壓器總?cè)萘颗c導(dǎo)電材料的關(guān)系也牽涉到三個(gè)參數(shù)：電流密度J，導(dǎo)電材料重量GN，線圈平均匝長(zhǎng)lN。另外，鐵心材料密度δc和導(dǎo)電材料密度δN也有影響。

　　其中△B是鐵心中磁通變化量，一般對(duì)單方向激磁變壓器，△B=Bm-Br，對(duì)雙方向激磁變壓器，△B=2Bm。選取Bm時(shí)，不單要考慮鐵心材料的飽和磁通密度，還要考慮鐵心材料在工作頻率f下的損耗。

　　J是導(dǎo)線的電流密度，決定于導(dǎo)電材料外包絕緣耐熱等級(jí)，也就是允許溫升，在選取了J時(shí)，還要考慮變壓器的散熱條件。

　　3.2效率和損耗

　　變壓器效率η=P2/P1，P2是輸出功率，P1是輸入功率。

　　P1=P2+Pk，η=P2/P2+PK=1- =1- PK是負(fù)載損耗，PK=PO+PN，PO是空載損耗，也就是鐵心損耗。PN是線圈損耗。

　　鐵心損耗P0=PC（T/HZ）GC，PC（T/H2）是在一定磁通密度T和一定工作頻率HZ下的單位重量鐵心損耗?？梢宰约哼M(jìn)行測(cè)試，或者由鐵心材料生產(chǎn)單位提供測(cè)試數(shù)據(jù)。除了MnZn軟磁鐵氧體的PC受溫度影響比較大而外，其他金屬鐵心材料的單位重量損耗PC與溫度無關(guān)?？偟蔫F心損耗與鐵心單位重量損耗PC和鐵心重量GC成正比。

　　線圈損耗PN=I12r1+I22r2，r1是初級(jí)繞組電阻，r2是次級(jí)繞組電阻，都會(huì)受溫度影響，必須說明是在什么溫度下的線圈損耗和負(fù)載損耗。例如對(duì)A級(jí)絕緣的線圈，要給出75℃溫度下的線圈損耗和負(fù)載損耗。

　　繞組電阻r1=ρlN1N1/q1，r2=ρlN2N2/q2，ρ是導(dǎo)電材料電阻率，lN1，lN2是初級(jí)繞組和次級(jí)繞組平均匝長(zhǎng)，q1 q2是初級(jí)繞組和次級(jí)繞組導(dǎo)線截面積。

　　電流I1=Jq1，I2=Jq2，假定初級(jí)繞組和次級(jí)繞組導(dǎo)線電流密度都一樣為J。

　　PN=I12r1+I22r2=J2q12ρlN1N1/q1+ J2q22ρlN2N2/q2=J2ρ（lN1N1q1+lN2N2q2）=J2ρGN/δN，GN是線圈導(dǎo)電材料重量，δN是導(dǎo)電材料密度。

　　從公式看出，線圈損耗與導(dǎo)電材料的電阻率ρ、所取的電流密度J的平方和線圈導(dǎo)電材料重量GN成正比，和導(dǎo)電材料密度δN成反比。

　　值得注意的是，變壓器的工作磁通密度受鐵心損耗的限制，因?yàn)閱挝恢亓胯F心損耗Pc是在一定磁通密度下測(cè)試數(shù)值的，如果工作磁通密度與測(cè)試時(shí)的磁通密度不同，要進(jìn)行調(diào)整，或者在工作磁通密度下重新測(cè)試。因此，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)要注意，不能只根據(jù)鐵心材料的飽和磁通密度，還要考慮鐵心損耗來選取變壓器的工作磁通密度。如果選擇不當(dāng)，會(huì)造成鐵心損耗過大，變壓器工作時(shí)的溫升會(huì)超過規(guī)定數(shù)值。

　　負(fù)載損耗Pk包括空載損耗PO和線圈損耗PN兩部分，如果PN遠(yuǎn)大于PO，負(fù)載損耗PK可認(rèn)為就是線圈損耗。但是在中頻和高頻變壓器中，鐵心損耗PC比較大，由它形成的空載損耗PO比較大，有時(shí)甚至超過載圈損耗PN，就不可以忽略，而必須同時(shí)考慮鐵心損耗和線圈損耗。

　　4 電感器技術(shù)參數(shù)

　　4.1電感

　　電感L=μ0μKc N2

　　電感L與鐵心磁導(dǎo)率μ0μ，鐵心填充系數(shù)Kc，鐵心截面積Ac成正比，與鐵心平均磁路長(zhǎng)度lc成反比，與線圈匝數(shù)平方成正比。為了討論電感L與鐵心之間的關(guān)系，一般用電感系數(shù)AL=L/N2。

　　AL=μ0μKcAc/lc=μ0μKcAclc/lc2=μ0μKcGc/lc2δc

　　電感系數(shù)與鐵心磁導(dǎo)率μ0μ，鐵心填充系數(shù)Kc，鐵心重量Gc成正比，與鐵心平均磁路長(zhǎng)度lc的平方、鐵心材料密度δc成反比。

　　4.2電感能量

　　WL= LIM2，IM是電感線圈中電流的最大值，IM=Jq，J是線圈電流密度，q是導(dǎo)線截面積。

　　WL= μ0μkc N2J2q2= μ0μ J2 ，GN是導(dǎo)電材料重量，GN=NqlNδN。

　　從公式看出，電感能量與鐵心材料磁導(dǎo)率μ0μ，鐵心重量Gc成正比，與鐵心平均磁路長(zhǎng)度lC的平方和鐵心材料密度δc成反比;與導(dǎo)電材料的電流密度J的平方，導(dǎo)電材料重量GN的平方成正比，與線圈的平均匝長(zhǎng)lN和導(dǎo)電材料密度δN的平方成反比。

　　5 結(jié)語

　　從上面介紹的電源中變壓器的一般要求，變壓器和電感器主要技術(shù)參數(shù)與鐵心材料和導(dǎo)電材料之間關(guān)系，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

　?。?） 鐵心材料作為變壓器鐵心的主要性能指標(biāo)是飽和磁通密度和在一定磁通密度、一定工作頻率下的單位重量損耗。作為電感器鐵心的主要性能指標(biāo)是磁導(dǎo)率。

　　導(dǎo)電材料的主要性能指標(biāo)是允許電流密度和電阻率。

　?。?） 鐵心材料和導(dǎo)電材料用量對(duì)變壓器和電感器的主要技術(shù)參數(shù)都有影響，同時(shí)也會(huì)影響成本等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

　　（3） 電源中變壓器的一般要求是選用鐵心材料和導(dǎo)電材料的主要出發(fā)點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌兼顧技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，千萬不要忘記作為一種商品的產(chǎn)品的總要求，是在具體使用條件下完成具體的功能中，追求性能價(jià)格比最高。