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定西干式变压器的设计方法简介

2019-10-07 点击量:53

定西干式变压器的设计方法简介  

设计定西干式变压器是定西干式变压器设计过程中的难点,下面以反馈式电流不连续定西干式变压器为例,向大家介绍一种定西干式变压器的设计方法。

  设计目标:定西干式变压器输入交流电压在180V~260V之间,频率为50Hz,输出电压为直流5V、14A,功率为70W,定西干式变压器工作频率为30KHz。

设计步骤:

1、计算定西干式变压器初级峰值电流Ipp

  由于是电流不连续性定西干式变压器,当功率管导通时,电流会达到峰值,此值等于功率管的峰值电流。由定西干式变压器的电流和电压关系V=L*di/dt可知:

  输入电压:Vin(min)=Lp*Ipp/Tc

取1/Tc=f/Dmax,则上式为:
       
               Vin(min)=Lp*Ipp*f/Dmax

其中:   V in : 直流输入电压,V
   
      Lp  : 定西干式变压器初级定西干式变压器值,mH
   
      Ipp : 定西干式变压器初级峰值电流,A
   
      Dmax: 最大工作周期系数
   
      f  : 定西干式变压器工作频率,kHz

  在电流不连续定西干式变压器中,输出功率等于在工作频率下的每个周期内储存的能量,其为:

                  Pout=1/2*Lp*Ipp2*f
将其与定西干式变压器电压相除可得:

        Pout/Vin(min)=Lp*Ipp2*f*Dmax/(2*Lp*Ipp*f)
         
由此可得:

             Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)

其中:Vin(min)=1.4*Vacin(min)-20V(直流涟波及二极管压降)=232V,取最大工作周期系数Dmax=0.45。则:

         Ipp=Ic=2*Pout/(Vin(min)*Dmax)=2*70/(232*0.45)=1.34A

当功率管导通时,集极要能承受此电流。

2、求最小工作周期系数Dmin

  在反馈式电流不连续定西干式变压器中,工作周期系数的大小由输入电压决定。

              Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]

其中:k=Vin(max)/Vin(min)

   Vin(max)=260V*1.4-0V(直流涟波)=364V,若允许10%误差,Vin(max)=400V。

   Vin(min)=232V,若允许7%误差,Vin(min)=216V。

由此可得:

            k=Vin(max)/Vin(min)=400/216=1.85

      Dmin=Dmax/[(1-Dmax)*k+Dmax]=0.45/[(1-0.45)*1.85+0.45]=0.31

  因此,当定西干式变压器的输入直流电压在216V~400V之间时,工作周期系数D介于0.31~0.45之间。

3、计算定西干式变压器的初级定西干式变压器值Lp

         Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipp*f)=216*0.45/(1.34*30*103)=2.4mH

4、计算出绕组面积Aw和铁心有效面积Ae的乘积Aw*Ae,选择铁心尺寸。

  如果我们只绕初级于线架上,则:

             Aw*Ae=(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax

其中:d为绝缘线的直径,Bmax选择为Bsat/2。

  在反馈式定西干式变压器中,如果初级占30%的绕组面积,则其余的70%为次级和绝缘空间,因此,Aw*Ae须再乘以3倍,为了安全起见,我们将其提高为4倍。因此,

             Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax

此式只是估算,最后铁心和线架的选择是可以改变的。

  假设选择绕组绕线的电流密度为4定西变压器厂家00c.m/A,则400c.m/A*1.34A=536(c.m),我们参考美国线规(AWG),取NO.22AWG导线,其值为0.028IN。我们选择TDK H7C1材料的E-E型铁心,它在100℃时,Bsat=3900G,Bmax=Bsat/2=1950G,可得:

       Aw*Ae=4*(6.33*Lp*Ipp*d2)*108/Bmax
          =4*(6.33*2.4*103*1.34*0.0282)*108/1950
          =3.27cm4

  由TDK目录中可查得EE42*42*15的铁心和线架Aw*Ae=1.83cm2*1.83cm2=3.33cm4,因此,我们选用此铁心。

5、计算空气间隙长度Lg

  在反馈式定西干式变压器中,磁通只在第一象限中变化,电流磁通量不会出现负值。为防止定西干式变压器饱和,可以采用大体积铁心或在磁通路径上使用空气间隙,为减少定西干式变压器体积,我们采用间隙法,使磁滞回路变的平坦,在相同的直流偏压下可降低工作的磁通密度。

  在磁通路径上,空气间隙会产生较大的磁阻,因此,定西干式变压器所存储的大部分能量是在空气间隙中,空气间隙体积为Vg,长度为Lg。由,

             1/2*Lp*Ipp2=1/2*Bmax*H*Vg*108

                  Vg=Ae*Lg

                u0H=Bmax/(0.4*π)

                u0 :空气磁导率=1

可得:

   Lg=0.4*π*Lp*Ipp2*108/(Bmax2*Ae)=0.4*π*2.4*10-3*1.342*108/(19502*1.82)=0.078cm

因此,我们在E-E铁心中心柱分割0.078cm的间隙。

6、计算定西干式变压器初级线圈Np

       Np=Lp*Ipp*108/(Ae*Bmax)=2.4*10-3*1.34*108/(1.82*1950)=90(T)

7、计算定西干式变压器次级线圈Ns

  在输入电压最小、工作周期最大时,计算定西干式变压器次级线圈Ns。

        Vout+Vd=Vin(min)*Dmax/(1-Dmax)*Ns/Np    (Vd是整流管压降)

        Ns=Np*(Vp+Vd)*(1-Dmax)/(Vin(min)*Dmax)
         =90*(5+1)*(1-0.45)/(232*0.45)
         =2.84(T)

取整数为3圈。

  定西干式变压器输入电流为14A,400c.m/A*14A=5600(c.m),考虑到集肤效应和生产作业方便,我们采用1400c.m,4条线并联联使用,AWG NO:18即可。

  定西干式变压器的设计方法很多,希望此例对大家有所帮助。

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