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正激变压器的设计

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ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-16 13:52:15
10问答币
这是一块给IGBT驱动电路供电的电源 输入直流15V 输出只有一路+15V —15V 如图所示 用UC3845来控制 频率经过计算为81KHz 输出功率大概3W 不知道其中的正激变压器如何设计 我从网上找了很多公式 但是算出来都不一样 我从输出功率考虑 大概选择EE10或EE13磁芯 不知道匝数如何求 从图中可以看出 由于没有输出的反馈 所以输出应该不可调 那么在参数的计算方面应该稍微准确一点 希望大侠能帮我算一下变压器的一些参数 匝数是多少 有没有准确的公式 谢谢各位了

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 借着这个帖子,通过上面和大家的交流,思路更清晰了,提高更快了,重新再计算一下。 1.先根据这个公式计算一下匝比 n = Np / Ns = Vi / Vo = [Vin(min)*Dmax] / (Vo+Vf+VLD) Vf为整流二极管的压降,VLD 为导线电压降(把输出电感也考虑在内)。 Vf+VLD ...
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二胡
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  • 2013-1-16 14:06:40
 
为何不用反激呢?
ydzanglove
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  • 2013-1-16 14:09:42
 
别人给的参考图 我就用了 菜鸟求指导
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-16 14:15:25
 
首先,只有3W,就没必要搞两个管子并联了吧?其次,正激电路输出也不是这样接的啊,续流二极管呢?另外,你这样出±15V,要负载完全对称才可以吧?否则好象不行的。变压器计算倒不是什么问题。
ydzanglove
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  • 2013-1-16 15:13:33
 
这幅图是别人给我参考的 确实存在些问题 我会做一些改进 这块电源是给驱动电路供电用的 需要的就是±15V 所以就变压器不知道如何计算 我刚才也说了 输出不能调节 所以变压器设计不好 输出就不可能在±15V左右了 不知道 你有没有计算变压器的准确的公式
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-16 15:40:49
 
你只要将原理图搞清楚,电路能正常工作,变压器设计我帮你计算,因为在你的设计中,变压器并不是最难的部分。
ydzanglove
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  • 2013-1-16 16:21:21
 
嗯 好的 谢谢了 你可以帮我看看UC3845 第三端电流检测端 直接接地 芯片能正常工作吗 我做过一个开关电源 如果UC384直接接地 芯片就不能正常输出PWM波
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-16 16:35:28
 
不能,至少的有三角波。
ydzanglove
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  • 2013-1-16 17:45:58
 
嗯 是的 我感觉也不能工作的 变压器参数是多少 你帮我算过吗 谢了啊
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 08:11:12
 
你的电路都不能工作的,我帮你算变压器参数,到实际的时候你会怀疑是变压器的问题,所以,我帮你计算变压器的前提是,你的将你的电路图整理成我认为可以正常工作的电路图。你明白我的意思吗?
ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-17 10:25:38
 
我懂 我已经用UC3845做过一个反激开关电源了 这块正激电路的问题我还是知道哪里有问题的 我画原理图的时候会做修改的 谢了
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 10:33:48
 
那好,你先画原理图,到时候变压器计算可以帮你。
ydzanglove
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  • 2013-1-17 14:58:41
 
我现在把那幅图改了 我不想做正激了 我发现用反激来做更方便 下面是我画好的原理图 你帮我看看
ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-21 12:21:27
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你好 我按照原图做了板子 不接变压器 UC3845能正常工作 这幅电路好像没问题啊 其实正激电路在输出要求不是很高额情况下可以不接续流二极管和电感 接电容也是可以的 电容也可以充放电给负载的 我现在就是接上变压器后 输出达不到自己的要求 可能是变压器没绕好吧 现在还在调试中!
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:16:34
 
刚才用软件仿真一下,结果是31:124:31.
一会就把仿真截图发上来。
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:18:56
 

XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:19:11
 

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  • 2013-1-16 14:21:38
 

XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:22:30
 




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  • 2013-1-16 14:24:53
 



XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:29:39
 
变压器采用EE10,磁材用PC40。
设计的各种参数见上面的截图。
实际负载在变化,输入电压也可能在变化时,
楼主还需要根据实际情况来看一下。
ydzanglove
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  • 2013-1-16 14:34:03
 
这是什么软件 准不准确 我以前都是用公式计算的 能不能把软件发我邮箱 609161350@qq.com 谢谢!
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:37:37
 
最近很火的仿真大赛上用的软件
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:37:52
 
我发个链接,你去下载吧
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  • 2013-1-16 14:39:44
 
https://bbs.21dianyuan.com/140086.html
Ansoft PExprt 的软件
(资源来源于网络,仅供学习使用,勿做它用。)

XIAOTU80
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  • 2013-1-16 14:46:22
 
至于准不准确,
那要结合实际情况来分析,只要学以致用就是好的。
就跟“尽信书不如无书”、“尽信医不如无医”是一个道理。

即使你计算出来的变压器,一般也要在试验中进行调整吧
ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-16 14:54:26
 
先谢谢了 那个31是初次级的绕组匝数吗 那个124是辅助绕组的匝数吗 怎么那么大 EE10骨架绕的下那么多的匝数吗
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 16:42:11
 
绕组1,2,3对应拓扑中的N1,N2,N3
从图中能看出来。124是副边绕组的匝数
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 16:42:55
 
可以大体计算一下,看能否绕的下
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-16 16:46:57
 
输入15V输出30V,复位绕组1:1,输出绕组匝数是输入的正好四倍,不用计算凭脑袋想,你这都是错误的。
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 17:58:09
 
占空比假设是0.5,
用软件仿真,输出匝数是输入的四倍。
王工,你不是说我,说的是楼主吧
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 18:14:38
 
n = Np / Ns = Vi / Vo = [Vin(min)*Dmax] / (Vo+Vf)
根据这个公式,输出和输入的匝数关系近似为4:1.
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 18:16:04
 
Forward 变压器设计方法.doc
给大家分享一下,收集的设计资料
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 08:09:51
 
可以近似,但肯定不是。
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 08:09:13
 
我说的就是你啊,难道你所有的参数都是理想的吗?按照你给的参数,100%做不出来这个电源。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 08:32:43
 
软件仿真出的只是参考,从来都没认为,软件给出的参数就是最适合的。
还要考虑输入电压范围等因素,调试的时候也可以修改匝数。
软件计算出的结果,一定里面加进去了一定的范围等因素。
照着做出来的,应该是在这个15V的电压点可以工作,输入变化和负载变化时,能不能理想的工作,就需要再仔细考虑一下了
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 08:41:04
 
仿真给出的是参考不错,可你在仿真的时候,将参数都给错了,占空比永远不可能给到0.5的。基础错了,结果自然错了。
其实,我们手工计算,也是一个参考,实际也要进行调整的,可你会在手工计算的时候,将占空比取到0.5吗?然后按照0.5设计的变压器来让加工厂或自己加工?然后进行试验?这些基本的误差你在设计的时候不考虑吗?
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 09:04:27
 
实际不会到0.5,像B也是根据经验来取的。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 09:05:17
 
有的取大点,有的参数取小点,折中一下,对结果影响不是很大。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 09:08:50
 
像输入电压,实际设计时,要考虑15V的波动范围。楼主没有提出来
按照仿真设计的变压器,一般能够工作,也就应用在楼主提到的理想场合。
但一般不会满足所有的指标,像负载调整率,电压调整率等。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 09:18:51
 
软件的例子也是按照0.5来设计的。
但是做出来的变压器,等测量波形时,测出的占空比根本就达不到0.5。
所以软件仿真的案例,按照0.5来设计的,也是有它的考虑的。实际是到不了0.5的。
顺便提一下,根据一些工程师多年总结的经验:
在工程上,正激变压器占空比的取值,不超过0.47.
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 09:49:41
 
正激变压器,按照你这个设计方法,100%是不正确的,这个你不用跟我讨论,因为你没有考虑二极管压降,电感压降这些必然存在的东西。你既然知道不超过0.47还用0.5来仿真,那不更是错误吗?
你的仿真方法,选择0.5设计,100%会超过0.5.
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 09:54:31
 
要是考虑这些,你的匝比更不合适,我来给你算一下,楼主输出15V,按照最大占空比0.5,1:4的边比,变压器副边电压最高60V,占空比0.5,再考虑整流二极管压降,电感压降,不用太多,我们考虑1V,那么最大输出电压将是29.5V.而实际你无论如何占空比用不到0.5,所以输出电压永远不可能达到±15V,明白了吗?
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 10:00:33
 
明白。
我在用公式计算设计变压器时,整流二极管压降一般选0.7V。
最小输入电压比最低的还要低几伏。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 10:23:06
 
结合这些问题,抽空再仿真一次,王工给指导一下·
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 10:40:32
 
设计的时候,考虑得更详细的时候,需要计算下电感压降,
一般取多少?对电感压降,有没有个经验值
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 10:43:35
 
这个压降一般不会太大,占空比留点余量应该就可以了。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 11:01:06
 
恩,好的
XIAOTU80
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  • 2013-1-16 17:53:29
 

XIAOTU80
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  • 2013-1-16 18:16:30
 
这个公式,也是有的资料上提到的
xiaoliangyl
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  • 2013-1-16 16:39:29
 
这个电路时正激吗?续流二极管跟储能电感哪去了?
ydzanglove
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LV2
本网技师
  • 2013-1-16 17:50:15
 
这电路是别人给的 确实有点问题 我具体做板子的时候会加上去的 能帮我看看这里变压器的设计吗 匝数多少
li727bo
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高级工程师
  • 2013-1-16 21:22:35
 
随便找个厂家就有这方面的资料,如附件采用FPS的正激式隔离AC-DC开关电源设计指南.pdf就是。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 10:32:08
 
借着这个帖子,通过上面和大家的交流,思路更清晰了,提高更快了,重新再计算一下。 1.先根据这个公式计算一下匝比
[tr] [/tr]
n = Np / Ns = Vi / Vo = [Vin(min)*Dmax] / (Vo+Vf+VLD)

Vf为整流二极管的压降,VLD 为导线电压降(把输出电感也考虑在内)。
Vf+VLD在这我取0.7V+1V。
占空比取0.4,最小输入电压取14.5V(假设按照15V波动3%左右来考虑)时
Vin(min) Dmax Vo+Vf+VLD n 1/n
14.5 0.4 31.7 0.182965 5.465517

(Vo+Vf+VLD)取值在30.7-31.7时,副边匝数跟原边匝数比1/n在5.3-5.5之间变化。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 10:43:28
 
Np = VIN ton / (ΔB Ae) ;
Ns = Np / n
可以参考上面的公式,计算一下原边绕组和副边绕组的匝数。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 14:05:57
 
计算Np:
Np=Vin(min)*ton/(ΔB*Ae) ;
ton=Dmax* Ts (us) Ae:有效截面积 (mm2) Ts=1 / fs (us)
(注:有的设计师也会用Vin(max)来计算出初级匝数来, 但是在各种教材书上,见到最多的还是用Vin(min)来求出初级匝数,
Vin(min)Vin(max)哪种更合理?哪位大虾来解答一下)
里面各种参数的选取:
Ae的选取(或者磁芯型号、变压器尺寸的选取)
变压器尺寸选取总结了几点:
1.尺寸大小跟变压器所能承担的输出功率有关;
2.受到绕组材料,绝缘要求以及冷却方式的不同而有所变化;
3.个人的经验积累也非常重要,可以帮助快速选型

Ae有效截面积 (mm2)-------
类型 零件号  
Ae(cm2)
E型/TDK EE10/11-Z 0.121

E型/TDK EE1312 0.171

E型/TDK EE1615 0.192

刚才看了下正激磁芯尺寸的选型。对正激变压器来说,选用EE10和EE1312需谨慎。
在81kHz下,EE10和EE1312输出功率,在有的磁芯手册上提到,不足3W。
如果是反激的话,用EE1312可以刚刚满足3W的需求。我建议选用更大尺寸的磁材.
我会选用EE1615
ΔB的选取:
磁芯应选择高μi.低损. 高Bs材料.目前因软磁铁氧体具备以上要求而被得以广泛应用.在此选用TDK的 PC40 材质.其相关参数:
μi : 2300±25% Bs : 390mT Br : 55mT @ 100℃
理想状态下:ΔB=(Bs-Br),ΔB=390-55=335mT.
实际情况下:因正激拓扑的磁芯为单向磁化,要使磁芯不饱和,磁通密度最大变化量为:ΔB<Bs-Br.但实际应用中由于高温、瞬变情况等引起Bs, Br的变化,使ΔB动态范围变小而出现饱和。
因此,设计时必须留一些安全裕量,用以限制饱和。
通常选择1/2~2/3的(Bs-Br)。
在此我选择ΔB=0.2T。 近似0.5Bs
工程上,经验总结的ΔB选取范围大约在(45%-60%)Bs
下面给出选取它的合理解释,大家可以发表看法。
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 14:32:57
 
补充一下:
ΔB的选取大小,会影响到损耗(Pfe,Pcu),它的选取,我在此总结一下:
最优选取原则:损耗Pfe+Pcu最小为好。

开关变压器的损耗分析图
选取目的:磁损最小,使效率最高,无磁饱和。
本人联想到,ΔB最优选取点的方案---
1.借助Mathcad数学分析工具,将总损耗的公式列出来,然后用函数关系曲线来查找最小损耗点,对应的ΔB。
2.借助仿真工具,比如ANSYS软件,按照最小损耗的原则进行仿真,列出设计结果,并查找此时软件计算采用的ΔB。

ΔB的合理选取跟实际设计时的参数有关,跟温度,频率,剩磁,磁芯损耗等都有关系。
因为考虑的因素太多,所以很多人对个别参数的选取总结出工程经验,然后快速地来设计高频变压器。
所以我总结选取ΔB的工程经验是:ΔB= (45%-60%)Bs。
对于PC40,经常选取ΔB为0.15T-0.2T.
ΔB选取太大或太小会导致:
1.选取ΔB太低匝数会增多,铜损Pcu变大,可能需要选用更大体积的变压器;
2.选取ΔB太高,更容易饱和,铁损Pfe也将增加,可能需要调节占空比来解决铁损问题。

解决了前面几个问题后,接下来继续计算正激变压器的原边绕组匝数
计算Np:
Np=Vin(min)*ton/(ΔB*Ae) ;
ton=Dmax* Ts (us) Ae:有效截面积 (mm2) Ts=1 / fs (us)
ton=Dmax* Ts=1000*0.4/81=4.94us

Ae

ΔB

ton

Vin(min)

Np

19.2

0.2

4.94

14.5

18.65365

Ae

ΔB

ton

Vin(max)

Np

19.2

0.2

4.94

15.5

19.9401


按照第一个表格,选取NP19匝。
则次级绕组Ns可以取104匝.
借着这个帖子,我刚才仿真的结果,其中一个例子跟这个理论计算结果是一样的,等抽空另外发帖归纳到一起。
还能通过仿真软件,看出软件中ΔB取值为0.185T,跟理论计算很接近。
可以仔细分析一下,仿真给我们带来的直观和便利。
ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-17 15:07:03
 

真的非常感谢 我从中学到了很多 我上次发的原理图是别人给的 自己看了之后还是感觉有很多问题的 我发现用反激来做更方便 所以我画了原理图 对它做了修改 能帮我计算一下反激变压器的参数吗
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 15:09:27
 
反激就不要这样做了,两个绕组,并绕,出两个15V,然后通过连线得到±15V。
ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-17 15:14:47
 
嗯 那如果像我这样做 可以实现吗
YTDFWANGWEI
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  • 2013-1-17 15:19:42
 
既然反激我不会考虑那样做的,所以也没答案告诉你。感觉负载要是有一点不对称,那么输出也将不对称。
ydzanglove
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本网技师
  • 2013-1-17 15:37:19
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其实我的负载对这样的电源输入要求不是高 可以有一些波动的 既然这样 我还是用正激做好了 毕竟给我的要求就是正激 还是要谢谢你的建议啊!
zaishangshan
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本网技师
  • 2014-4-17 17:02:30
  • 倒数2
 
请问楼主,用正激变换器做的效果如何,而且想知道楼主的匝数比是怎样计算的?我以前也做过一个这样的电路,但是匝数比确实跟这个相差很大的。
谢谢!
DYWEN
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  • 2013-1-17 15:25:29
 
不会相差太大
XIAOTU80
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  • 2013-1-17 16:43:25
  • 倒数9
 
楼层乱了,我还是去原先的楼层接着编辑,添加绕组匝数的计算吧
XIAOTU80
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  • 2013-1-18 10:52:20
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https://bbs.21dianyuan.com/146308.html
转到这个帖子,等有时间整理并结合仿真把结果发上去。
ydzanglove
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  • 2013-1-21 12:55:08
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谢谢了 好贴啊 !
Bodoni
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  • 2013-1-18 22:03:06
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Np=Vin/(4*ΔB *Ae*fs) 这个公式怎么用?成立吗
DYWEN
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公式就是这样啊
ruoshui136
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准备做,学习中
博智亚
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最新回复
  • 2014-11-8 22:28:10
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各位,按照大家提供的计算公式或者仿真软件貌似计算出来的结果和实际偏差都很大,我把仿真结果与明纬的变压器比对,貌似差的很多,还有另外一个问题,正激变压器理论上不是不会饱和的吗?但是我做过一个实验,看到采样电阻上的电压值在斜坡顶端会突然上升,这可以说是变压器饱和了吗?这似乎和理论相悖,拆下变压器,开了点气隙,这种突然上升的波形就没有了,从这一点上可以明确看出,正激变压器也会饱和,但是何以解决这个问题,大家有什么好的建议没有?
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