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关于变压器绕组电流密度的计算

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sxjnice
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高级工程师
  • 2011-6-7 14:27:38
10问答币
请教一下,各位大侠是否有关于 反激变压器绕组电流密度的计算公式呢?就是你们在设计一款变压器时,这个绕组的线径是如何选取的呢?我从一个资料上看到这样的计算,J=2*W*10^2/(Bm*Ap*Ku),Ku为磁芯窗口铜线利用系数,不知道各位在算线径时是如何计算的,谢谢!
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-7 14:39:40
 
sxjnice
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高级工程师
  • 2011-6-7 15:36:21
 
看了,这个资料我也是有的,问题是知道了电流,那么这个绕线如何选取呢?举个例子,走的电流为2A,那么我只要0.5mm^2的线就足够了(自冷),关键是这其中有没有什么计算可以来做判断的,因为我看到很多人在线径选择上都是用公式来推导的,根据电流,Bm,还有窗口面积等参数有关系,所以我在做变压器设计是,计算出了匝比,已经每组的电流,那么是不是就直接根据这个电流来选绕线呢,还是说再经过其他什么公式来更精确的推算呢。谢谢
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-7 16:33:29
 
电流密度的选择是跟变压器的温升、变压器的面面积有关的。推到过程在变压器与电感器设计手册第三版里有详细过程,但大家在选择过程中,估计都是选择大体值来计算的。象帖子里说的那样,选定一个电流密度,设计变压器,实际测量变压器温升,然后再根据需要进行调整。
oasis
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初级工程师
  • 2011-6-7 16:51:24
 
变压器与电感器设计手册第三版里有详细过程
回头看看
sxjnice
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高级工程师
  • 2011-6-7 17:04:46
 
也看过了,他里面特地举个实例还讲的,问题是,他讲的是DCM的,那么CCM和DCM在电流密度上的计算是一样的吗?还有那个Bm和delta B是一样吗?等等,这些都是困扰我的问题,呵呵……
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-7 17:19:15
 
CCM跟DCM应该是一样的吧,至于Bm,是跟磁芯有关的,磁芯材料确定了Bm值就确定了,而△B却是由你自己选择的,建议你首先弄清楚Bm、△B的含义,然后再看书。
sxjnice
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高级工程师
  • 2011-6-7 22:05:04
 
嗯,是的,我现在也被很多公式搞混淆了,您讲的这个Bm和delta B是要在研究一下差异了,呵呵……
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-8 08:27:41
 
打个简单的比方,Bm假设是屋子的层高,△B是你跳起来摸高的高度,在不同的情况下,你摸高的高度是有差别的,但一定要保证摸高的时候,摸高最高值要低于屋顶的高度,否则就容易撞伤手,同样的道理,Bm就是最大值,磁芯确定了改值就确定了,变压器应用的时候呢,在允许的工作条件下一定要让△B小于Bm且留有一定余量,否则变压器就要饱和。
sxjnice
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高级工程师
  • 2011-6-8 08:44:28
 
嗯,是的,所以delta B= 80% * (Bs-Br),当core选定了以后,这里面的Bs饱和磁感应强度Bs和剩余磁感应强度Bs也就确定了,从而delta B也就确定了,是吧?
不过这里面的一次侧匝数和一二次侧的匝比公式几种方法计算,有N=(Vo+Vd)*Np/Vor 和 Ns=Vor*Dmax/((Vor+Vinmin)(1-Dmax))这两个公式,但是这两个公式算出来的值是不一样的,从原理上来说都是遵循的伏秒平衡,但是区别是第二个公式是遵循的每匝伏秒平衡,这个该如何理解呢?
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-8 16:55:21
 
第二个公式是不是漏东西了?没细推导,感觉既是公式成立也应该是匝比而不是二次侧匝数。
jimmmy1125
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  • 2011-6-8 15:03:27
 
..
王工这个比喻很形象哟。。。
容易理解。。。
blueskyy
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  • 2012-5-2 17:13:50
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vincentshan0
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高级工程师
最新回复
  • 2014-1-9 08:48:38
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王工:
请教下:
一个变压器设计完成了,怎么来验证这个Bm 值是否超出磁芯工作的最大值呢?
有没有什么公式推荐下,谢谢!
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  • 2011-6-7 17:24:48
 
设计里引入电流密度;无非是考虑到热效应。可是;变压器热设计远没这么简单。抛开铁耗等不讲;仅临近效应引起的发热;有时会超自身电流发热的数倍。只有考虑了临近效应才可以谈电流密度问题。
周挺巧
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  • 2011-6-7 22:05:23
 
许工   临近效应这个东西能量化吗
sxjnice
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高级工程师
  • 2011-6-7 22:06:43
 
如此一说,还确实非常的难哈,那么就电源来说,我们知道很多东西是需要考虑的,当然很多东西也是不需要太精确计算的,呵呵……肤浅的见解啊。
呆头鹅
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  • 2011-6-7 22:37:38
 
几百KW的工频变压器设计中考虑临近效应吗?
xkw1cn
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  • 2011-6-7 23:43:17
 
一般的高频变压器;多是要开气隙的。而常用如铁氧体的导磁率只有几K而已。这使得空气的导磁效应不可忽略。另=一方面;高频磁场的快速变化;更容易引起较低电阻率的金属物发热。所以;高频变压器的临近效应非常大。
工频变压器也有这回事;只是工频变压器的磁性导磁率达到10^7且无气隙(不开气隙),使得空气中的磁场非常弱。数百千瓦的中小变压器一般不做处理。只有大/特大变压器有端头均场环等部件;做均匀处理。
呆头鹅
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  • 2011-6-9 13:05:11
 
磁导率大小只影响励磁电流,但邻近效应是由全部电流引起的,所以,磁导率造成的影响不大。
几百KW/50Hz和几百W/50kHz的变压器貌似很对称。高频变压器要考虑邻近效应,但没听说工频变压器有这方面的考量,不知为何。
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  • 2011-6-9 13:40:35
 
临近效应直接和铁芯实际导磁率有关
呆头鹅
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  • 2011-6-9 14:10:46
 
临近效应直接和铁芯实际导磁率有关?不对吧?
环路定理和包在外面的磁芯的磁导率没啥关系,B=μ0×H,所以,临近效应引起的涡流损耗和铁芯实际导磁率没啥关系
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  • 2011-6-9 14:28:48
 
没关系就怪了
jimmmy1125
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  • 2011-6-9 14:39:48
 
许工,有啥关系啊?讲解一下塞。。。
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  • 2011-6-9 14:50:09
 
任何一匝线的感应电势都是E=dQ/dt。无论这个交变磁场是穿墙而过还是散步空间
它唯一遵循的就是交变磁阻越小;走过的磁场越多。
显然;对于一定的E;交变量磁场量是一定值,高导磁路会流过更多交变磁场;而散落在外的越少;临近效应就越小。
jimmmy1125
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  • 2011-6-9 14:59:54
 
还是没看懂。。
临近效应不是两导线电流引起的吗?
怎么跟磁芯有关系啊?
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  • 2011-6-9 15:21:01
 
临近效应是通过磁耦合体现出来的。
呆头鹅
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  • 2011-6-9 16:45:48
 
,你说的是杂散磁场引起的损耗。我理解的邻近效应是和涡流损耗一样,只要有交变电流流动,对导体自身的影响是涡流损耗(趋肤效应),对旁边导体的影响是邻近(也是涡流)损耗(邻近效应),和外面有什么磁芯没太大关系
xkw1cn
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  • 2011-6-9 17:05:23
 
这是局部世界观和全局世界观的区别。
小法
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  • 2011-6-9 21:06:00
 
关注下~~~
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  • 2011-6-10 09:33:02
 
空气中的导线产生磁场是以线中心为园的同心园。可在导磁材料作用下;会畸变的。畸变程度和磁导率有关。
jimmmy1125
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  • 2011-6-10 10:57:30
 
我的理解和25楼兄弟的有点类似,那许工的意思是临近效应本来就是两根导线之间的事,但是有了磁芯,那么他们之间的事也和磁芯有关系了,磁芯会干预他们的磁场?但是磁力线是闭合的 啊?你再怎么干预,进和出总是一样吧?
xkw1cn
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  • 2011-6-10 11:00:45
 
问题是两线的几何位置是一定的,不会因周围变化而变。而磁场是受周围导磁条件而变,那么;穿过临近导线的磁场就会因磁体的到来而变临近效应也因此而变了。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-10 11:10:46
 
我想问一下,一般大家设计变压器的时候,考虑的肯定没有这么多,那么在常规思路下设计的变压器,造成的影响会有哪些,能有多大的不良后果?
xkw1cn
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  • 2011-6-10 11:23:22
 
气隙不宜太大
jimmmy1125
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  • 2011-6-10 13:55:02
 
许工,我这样假设:假设铜线1流过电流I,如果没有磁芯,那么穿过铜线2的磁力线是Q,但是现在有了磁芯,那么穿过铜线2的磁力线已经不是Q了?为什么呢?
xkw1cn
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  • 2011-6-10 14:11:07
 
E=NdQ/dt,E定了;总单位时间磁通变化量就定了。被磁芯夺去的磁通越多;剩余窜透临近线的磁通量就会下降。
jimmmy1125
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  • 2011-6-10 14:17:45
 
呵呵。。。
好像有点明白了。。。。。
是不是说铜线产生的磁场在有磁芯的时候,由于磁芯的低磁阻,所以磁芯会吸收部分磁场而使这部分磁力线通过磁芯走,而不是通过空间做,所以相邻铜线的临近效应由于磁场消弱而减小了。。。。。。
但是如果加的气息越大,那么漏磁就越多,那么这是临近效应就会加强。。。。。。
xkw1cn
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  • 2011-6-10 14:55:10
 
jimmmy1125
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  • 2011-6-10 21:06:46
 
谢谢师傅指点。。。
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-10 15:27:51
 
呆头鹅
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  • 2011-6-10 15:49:58
 
两根电流相反的导线(比如正激和桥),最大的H值在两线之间,即使两线外有磁芯,磁芯中的磁场也只是两线电流的差值(励磁电流)所激励。因为流过总电流远大于励磁电流,虽在导磁材料作用下;磁场会畸变,但我以为对邻近效应起主要作用的还是电流,而和外面的磁芯的磁导率关系不大
xkw1cn
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  • 2011-6-10 15:56:01
 
如果将铁芯磁路总长除以3000,你看;和两线中心距为半径园的周长谁大谁小?
sxjnice
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  • 2011-6-10 16:44:52
 
这个3000是从何而来的呢?
YTDFWANGWEI
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  • 2011-6-10 16:48:48
 
相对磁导率?
xkw1cn
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Great!
qiuyanghui
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  • 2011-6-10 20:02:58
 
呆头鹅
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  • 2011-6-10 22:19:35
 
忘了趋肤效应?电流的距离不远啊。
xkw1cn
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  • 2011-6-10 22:21:20
 
集肤效应也是因磁而起。磁变它也变。
呆头鹅
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呆头鹅
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  • 2011-6-10 22:26:03
 
那正激或桥漏磁通不大的话(闭合磁路如环),是否可以不用考虑,趋肤效应和邻近效应了?
xkw1cn
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  • 2011-6-10 22:29:29
 
由于铁氧体(无气隙)导磁率并不太高(一般只数千),导致还是有一些磁场分布在空气中。因此;还是有临近效应的。只是相对比反激等拓扑小些。
jimmmy1125
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  • 2011-6-10 22:53:13
 
原来是这样。。。
呆头鹅
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  • 2011-6-10 23:45:40
 
举个极端点的例子:两根导线穿过一个磁导率无穷大的磁环形成一个变压器,正激工作,这时有集肤效应吗?临近效应呢?
xkw1cn
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  • 2011-6-11 22:50:31
 
集肤效应是线内电动力效应所致,临近效应是线外电磁感应所致。两者有本质区别
呆头鹅
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  • 2011-6-11 23:24:04
 
没错,是有线内线外的分别,但都是由电流变化,引起磁场变化,进而导致电流分布的变化,本质一样
greendot
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  • 2011-6-11 23:05:53
 
都有,其实磁导率的影响是不大的。
呆头鹅
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  • 2011-6-11 23:25:43
 
我也这么看。
只是不太明白为什么工频变压器很少考虑邻近效应
greendot
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  • 2011-6-11 23:39:09
 
工频时的Skin depth是10mm左右,如果线径远小于这数值,是不需要考虑邻近效应的。
呆头鹅
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  • 2011-6-11 23:45:19
 
是小于10mm,比如3mm,但层数多啊。
而且为了隔离,原副边分开,邻近效应也不小啊
greendot
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  • 2011-6-13 14:13:41
 
换句话说,要用小线径,是出于邻近效应的考虑。
层数多,3mm应该算不上远小于δ (10mm)
不知道kW级的工频变压器用的线径会是几多?
liyonghe
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高级工程师
  • 2011-6-11 17:53:33
 
问题解决没有
sxjnice
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LV6
高级工程师
  • 2011-6-14 11:54:30
  • 倒数10
 
呵呵……各位大师讨论的都很精辟,但是与主题紧密性不是太高,当然主要可能是因为这个问题问的太大,这样不好回答
其实我想要的答案就是,我们在选择绕组线径的时候,是不是只要它小于2倍的趋肤深度,然后按照4A/mm^2来选的,如果一股不够就采用多股并的方式。还是说有其他的选择方法或计算方法来确定要用几股线以及线径多少来绕?这是我的问题,谢谢~
zq4479
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版主
  • 2012-5-2 11:53:35
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zhuxiaoxiao
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LV4
初级工程师
  • 2011-6-14 09:41:26
 
dahaixia
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本网技师
  • 2014-1-6 15:51:38
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值得学习!
Coming.Lu
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版主
  • 2014-1-7 07:59:50
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计算损耗,最直接。
阿彬
  • 阿彬
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LV6
高级工程师
  • 2014-1-7 09:00:11
  • 倒数5
 
楼上的各位说了很多详细的了,我增加两点,一是需要考虑工作环境温度和有无风冷,50度跟85度环境温度是不一样的,环境温度低及有风冷的情况下,电流密度可以取大一点。反之则小。还有工作频率。频率越高则用小的线多股并比粗的效果要好。我实验的情况是70KHZ以上最好用0.4以下的线多根并。
怎么办
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LV6
高级工程师
  • 2014-1-7 16:29:42
  • 倒数3
 
多跟并绕单根集肤效应是克服了,但带来的是线与线之间的临近效应。书上说采用多根扭绞并绕可以解决,不知道现实中这种方法可不可行。我看大家都是尽量用粗的单股导线绕一层。
xkw1cn
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版主
  • 2014-1-7 20:09:27
  • 倒数2
 
单根线的工艺性比较好;且便宜。利兹线的损耗低。用啥线;全看你自己平衡了。
a562608
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LV3
助理工程师
  • 2014-1-7 09:13:28
  • 倒数4
 
这个一般是取4到6之间吧!
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