工频变压器设计软件与成本计算方法

EI 工频变压器设计的几个问题中国三江航天集团 黄永吾工频变压器在被大家称为低频变压器，以示与开关电源用高频变压器有区别。

工频变压器在过去传统的电源中大量使用，而这些电源的稳定方式又是采用线性调节的，所以那些传统的电源又被称为线性电源工频变压器的原理非常简单，理论上推导出相关计算式也不复杂，所以大家形成了看法：太简单了，就那三、四个计算公式，没什么可研究的。

设计时只要根据那些简单的公式，立马成功。

掌握了电压高了拆掉几圈，电压低了加几圈，空载电流大了，适当增加初级圈数，也觉的低工频变压器的非常简单。

我认为上面的认识既有可取之处，也有值得研究的地方。

可取之处：根据计算式或自己打样，可以很快就得出结果，解决了问题；加上有六七年以上得实际工作经验，可说是在某单位得心应手，鹤立鸡群。

值得研究的地方是：你是否了解自己设计出的产品性能？设计合理吗？设计优化过吗？经济性如何？过去电源变压器的设计由电子部牵头组织专家学者成立变压器工作组，编写典型计算免费发放各单位，作为计算依据，每个单位都有自己的变压器设计人员,由于有了参数表的存在，各厂设计出来的变压器各参数基本一致，连圈数和线径都可能一一模一样。

验收的规则也是统一到变压器总技术条件上来。

改革开放以后国营企业的变压器设计人员，除极少数外，下海的不多。

典型计算资料本不可多得，要按失密论处。

加上典型计算是原苏联的一套铁心规格与现行得EI 铁心片规格不符，无参照价值。

目前基本上是采用师傅带徒第的方式带出来一大批变压器工程人员。

与过去不同现有的工程技术人员大都是自己打样，由于工频变压器市场广泛，小单子很多。

而这些单子很多是从关系接来的。

不十分计较价格，因此理论水平一般，实际经验丰富的工程技术人员大有人在。

从设计角度来看师师傅带徒第的方式带出来一大批变压器工程人员，他门的设计风格各不相同。

A. 根据功率选铁芯规格就是个很繁杂的问题，因为涉及的因素比较多，有以下几种方法1． 采用下面的半经验公式去选取：)1(---⨯=P K A fe式中A fe --铁心有效截面积cm 2K--- 系数P —变压器输出功率 w定下A fe 后，然后进行其它的计算。

这确实是一种实用的方法，但也要认识到，这也是一种简化了的设计方法，大多数情况下存在着浪费。

这种设计方法对业余爱好者来说用不着讨论(只是偶尔设计一个变压器自己用)，但对企业来说，值得讨论，产品中大批量采用这种设计时，体现的是降低了经济效益。

2． 也可采用下面的半经验公式去选取：)2(---⨯=⨯P K A A w fe 式中A fe --铁心有效截面积cm 2A w --铁心窗口面积cm 2 K--- 系数P —变压器输出功率 w此公式要较前一公式精确一些，起码考虑了铁心窗口的存在。

3． 由理论计算推导的公式a. 由温升推导的公式cu fe A A J B f P ∙∙∙∙∙=0222.0b. 由电压调整率决定时，计算式为：电压调整率线圈平均匝长铁心窗口中导线的面积因子与铜阻温度系数有关的磁通密度电流密度工作频率式中：--∆--------∆∙∙∙∙∙=%/%555.022222U cm l cm A Z TB mm A J Hzf U l Z A A B f P cu cu cucu fe5． 半经验公式的推导)()()()(1044.424cm A V U W Hz f T B A W f B U fe fe 铁心有效面积电压圈数工作频率磁通密度----------⨯⨯⨯⨯⨯≈-)()()()/(10444.41044.41044.4)4()3(42224242422mm d A I mm A mm A J d J A W f B A J A W f B I A W f B I U P d J A J I cu fe cu fe fe cu 裸线直径流经导线的电流单根导线截面积电流密度--------⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----------⨯=--⨯⨯=⨯=---ππ面之比铁心窗口与铁心有效截铁心窗口面积窗口填充系数令---------------⨯==--⨯=⨯⨯---⨯⨯⨯=--W w cu fe w w feww wcu wcu K cm A K A K A A A K A K W A W K )()7()6(2104)5(1042222ππ)9(11.1)8(11.111.1)8(11.1501022.210244.410444.4)4()7()6(22242----⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=-----⨯⨯⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=---wcu fe w cu fe fe w cu fe w cu fe w cu fe wcu fe fe K K J B PA K K J AB A K K J A B A K J A B P Hz f A K J A f B A K J A f B d W J A f B IU P 由式时当代入式由式π)9(/5.35.1417.096.036.192.13048532.096.035.26.192.15.2348)(92.18.04.2286.030485.234822代入式电流密度如磁通密度与例mm A J T B A A K EI A A K EI cm A K EI EI fe w w fe w w w cu ===⨯⨯==⨯=⨯⨯==⨯=⨯==⨯⨯此公式只能参考也就是说前面的系数是不一样的与选铁心时用公式P K A EI EI PPK K J B PA EI P PK K J B PA EI fe w cu fe wcu fe =⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯=⨯,30485.2348)1(2.1417.0286.05.35.111.111.13048062.1532.0286.05.35.111.111.15.2348不一样度不一样前面的系数也但如磁通密度与电流密要准相对来说比公式前面的系数是一样的与选铁心时用公式电流密度当磁通密度的推导公式)1(.30485.2348)2(6.0286.05.35.111.1)/(5.3),(5.111.111.1)2(2⨯⨯=⨯⨯⨯=⨯==⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=EI EI PPA A mm A J TB K J B PA A A K J AB P w fe cuw fe w cu feB. 磁通密度磁通密度：有用空载磁通密度，也有用负载磁通密度,“电子变压器手册“一书中采用的是负载磁通密度，因电压调整率小与10％故采用相同的磁通密度还可以现电压调整以上数字为H50 0.5mm 材料，可根据空载电流要求调整，仅供参考。

C. 电压调整率虽然都叫电压调整率但实际含义不一样，目前有两种定义。

1． 电力变压器定义：UUU U -=∆0% 2． 电子变压器手册定义空载电压负载电压-----=∆000%U U U U U U 使用第一种定义的占多数。

第二种定义是原电子工业部变压器工作组对电压调整率下的定义，在电子行业各种资料中占多数。

D. 电流密度与选线径1． 不管变压器功率多大同样的电流选相同的线径有用下列公式来计算线径的:)()(4.2A I mm Id 电流--=2． 根据经验、多大的铁心选多大的电流密度。

这是个人多年的心得、即是本人愿意，也不是一句话、两句话可以把心得告诉别人。

告诉你电流密度的一个范围就不错了，但没有经验的人，还是用不上。

电流密度取值是整数或小数点后一位。

采用经验数字，不同功率采用不同电流密度或不同铁心尺寸采用不同电流密度1)表1：要求变压器温升值为50度上下时，电流密度(A/mm 2)可以参考下表2) 不同铁心尺寸采用不同电流密度 3． 通过计算，不同的铁心规格、不同的电压调整率、不同的温升、不同的铁心材料、不同的次级电压、不同的环境温度、不同的导线耐热等级、铁心的黑片与白片、初级与次级―――电流密度都不相同。

适用出书与计算参数表，这类电流密度一般精确到小数点后二位。

根据温升或允许电压调整率计算出电流密度再算出线径1) 根据温升计算出电流密度与温度有关因子铜导线质量允许铜损------∙=Z kg G w P G Z P J cu cu cucu )()(2) 根据允许电压调整率计算出电流密度%5.2U l Z A B f J cufe ∆∙∙∙=3) 由电流密度再算出线径2/13.1mm A J AI mm d JI d 电流密度电流裸线直径------=4． 根据圈数算出线径为什麽不用电流密度可选铁心，因为计算电流密度时要用到导线的总面积A CU (Sm),而A CU (Sm)除以圈数即可得导线的直径。

而计算电流密度再来计算线径绕了一个大圈子。

，简单打个比喻，一种胶心，你能绕满某一线径的圈数是一定的，反过来说，要绕满一定的圈数，其线径也是固定的。

两个次级绕组，要你动一下脑筋就会想出办法。

圈数定了，可绕的最大线径只有一个，可以不用电流密度.采用槽满率来计算线径，槽满率是借用电机设计中的一项指标，用来检查导线能否在槽中放得下，此方法也要首先要计算出圈数，圈数确定以后，骨架上能绕的最大带绝缘线径只能有一个，这种计算方法绕的线圈比较饱满，其计算方法如下：导线带绝缘线径圈数骨架上可绕线面积------∙=j wbwbd W mm A mm WA d )()(9.02计算出的是带绝缘线径，然后查线规表查出裸线径。