高频电源变压器设计原则要求和程序(编辑修改稿)

高频电源变压器设计原则要求和程序(编辑修改稿)内容摘要：

煤和石油 ,可以少排放 CO2, SO2,NOx,废气 ,废水 ,烟尘和灰渣 ,减少对环境的污染 .既具有节约能源 ,又具有环境保护的双重社会经济效益 .因此 ,提高效率是高频电源变压器一个主要的设计要求 ,一般效率要提高到 95%以上 ,损耗要减少到 5%以下 .高频电源变压器损耗包括磁芯损耗 (铁损 )和绕组损耗 (铜损 ).有人关心变压器的铁损和铜损的比例 .这个比例是随变压器的工作频率发生变化的 .如果变压器的外加电压不 变 ,工作频率越低 ,绕组匝数越多 ,铜损越大 .因此在 50Hz 工频下 ,铜损远远超过铁损 .例如 :50Hz,100kVAS9 型三相油浸式硅钢电力变压器 ,铜损为铁损的 5倍左右 .50Hz,100kVASH11型三相油浸式非晶 合金电力变压器 ,铜损为铁损的 20 倍左右 .并不存在“辨析”一文中所说那样 ,工频变压器从热稳定热均匀角度出发 ,把铜损等于铁损作为经验设计规则 .随着工作频率升高 ,绕组匝数减少 ,虽然由于趋表效应和邻近效应存在而使绕组损耗增加 ,但是总的趋势是铜损随着工作频率升高而下降 .而铁损包括磁滞损耗和涡流损耗 ,随着工作频率 升高而迅速增大 .在某一段工作频率 ,有可能出现铜损和铁损相等的情况 ,超过这一段工作频率 ,铁损就大于铜损 .造成铁损不等于铜损的原因 ,也并不象“辨析”一文中所说那样是由于“高频变压器采用非常细的漆包线作为绕组” .导线粗细的选择 ,虽然受趋表效应影响 ,但主要由高频电源变压器的传送功率来决定 ,与工作频率不存在直接关系 .而且 ,选用非常细的漆包线作为绕组 ,反而会增加铜损 ,延缓铜损的下降趋势 .说不定在设计选定的工作频率下 ,还有可能出现铜损等于铁损的情况 .根据有的资料介绍 ,中小功率高频电源变压器的工作频率在 100kHz 左右 ,铁 损已经大于铜损 ,而成为高频电源变压器损耗的主要部分 . 正因为铁损是高频电源变压器损耗的主要部分 ,因此根据铁损选择磁芯材料是高频电源变压器设计的一个主要内容 .铁损也成为评价软磁芯材料的一个主要参数 .铁损与磁芯的工作磁通密度工作频率有关 ,在介绍软磁磁芯材料铁损时 ,必须说明在什么工作磁通密度下和在什么工作频率下损耗 .用符号表示时 ,也必须标明 PB/f〔式中工作磁通密度 B的单位是 T(特斯拉 ),工作频率 f的单位是 Hz(赫芝 )〕 .例如 ,工作频率为 400Hz 时的损耗 .又例如 ,工作频率为 100kHz时的损耗 .铁损还与工作温度有关 ,在介绍软磁磁芯材料铁损时 ,必须指明它的工作温度 ,特别是软磁铁氧体材料 ,对温度变化比较敏感 ,在产品说明书中都要列出 25℃ 至 100℃ 的铁损 . 软磁材料的饱和磁通密度并不完全代表使用的工作磁通密度的上限 ,常常是铁损限制了工作磁通密度的上限 .所以 ,在新的电源变压器用软磁 铁氧体材料分类标准中 ,把允许的工作磁通密度和工作频率乘积 B f,作为材料的性能因子 ,并说明在性能因子条件下允许的损耗值 .新的分类标准根据性能因子把软磁铁氧体材 料分为 PW1,PW2,PW3,PW4,PW5 等 5 类 ,性能因子越高的 ,工作频率越高 ,极限频率也越高 .例如 ,PW3 类软磁铁氧体材料 ,工作频率为 100kHz,极限频率为 300kHz,性能因子 B f 为 10000mT kHz,即在 100mT()和 100kHz 下 ,100℃ 时损耗 a级 ≤ 300kW/m(300mW/cm3),b 级≤ 150kW/m3(150mW/cm3).日本 TDK 公司生产的PC44 型软磁铁氧体材料达到 PW3a 级标准 ,达不到 PW3b 级标准 . “设计要点”一文中提出高频变压器使用的铁氧体磁芯在 100kHz 时的损耗应低于 50mW/cm3,没指明是选哪一类软磁铁氧体材料 ,也没说明损耗对应的工作磁通密度 .读者只好去猜 :损耗对应的工作磁通密度是《电源技术应用》 2020 年 6 期“设计要点”一文中的 BAC 典型值 ~?还是《电源技术应用》 2020 年1/2期“设计要点”一文中的 Bm值 ?不管是 ,还是 ?要达到100kHz 下铁损低于 50mW/cm3 的铁氧体材料是非常先进的 .请介绍一下是哪家公司哪种型号产品 ,以便读者也去购买 . 在某一段工作频率下 ,高频电源变压器的绕组损耗 (铜损 )与铁损相接近时 ,例如 ,铜损 /铁损 =100%~25%范围内 ,铜损也不能忽视 ,也应当考虑采取措施来减少铜损 .由于原绕组和副绕组承担的功率相近 ,往往在设计中取原绕组的铜损等于副绕组的铜损 ,以便简化设计计算过程 ,这并不象“辨析”一文中所说的那样 :“只是工频变压器设计的一种经验规则 ,”对一定工作频率下高频电源变压器设计也适用 .不能只强调依靠温升来 设计高频电源变压器 ,由于热阻不容易准确确定 ,设计计算相当麻烦 .因此 ,为了简化计算 ,有时根据经验预先推荐一些原则和数据是必要的 .同样 ,为了简化计算 ,对不同工作频率 ,不同功率的高频电源变压器推荐不同的绕组电流密度 ,也是必要的 ,但不限于某一个电流密度值 ,例如 ,2A/mm2~3A/mm2.应当看到 :实现高频电源变压器设计要求的方法并不限于一种 ,应当允许进行多种多样的探索 .“你走你的阳关道 ,我走我的独木桥” .为什么一定要按你指定的道路走 ,才不是“错误概念”呢 ? 降低成本 降低成本是高频电源变压器的一个 主要设计要求 ,有时甚至是决定性的要求 .高频电源变压器作为一种产品 ,和其他商品一样 ,都面临着市场竞争 .竞争的内容包括性能和成本两个方面 ,缺一不可 .不注意降低成本 ,往往会在竞争中被淘汰 . 高频电源变压器的成本包括材料成本 ,制造成本和管理成本 .设计是高频电源变压器降低成本的主要手段 .高频电源变压器所用的材料和零部件的贵贱和数量的多少 ?是否方便采购 ?是否要备有多少库存量 ?磁芯 ,线圈和总体结构的加工和装配工艺复杂还是简单 ?需要人工占的比例多大 (实现生产过程的机械化和自动化 ,可以减少人工工时 ,更能保证产品的一致性和 质量 )?是否需要工模具 ?质量控制中需要检测的工序和参数 :哪些参数要在加工过程中检测 ?哪些参数要在出厂试验中检测 (出厂试验的参数应选择能决定性能的关键参。