变压器设计与材料选择
变压器设计与材料选择
Litz线 的简化
通过1维分析，推算变压器的损耗 优点：较准确,可以连续分析 缺点：理想化的模型，对一些结构有 简化，简化越多，误差越大
漏磁通与漏感
漏感与磁场
I in V in
m Lk
Lk
n
**
Lm
磁通回路全部通过绕组的磁通为励磁磁通 位置上为全部在铁心中 磁通回路有一部分在绕组间的磁通为漏磁通， 位置上为经过窗口的磁通
可 用
镍锌铁氧体(Ni-Zn Ferrite):
高频开关电源变压器 （>2MHz)
作
变
压
器
的 磁 性
非晶，超微晶，纳米晶: 中低频开关电源变压器 （＜40KHz)
材
料
硅钢片
工频变压器
铁氧体材料的选择
选择磁性材料的关键点：
BH曲线 B Bm
Bac Bac
Bac
Ａ：磁心的饱和磁密 Ｂ：磁心的损耗 (储能与放能之差)
应用于ＰＣＢ绕组等预制好的绕组的变压器和电感器
磁心的选择
磁性材料的选择依据 1.工作频率范围 2.饱和磁密大小
磁心形状的选择依据 1.功率密度的要求 2.成品高度的限制 3.绕组的多少 4.线包的引出线形式
Simple
绕组的结构
Sandwich
Interleaving
漏
感
减
小
交
流
损
耗
减
小
隔
离
结
构
法拉第定律
空间回路
变化磁场
变化磁场在闭 合回路中产生
E 的感生电势
Ed (N) 变压器 dt
I in
m
V in
变压器制造标准规范最新版
变压器制造标准规范最新版变压器制造标准规范是确保变压器产品安全、可靠、高效运行的重要依据。
随着技术的发展和行业需求的变化，这些规范也在不断更新。
以下是最新版变压器制造标准规范的概述：1. 引言变压器是电力系统中的核心设备，其性能直接影响到整个电网的稳定性和可靠性。
因此，制定严格的制造标准规范对于保障变压器的质量和性能至关重要。
2. 设计要求- 变压器设计应符合国际电工委员会（IEC）标准和国家相关电气设备标准。
- 设计应考虑到变压器的负载能力、温升、绝缘等级和环境适应性。
- 应采用先进的计算方法和仿真技术，确保设计的精确性和可靠性。
3. 材料选择- 选用的材料应具有良好的电气性能和机械性能，符合环保要求。
- 铁芯材料应具有高磁导率和低损耗特性。
- 绝缘材料应具有足够的电气强度和热稳定性。
4. 制造工艺- 制造过程中应严格控制工艺参数，确保产品质量。
- 应采用自动化、智能化的生产设备，提高生产效率和一致性。
- 对关键工序进行严格的质量控制和检测。
5. 绝缘系统- 变压器的绝缘系统应能够承受正常运行和异常条件下的电压应力。
- 应采用多层绝缘结构，提高绝缘性能和可靠性。
6. 冷却系统- 变压器应配备有效的冷却系统，以保持设备在安全的工作温度下运行。
- 冷却方式可以是自然冷却、风冷或油冷，具体取决于变压器的容量和使用环境。
7. 测试与验收- 变压器在出厂前应经过严格的测试，包括绝缘电阻测试、短路阻抗测试和温升试验等。
- 测试结果应符合设计要求和相关标准规范。
8. 安装与运行- 提供详细的安装指南和操作手册，确保变压器的正确安装和运行。
- 运行过程中应定期进行维护和检查，以延长变压器的使用寿命。
9. 环境与安全- 变压器的设计和制造应考虑到环境保护和人员安全。
- 应采取措施减少噪音和电磁干扰，确保对环境的影响降到最低。
10. 结语变压器制造标准规范的最新版旨在通过严格的设计、材料选择、制造工艺、测试与验收等环节，确保变压器产品的高性能和高可靠性。
变压器技术规范要求
变压器技术规范要求变压器是电力系统中常用的电力传输和分配设备，其性能和质量直接影响着电力系统的可靠性和稳定性。
为了保证变压器的性能和质量，制定了一系列的技术规范要求。
1.标准化和规范化：变压器的制造、检测和运行应符合国家及行业相关的标准和规范，如国家标准GB/T6451《变压器》、GB1094《电力变压器》等。
制定统一的标准和规范，可以确保不同厂家生产的变压器具备相同的性能和质量要求。
2.产品设计要求：变压器的产品设计应确保其结构合理、可靠性高、使用寿命长。
在变压器的设计中，需要满足一些基本要求，如合理的电气参数设计、低损耗和低噪音设计、良好的散热设计等。
3.材料和部件要求：变压器的主要部件和材料应具备良好的导电、绝缘、机械强度和耐腐蚀性能。
例如，变压器的绕组应选用高纯度铜或铝材料制造，绝缘材料应具备高绝缘强度和热稳定性。
4.检测和试验要求：变压器的制造过程中需要进行一系列的检测和试验，以确保产品符合设计要求并具备良好的性能和质量。
常见的检测和试验包括外观质量检查、电气参数测试、绝缘电阻测试、短路试验、负载试验等。
5.运行和维护要求：变压器的运行和维护应按照相关规范和要求进行，以确保其安全可靠的运行。
运行时需要对变压器的温度、振动、噪音等进行监测和记录，及时发现并处理异常情况。
维护方面需要进行定期的绝缘测试、油质检测、机械检查等。
6.环境保护要求：电力变压器在整个寿命期内应满足环境保护的要求。
在制造过程中，应采用环保材料和工艺，控制废气、废水和废弃物的排放。
变压器应具备可回收和可再生利用的特性。
7.安全要求：变压器在运行中应满足相关的安全要求，如防止触电危险、防火防爆等。
变压器的绝缘、接地和连接应符合安全规范，运行时应定期进行绝缘电阻测试，确保安全可靠。
总之，变压器技术规范要求涉及产品设计、材料选择、制造工艺、检测试验、运行维护等各个环节，旨在确保变压器具备良好的性能和质量，为电力系统的运行提供可靠的保障。
电气工程师如何设计高效电力变压器
电气工程师如何设计高效电力变压器电力变压器在电力系统中起到了至关重要的作用，能够实现电压的升降以及电能的传输和分配。
因此，设计一台高效的电力变压器对于电气工程师来说具有重要意义。
本文将从几个关键方面介绍电气工程师如何设计高效的电力变压器。
一、变压器的主要参数和设计考虑因素在设计高效电力变压器之前，电气工程师需要了解变压器的主要参数以及设计考虑因素。
主要参数包括额定功率、额定电压、额定电流、频率等。
设计考虑因素主要包括变压器的负载损耗、空载损耗、温升和效率等。
负载损耗是指变压器在额定负载下的电功率损耗，主要由导线电阻和铁心磁阻造成。
空载损耗是指变压器在无负载时的电功率损耗，主要由激磁电流引起。
温升是指变压器运行时产生的热量，过高的温升会影响变压器的可靠性和使用寿命。
效率是指变压器的输出功率与输入功率之比，是评价变压器高效性的重要指标。
二、优化变压器设计的关键技术设计高效电力变压器需要运用一些优化技术，下面将介绍几个关键的技术。
1. 材料选择：选用低损耗的铁芯材料和低电阻的导线材料是提高变压器效能的关键。
优质硅钢片具有低磁滞和低铁损耗的特性，能够有效减小变压器的负载损耗。
在导线方面，采用低电阻率的铜材料能够减小电阻损耗。
2. 包层绝缘：合理的包层绝缘设计能够减小电磁场泄漏和损耗，提高变压器效能。
通过增加包层绝缘的厚度和选择高绝缘性能的材料，可以有效减少漏磁流，并降低铁损耗。
3. 冷却系统设计：合理的冷却系统设计是提高变压器效率的重要手段。
通过增加冷却介质的流速和散热面积，可以有效降低温升，提高变压器的效能。
4. 损耗计算和优化：在设计过程中，进行准确的损耗计算并进行优化是保证变压器高效的关键。
通过利用计算软件和模拟工具，可以进行负载损耗和空载损耗的预测和优化，实现变压器设计的高效节能。
三、注意事项和发展趋势在设计高效电力变压器过程中，需要注意以下事项：1. 合理匹配：变压器的主要参数需要与实际应用场景匹配，例如额定功率和额定电压需要与供电负荷和电力系统要求相匹配。
电力变压器的绝缘材料与绝缘结构设计
电力变压器的绝缘材料与绝缘结构设计电力变压器作为电力系统中重要的电气设备，其性能直接关系到电力传输的安全和稳定。
而变压器的绝缘材料和绝缘结构设计是保证其正常运行的关键。
一、绝缘材料的选择绝缘材料是保证电力变压器绝缘性能的重要因素，它需要具备良好的电气绝缘性能、机械强度和耐热性。
目前常用的绝缘材料主要包括绝缘纸、绝缘漆和绝缘塑料。
绝缘纸是一种由纤维素纤维制成的片状材料，具有良好的电气绝缘性能和机械强度。
它通常被用作变压器的绝缘层，能够有效地阻止电流的流动，防止漏电和短路事故的发生。
绝缘漆是一种在绝缘材料表面形成绝缘层的涂敷材料，具有很高的电气绝缘性能和耐热性。
它能够在高温下保持电力设备的绝缘性能，从而有效地提高变压器的运行可靠性。
绝缘塑料是一种聚合物材料，具有优良的电气绝缘性能和机械强度。
它通常被用作电力变压器的外壳材料，能够保护内部绝缘材料免受湿气、污染物和机械损伤的影响。
二、绝缘结构设计的原则绝缘结构设计是指电力变压器内部绝缘材料的排列和组合方式，它需要考虑电力设备的电气特性、机械强度和热分布等因素，以确保变压器的正常运行。
首先，绝缘结构设计应符合电力设备的电气特性。
电力变压器是通过绕组实现能量转换的，因此绝缘结构需要满足不同电压等级和功率等级的需求。
此外，绝缘结构还要考虑变压器的绝缘等级和安全间隙等参数，以确保其电气绝缘性能满足要求。
其次，绝缘结构设计应考虑电力设备的机械强度。
由于电力变压器通常处于高温高压的工作环境中，其绝缘结构需要具备良好的机械强度，以承受外部载荷和内部电场压力。
因此，在绝缘结构设计中需要选择合适的绝缘材料和合理的结构布局，以提高变压器的机械强度和抗震性能。
最后，绝缘结构设计应考虑电力设备的热分布和散热性能。
在电力变压器的运行过程中，会产生大量的热量，如果热量不能及时散发，将会导致温升过高，进而影响绝缘材料的性能和寿命。
因此，在绝缘结构设计中需要合理选择散热器和风道等散热设施，以提高变压器的散热性能和运行稳定性。
变压器设计方案
变压器设计方案变压器设计方案变压器是一种电气设备，用于改变交流电的电压。
在设计变压器时，需要考虑多个因素，例如输出电压、输入电压、功率损耗等等。
下面是一个基本的变压器设计方案。
1. 确定输出电压和输入电压：首先要确定变压器的输出电压和输入电压。
根据需要，计算所需的变压比。
例如，如果需要从220V的电源转换成110V的输出电压，变压比为2:1。
2. 计算功率：根据所需的输出电流和输入电压计算功率。
功率的计算公式为P=IV，其中P为功率，I为电流，V为电压。
根据功率的计算结果，选择合适的导线和铁芯材料。
高功率变压器需要使用更大的导线和更大的铁芯。
3. 选择合适的铁芯材料：铁芯材料对变压器的性能有很大的影响。
铁芯的主要作用是增强磁场，使得变压器的效率更高。
常用的铁芯材料有硅钢片和铁氧体。
硅钢片具有良好的磁导率和低的铁损耗，而铁氧体则具有更高的饱和磁感应强度。
4. 计算匝数：变压器的匝数对变压器的变压比和效率有很大的影响。
根据所需的变压比，计算主副线圈的匝数。
匝数的计算公式为N2/N1=V2/V1，其中N为匝数，V为电压。
根据匝数的计算结果，选择合适的导线。
5. 确定冷却方式：高功率变压器在工作时会产生较多的热量，因此需要选择合适的冷却方式，以确保变压器的正常工作。
常见的冷却方式有自然冷却和强制冷却。
6. 进行实际制造：在完成设计后，可以开始制造变压器。
根据设计方案，选择合适的导线、铁芯和冷却器进行制造。
在制造过程中，需要注意保证匝数的准确性、绕线的均匀性和绝缘材料的使用。
7. 进行测试和调试：制造完成后，需要对变压器进行测试和调试，以确保其正常工作。
可以使用电压表和电流表进行测试，检查输出电压和输入电流是否符合设计要求。
综上所述，一个变压器的设计方案需要考虑输出电压、输入电压、功率、铁芯材料、匝数、冷却方式等多个因素。
正确认识和处理这些因素，能够设计出性能良好的变压器。
同时，在实际制造和测试过程中，也要注意细节和质量控制，保证变压器的稳定性和安全性。
变压器的选型原则
变压器的选型原则
1.容量选定
变压器的容量是选择的关键。
根据负载电流及功率计算出主、从副的额定电流，再根据电势计算，得到主、从副的额定电压。
根据主副，电压大小，根据估算得到通用型号。
2.核心材料的选择
应根据工作频率、负载性质、经济因素和工艺条件等综合考虑。
在一般情况下，选用厚度为0.27mm的冲击硅钢片制造高效变压器和降谐器；0.35mm的冲击硅钢片制造中等效能变压器和降谐器；0.5mm的冲击硅钢片制造低效能变压器。
3.线圈设计
一般而言，也应采用漆包铜线，制作力电器时可用不锈钢丝。
4.绕制方式
绕制方式根据使用环境灵活采用。
例如高温工况，则需要饶线，以充分占用空间，减小发热系数以承载流量。
单股绕制、余绕绕制，多股联绕等等。
5.损耗的估计
在选择变压器时，损耗的估计也是极为重要的。
通常使用的励磁损耗值标志用铭牌上的No-load loss/Kg和铭牌上的load loss/Kg等指标来估算。
因此，在选择变压器时，一定要注意这些指标。
变压器设计节能序列
变压器设计节能序列变压器是电力系统中常用的电气设备，用于改变交流电的电压。
传统的变压器设计主要关注输出电压的稳定性和电能损耗的降低，而现代变压器设计更加注重节能和环保。
本文将探讨变压器设计中的节能序列，包括设计优化、材料选择和智能控制等方面。
1. 设计优化变压器的设计优化是节能的基础。
首先，通过减小变压器的铁芯截面积和增加线圈的匝数，可以降低磁阻和电阻，减少能量损耗。
其次，合理设计变压器的风扇和散热装置，提高散热效率，降低温升，减少能量损耗。
此外，采用优化的绕组结构和绝缘材料，减少电阻和局部放电，提高变压器的效率。
2. 材料选择变压器的材料选择对节能效果有重要影响。
首先，选择低损耗的铁芯材料，如冷轧硅钢片，可以降低磁滞损耗和涡流损耗。
其次，选择低电阻和低损耗的绝缘材料，如高温绝缘材料和低损耗绝缘涂料，可以减少电阻和局部放电损耗。
此外，选择高导热性的散热材料，如铝合金，可以提高散热效率，减少能量损耗。
3. 智能控制智能控制技术在变压器节能中起着关键作用。
通过采用智能监测系统，可以实时监测变压器的温度、负载和功率因数等参数，实现精确控制和优化调节。
例如，根据负载变化调整变压器的输出电压，可以降低能量损耗。
此外，采用智能保护装置，可以及时检测故障并进行快速切除，提高变压器的可靠性和效率。
4. 节能管理节能管理是变压器设计中的一个重要环节。
通过建立完善的节能管理制度和操作规范，可以提高变压器的运行效率和节能效果。
例如，定期进行变压器的检修和维护，清洁冷却装置和风扇，保持良好的散热条件；合理安排变压器的负载，避免过载和空载运行；定期监测变压器的运行数据，及时发现问题并采取措施。
变压器设计中的节能序列包括设计优化、材料选择、智能控制和节能管理等方面。
通过合理的设计和优化，选择适当的材料，采用智能控制技术，建立有效的节能管理制度，可以提高变压器的能效和节能效果，实现对能源的有效利用，减少能源浪费，推动电力系统的可持续发展。
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法拉第定律
空间回路
变化磁场
变化磁场在闭 合回路中产生
E 的感生电势
Ed (N) 变压器 dt
out V out
跟据法拉第定律:
Vindd(tNp(mLk)) m Lk Voutddt(Ns(m))
Vout n Ns
Vin
Np
变压器电流关系
楞次定律---变压器的电流关系
V out
sN sScor Io eu /lt 跟据楞次定律, ps N pS co Ir in e /l N sS co Ir oeu /lt
N p n Iout
Ns
Iin
可用作变压器的软磁材料
功率铁氧体
锰锌铁氧体(Mn-Zn Ferrite): 高频开关电源变压器 （40KHz-2MHz)
不同特性的铁氧体材质
常规的低频材料
飞磁的常规,高饱,低温和高温低频材料
常规的高频材料
高温 高饱
低温
常规3C96
TDK低频宽温材料PC95对比
常用铁心形状A
EE
EFD
RM
选择磁心的形状
ER,EC,ETD PQ
形状分 类 EE,ER, EC,ETD
EFD
PQ,RM
特点
常规铁心,价格 低廉,窗口面积 大,大功率时易 作安规. 平面化的EE类 铁心
名称:多股绞线，Litz线，李兹线 结构:多根同规格的漆包线制的绞线 规格:0.1xN,0.12xN,0.2xN等
常用导 线
名称:镀锡线，镀锡铜线 结构:圆铜线外镀锡 规格:0.2-1.0,常用作引脚,跳线,需要加绝 缘
可 用
镍锌铁氧体(Ni-Zn Ferrite):
高频开关电源变压器 （>2MHz)
作
变
压
器
的 磁 性
非晶，超微晶，纳米晶: 中低频开关电源变压器 （＜40KHz)
材
料
硅钢片
工频变压器
铁氧体材料的选择
选择磁性材料的关键点：
BH曲线 B Bm
Bac Bac
Bac
Ａ：磁心的饱和磁密 Ｂ：磁心的损耗 (储能与放能之差)
复
杂
常用导 线
名称:漆包线,电磁线 结构:圆铜线外覆绝缘漆 规格:0.04mm-1.0mm
名称:三层绝缘线 结构:圆铜线外覆三层绝缘膜,耐压<3000Vac 规格:0.2mm-1.0mm
名称:铜箔,铜皮 结构:纯铜薄片,使用时需加绝缘 规格:厚0.025,0.05mm常用作屏蔽层
厚>0.05mm 常用作绕组导线
磁损曲线
H Hdc=0 HdcHdc
一三相限:Full bridge 一相限:forward
DC Bias:flyback
单位体积磁损公式： PcvCmBaxcfsyCT
材料的损耗指标:固定Pcv时的FxB公式
F*B( Pcv CmCT f
)1/x
yx
不同铁氧体的使用频率
P th rN pA eIp(fB ) f .B: Material performance factor
楞次定律 导体
变化磁场
变化磁场在闭合回路中 产生的感生电流
i
描述:闭合回路中感应电流的方向，总
是使得它所激发的磁场来”阻碍”引起感 应电流的磁通量的变化
磁通不能突变
感生电流所产生的磁场
I in
实际通过闭合回路的磁场
m I out
应用:通常变压器的电流决定于负载
IoutPou/tVout
V in
Lk
窗口面积较ＥＥ 类的小，而Ae 较ＥＥ类的大，
适用情况
小功率的辅助电源， 大功率电源， 应用于功率密度较低 的场合
应用情况同上，应用 于功率密度较低，且 要求Low Profile，表 贴或沉降式结构
应用于高功率密度的 条件． 也适于作输出电感或 ＰＦＣ电感 窗口开口较小，不适 合作很多路输出变压 器
常用铁心形状B
PJ
选择磁心的形状
EQ
Planar EE
形状分类 PJ EQ Planar EE
特点
ＰＯＴ Core的改进版，Ae大窗口小，磁 屏蔽效果好；高度较矮
ＰＪ，ＰＱ的改进版，窗口条件比PJ好， 高度和Ae比ＰＱ好；磁屏蔽效果不如PJ
低高度，Ae大，窗口小；中柱长宽比大， 不适于绕线
适用情况 用于高功率密度且对高度有一定要求的变压器设计；不适 合飞线，不适合使用Margin tape做安规
应用于ＰＣＢ绕组等预制好的绕组的变压器和电感器
磁心的选择
磁性材料的选择依据 1.工作频率范围 2.饱和磁密大小
磁心形状的选择依据 1.功率密度的要求 2.成品高度的限制 3.绕组的多少 4.线包的引出线形式
Simple
绕组的结构
Sandwich
Interleaving
漏
感
减
小
交
流
损
耗
减
小
隔
离
结
构
Delta Confidential
變壓器設計與材料選擇
目录
• 变压器的结构和组成 • 变压器的设计
变压器的结构和组成
变压器
励磁磁通 漏磁磁通
原边绕组
I in V in
m I out
导磁回路(磁心)
Lk
V out
副边绕组
一次侧
1.改变电压 2.隔离电路
二次侧
绕组的电压关系
法拉第定律: 交变磁场中的电动势:
f*B(HzT) f*B (HzT)
50000
5000 0
EPCOS
Pcv=500 kw/m3
Pcv=300 kw/m3
32000HzT
22000HzT
Pcv=100 kw/m3
N49
N97
50000 40000
10000
f(kHz)
1000
0
Ferroxcube
Pcv=500 kw/m3
35000HzT
一般情况下
fs<150KHz,Bmax取决于Bs,
假设fs=100KHz,取Bs的80%为基准, 材质3C96 ,Bmax=0.5*80%*Bs=136mT
fs>300KHz, Bmax取决磁损
假设频率fs=400KHz, 取单位磁损为300mw/cc,材质N49, Bmax=32000HzT/400KHz=80mT fs在150K至300K之间时, Bs和Pcv都考虑,取其小值. 假设频率fs=200KHz, 材料3C96,Pcv<300mw/cc B1=0.5*80%*Bs=136mT;B2=28000HzT/200KHz=140mT, 取B1和B2中的小值作为Bmax=136mT
Pcv=300 kw/m3
3C96
Pcv=100 kw/m3 23000HzT
3F35
3F4
T=100℃
200
f(kHz)
2000
f .B: 表现一个材料在一个频率下所能通过的B的能力
A.频率提高, 磁能材料能够通过功率的能力提高 B.频率提高到一定程度,会有一个更好的高频材料来接替
磁心的选择
磁心的Bmax的选择方法