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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磁路
串并联关系
R R m _ serial
m_s_x
x
1
1
Rm _ parallel
R x m _ p _ x
R R m _ s _1 m _ s _ 2
Rm _ s _ x
…
…
电路
Rserial Rs _ x
x
1 1
R paralle l
x Rp_x
Rs _1 Rs _ 2
Rs _ x
1.温度特性: a.温度上升导磁率上升 b.温度升到居里温度导磁率会突
然降为不良导体
1.温度特性: a.温度下降导电率上升 b.温度降到特定温度时电阻率会 突然降为零,成为超导体
2.导磁特性
2.导电特性
非线性态,有B-H回路
线性导电,即:V=R*I
• 有剩磁Br和校顽力Hc
3.损耗特性
即:mmf=Hl=/=R*fi
存在当H=0时fi=/=0 及当fi=0是H=/=0
P=V*I
b.有饱合性,即当H上升到一定程
度时,fi将不再增加
3.损耗特性
由于有磁回路,恒定磁场P=0
交变磁场,P=/=mmf*fi
输入变压器设计需求
跟据功率，频率，一二次 侧电流计算ＡＰ值
跟据ＡＰ值选和实际需求选 择铁心和材质
跟据铁心和其它参数计算各绕 组圈数，并复算各参数合理性
…
…
Rm _ serial
…
R R m _ p _1 m _ p _ 2
…
Rm _ p _ x
Rm _ parallel
Rs_2
…
Rp _ x
R paralle l
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:磁路的基尔霍夫定律
磁路
基尔霍夫定律 Kirchhoff laws
磁路中任一节点,在任一瞬 间流出该节点的磁通的代 数和恒为零
基本理论： 磁场中任何一条B线(磁感应强度，即磁通密度)都是连续且闭合的 空间任何一点，进去多少B就得出来多少B☺
因为磁通不能被截断，所以磁通在时间上也只能连续变化而不能突变
B
B
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:导磁材料（磁性材料）的特点
1.有顺磁性的基本元素少,只有铁钴镍，（而纯金属基本都可以导电） 2存在居里温度，高温会使磁性材料失去导磁性；(导体在低温下会出 现超导现像） 3.存在磁滞现像，即H上升时对应该的B曲线与H下降时的不同，但2条 曲线是合起来可以形成一个闭合回路（而电阻中电压与电流的关系是 线性的） 4.由于磁滞现像，磁性材料的磁场中，一个储能－放能周期中，储能将 大于放能，形成磁滞损耗：此损耗为周期性的而非线性的 5.由于形成磁滞现像要有周期性变化的磁场，因此恒定磁场的磁性材料 没有磁滞损耗．（只有Bdc时磁材料不会有损耗，而Idc在电阻中照样 有损耗） 6.磁性材料有饱合特性，Ｈ增大到一定值后磁性材料将失去导磁性，B 将线性增加
电路
KCL:任一集总参数电路(Lumped
circuit)中的任一节点，在任一瞬间流
出该节点的所有电流的代数和恒为零
磁路中任一回路,在任一瞬
间此回路的各段磁动势的
代数和恒为零
节点1
1 2
Rm1
F
F2 回路1 Rm 2
+ -
F
KVL:任一集总参数电路中的任一回路点
，在任一瞬间沿此回路的各段电压的代
数和恒为零
双管正激变压器的设计
设计参数
1.从电路引入的设计参数
1 最小直流输入电压 Vmin (V) 2 输出电压 Vo (V) 3 输出电流 Io (A) 4 输出二极管压降 Vd (V) 5 工作效率 h 6 开关频率 f (kHz) 7 最大占空比 Dmax 8 环境温度 Ta (℃) 9 允许温升 Tr (℃)
电路 电动势,Voltage, E
电流,Current, I 电流密度,Current density, J
电阻,Resistance, R
磁导率
安培环路定律
NI
H l
磁阻
Rm
Rm
lm Am
欧姆定律
E RI
电导率
电阻 R lc
Ac
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:电路的串并联关系在磁路上成立
节点1
I1
IV
I2 R1
V2 回路1 +
R2
-
V
节点1: 1 2 V 0 回路1: F F2 0
节点1: I1 I2 IV 0 回路1: V V2 0
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:磁通连续性定理
描述：表征磁场基本性质的一个定理。它指出，由任一闭合面穿出的净磁通等于零，即穿出 的磁通等于穿入的磁通，而其代数和为零 （这个定律应用于磁路上就是KCL的磁路定理）
跟据不同的需求选择绕组的线型.并计算此选择的 绕组损耗.绕组损耗应该考虑交流损耗.粗算时可跟 据频率将直流损耗乘个系数(>1)代替.精算时可以 用designtool软件计算损耗系数.
计算实际的Ku,有条件可以推导绕组的排布 计算Pc和Pw,Pc和Pw的差踞如果超过5倍,应 评估是否可以进一步优化 计算其它参数是否付合设计需求
跟据电流计算各绕组的选线， 并计算绕组损耗
跟据设计结果复算各参数
变压器的设计
Lp,Ls,Lk,n,f,Np,Ns,电压,容量,外形等等
AP
Ae
Aw
V Ton Bm
2I J
prms p
Ku
AP给了选取铁心大小的参考;具体型号 要跟据实际的外形限制来选取
跟据铁心,B的要求等等计算Np和Ns,并计算气隙等. 需要判断B值的合理性和气隙的可加工性
磁路与电路的对比:类比
+- NI R m
i
+- V
R
Magnetic circuit,磁路
磁路 磁动势,Magnetomotive force, F,MMF
磁通,Flux, 磁通密度,Flux density, B 磁阻,Magneto-resistance, Rm
Electric circuit,电路
Delta Confidential
变压器设计与材料选择
目录
• 变压器的结构和组成 • 双管正激变压器的设计范例 • 反激变压器的设计范例 • 全桥变压器的设计范例
变压器的结构和组成
励磁磁通 漏磁磁通
原边绕组
I in Vin
一次侧
m I out
导磁回路(磁心)
Lk
Vout
副边绕组
二次侧
变压器的基本原理
变压器的基本原理
磁路与电路的对比:磁性元件设计中要注意的
1.磁材料会饱合，所以设计的Ｂ和Ｈ不可能无限制的大， 2.由于磁通连续，因此励磁之后必需有退磁过程 3.由于磁滞现像和磁滞损耗的存在，磁损没有理论上的计算公式，而只 有跟据理论和实测数据拟合出的经验计算公式
变压器的基本原理
2.磁性材料的使用限制 导体的特性不同