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变压器输出功率和磁芯尺寸的关系

发布时间:2008/10/15 0:00:00 访问次数:1269

  要使变压器输出更大的功率,我们希望在电压一定的情况下,圈数要尽可能的少、导线尽可能的粗。

  这样才有利于提供较大的电流,输出更大的功率。前者需要较大的磁芯截面积,后者需要较大的磁芯窗口面积。因此要获得较大的输出功率磁芯尺寸必须够大才行。

  变压器初级绕组的圈数可用下式来算:

  n = k *10^5 * u /(f *ae* bmax )

  k 为最大导通时间与周期之比,通常取k=0.4;

  u 是初级绕组输入电压(v),(近似等于直流输入电压);

  f 是变压器的工作频率(khz);

  ae 是磁芯的截面积(cm2);

  bmax 是允许的磁通密度最大变化幅度(g)

  因此,在一定电压下,增大截面积ae、提高工作频率f和选择更大的峰值磁通密度bmax,都有利于减少圈数,提高输出功率。但是,磁芯的损耗(铁损)是按bmax的2.7次幂和f的1.7次幂呈指数增长的,bmax还受磁芯饱和的限制。因此,提高工作频率f和选择更大的峰值磁通密度bmax都是有限度的。大多数适合做开关电源的铁氧体磁芯频率通常限制在10-50khz以内,bmax限制在2000g(高斯)以内,一般取bmax=1600g较为合适。因此,功率主要靠磁芯截面积ae、其次靠工作频率f控制。

  但必须明确的是,这种控制关系是间接的而不是直接的,ae加大和f提高只是表示对同样的电压,允许绕的圈数更少,只有实际把圈数减少了才能提高功率。如果在同样材料的一个大磁芯和一个小磁芯上,用一样的导线绕同样的圈数,对同样的输入电压输出功率是基本相同的。同样,如果一个做好的变压器,仅仅靠改变工作频率,也是不会使输出功率提高的。

  联想到楼主张伟明的问题,因为变压器已经做好,所以我建议提高输入电压来提高功率;如果从变压器入手的话,可以尝试把导线适当加粗,同时把频率提高一些,以允许圈数能有所减少,这样就可加大输出功率。

  导线加粗受到磁芯窗口面积ac限制。用截面积为ad的导线绕n圈,占用的窗口面积为:

  awc = n *ad = k * 10^5 * u *ad / (f *ae* bmax )

  设,初级绕组窗口占用系数为sn =awc / ac, ad用电流i(有效值)和允许的电流密度j表示为

  ad=i/j/100,(ad-平方厘米,i-a有效值,j-a/平方毫米)

  则上式可写成:ac* sn = k * u *i*10^3 / ( f *ae* bmax * j)

  或,u*i = sn * bmax * j * f *ae* ac * 10^-3 / k

  因为输入功率等于输入电压u与电流平均值k*ip的乘积,而电流有效值i与峰值ip的关系为

  ip= 1.58*i,所以输入功率pi = 1.58*k*u*i = 1.58*sn * bmax * j * f *ae* ac * 10^-3

  再乘上效率ef就得到最大输出功率的表达式

  po = 1.58 * ef * sn * bmax * j * f *ae* ac * 10^-3

  可见,功率除了和上面那些有利于圈数减少的因素成正比之外,还与允许导线加粗的ac、sn以及电流密度j成正比。工程上一般取ef = 0.8,sn=0.4,bmax=1600g,j=4a/平方毫米,再考虑到不同电路形式的绕组结构不同,故常用下式来估算磁芯的最大输出功率:po = m * f * ae * ac。

  推挽电路m=3.2,单端正激电路m=1.6,半桥和全桥m=4.48

  电视机行输出变压器常用的三种u型磁芯,u12、u16、u18的ae与ac乘积分别为6.12、14.9、30.4(平方厘米),如果频率取f=20khz,采用推挽电路,则可算得这三种磁芯可提供的最大输出功率为:

  u12:po = 3.2*20*6.12 = 548 w

  u16:po = 3.2*20*14.9 = 954w

  u18:po = 3.2*20*30.4 = 1945w

  这种u型磁芯窗口面积很大适合高压大功率的场合,但磁路较长,初、次级耦合度较差,漏感大。再次强调,算出的最大功率只是说明该磁芯的能力,大材小用可以,小材大用就不行了。

  磁芯选定之后,最大输出功率和工作频率有关

  工程上可用下式估算:

  po=1.6*f*ae*ac (w)

  f-工作频率(khz)ae-磁芯截面积(平方厘米)

  ac-磁芯窗口面积(平方厘米)

  (对其他电路形式,式中系数1.6有所不同)

  对ei40,ae=1.28,ac=1.5,可算得

  当f=20khz时,po=61w

  当f=24khz时,po=74w

  当f=48khz时,po=148w

  绕组的每伏匝数,用下式计算:

  no = 15.6/(f*ae) (匝/v)

  若f=24khz, no = 15.6/(24*1.28) = 0.51 匝/v

  如果初级电压v1=240v,次级电压v2=36v,则

  初级匝数: n1 = no*v1=122 匝

  次级匝数: n2 = no*v2=18 匝

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com)



  要使变压器输出更大的功率,我们希望在电压一定的情况下,圈数要尽可能的少、导线尽可能的粗。

  这样才有利于提供较大的电流,输出更大的功率。前者需要较大的磁芯截面积,后者需要较大的磁芯窗口面积。因此要获得较大的输出功率磁芯尺寸必须够大才行。

  变压器初级绕组的圈数可用下式来算:

  n = k *10^5 * u /(f *ae* bmax )

  k 为最大导通时间与周期之比,通常取k=0.4;

  u 是初级绕组输入电压(v),(近似等于直流输入电压);

  f 是变压器的工作频率(khz);

  ae 是磁芯的截面积(cm2);

  bmax 是允许的磁通密度最大变化幅度(g)

  因此,在一定电压下,增大截面积ae、提高工作频率f和选择更大的峰值磁通密度bmax,都有利于减少圈数,提高输出功率。但是,磁芯的损耗(铁损)是按bmax的2.7次幂和f的1.7次幂呈指数增长的,bmax还受磁芯饱和的限制。因此,提高工作频率f和选择更大的峰值磁通密度bmax都是有限度的。大多数适合做开关电源的铁氧体磁芯频率通常限制在10-50khz以内,bmax限制在2000g(高斯)以内,一般取bmax=1600g较为合适。因此,功率主要靠磁芯截面积ae、其次靠工作频率f控制。

  但必须明确的是,这种控制关系是间接的而不是直接的,ae加大和f提高只是表示对同样的电压,允许绕的圈数更少,只有实际把圈数减少了才能提高功率。如果在同样材料的一个大磁芯和一个小磁芯上,用一样的导线绕同样的圈数,对同样的输入电压输出功率是基本相同的。同样,如果一个做好的变压器,仅仅靠改变工作频率,也是不会使输出功率提高的。

  联想到楼主张伟明的问题,因为变压器已经做好,所以我建议提高输入电压来提高功率;如果从变压器入手的话,可以尝试把导线适当加粗,同时把频率提高一些,以允许圈数能有所减少,这样就可加大输出功率。

  导线加粗受到磁芯窗口面积ac限制。用截面积为ad的导线绕n圈,占用的窗口面积为:

  awc = n *ad = k * 10^5 * u *ad / (f *ae* bmax )

  设,初级绕组窗口占用系数为sn =awc / ac, ad用电流i(有效值)和允许的电流密度j表示为

  ad=i/j/100,(ad-平方厘米,i-a有效值,j-a/平方毫米)

  则上式可写成:ac* sn = k * u *i*10^3 / ( f *ae* bmax * j)

  或,u*i = sn * bmax * j * f *ae* ac * 10^-3 / k

  因为输入功率等于输入电压u与电流平均值k*ip的乘积,而电流有效值i与峰值ip的关系为

  ip= 1.58*i,所以输入功率pi = 1.58*k*u*i = 1.58*sn * bmax * j * f *ae* ac * 10^-3

  再乘上效率ef就得到最大输出功率的表达式

  po = 1.58 * ef * sn * bmax * j * f *ae* ac * 10^-3

  可见,功率除了和上面那些有利于圈数减少的因素成正比之外,还与允许导线加粗的ac、sn以及电流密度j成正比。工程上一般取ef = 0.8,sn=0.4,bmax=1600g,j=4a/平方毫米,再考虑到不同电路形式的绕组结构不同,故常用下式来估算磁芯的最大输出功率:po = m * f * ae * ac。

  推挽电路m=3.2,单端正激电路m=1.6,半桥和全桥m=4.48

  电视机行输出变压器常用的三种u型磁芯,u12、u16、u18的ae与ac乘积分别为6.12、14.9、30.4(平方厘米),如果频率取f=20khz,采用推挽电路,则可算得这三种磁芯可提供的最大输出功率为:

  u12:po = 3.2*20*6.12 = 548 w

  u16:po = 3.2*20*14.9 = 954w

  u18:po = 3.2*20*30.4 = 1945w

  这种u型磁芯窗口面积很大适合高压大功率的场合,但磁路较长,初、次级耦合度较差,漏感大。再次强调,算出的最大功率只是说明该磁芯的能力,大材小用可以,小材大用就不行了。

  磁芯选定之后,最大输出功率和工作频率有关

  工程上可用下式估算:

  po=1.6*f*ae*ac (w)

  f-工作频率(khz)ae-磁芯截面积(平方厘米)

  ac-磁芯窗口面积(平方厘米)

  (对其他电路形式,式中系数1.6有所不同)

  对ei40,ae=1.28,ac=1.5,可算得

  当f=20khz时,po=61w

  当f=24khz时,po=74w

  当f=48khz时,po=148w

  绕组的每伏匝数,用下式计算:

  no = 15.6/(f*ae) (匝/v)

  若f=24khz, no = 15.6/(24*1.28) = 0.51 匝/v

  如果初级电压v1=240v,次级电压v2=36v,则

  初级匝数: n1 = no*v1=122 匝

  次级匝数: n2 = no*v2=18 匝

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